Антиклинальная теория

Хотя различные нафтиды были известны человечеству еще во времена появления первой письменности, только после того, как они приобрели экономическое значение, люди стали всерьез задумываться над тем, почему, как и где нефть и газ аккумулируются в залежи. Начало современной нефтедобывающей промышленности [в США] было положено в 1859 году, когда Дрейк открыл нефть в западной Пенсильвании, хотя задолго до этого нефть добывали из шахт и колодцев во многих районах земного шара. Дрейк показал, что бурение скважин с целью добычи нефти может иметь успех, а количество полученной им нефти, хотя и небольшое по сравнению с тем, что мы добываем в настоящее время, убедило мир в том, что бурение скважин представляет собой наиболее эффективный способ добычи нефти. С этого времени и впредь разведчиков нефти стал волновать один главный вопрос: где ставить бурение? Поиски ответа на этот вопрос постоянно стимулируются непрерывным повышением спроса на нефтепродукты и до настоящего времени составляют суть геологии нефти и газа.

Попытки выяснения условий, контролирующих формирование залежей, нефти и газа, породили множество различных теорий, позволяющих предсказывать, где могут быть развиты такие условия и где, следовательно, можно ожидать открытия залежей. Дольше всех привлекала к себе самое серьезное внимание антиклинальная теория [1]. Развитие этой теории как одного из аспектов геологической мысли само по себе представляет интерес, но в рамках данной работы мы можем лишь вкратце коснуться этого вопроса. Она зародилась еще до открытия Дрейка, и, с годами видоизменившись и обогатившись, по существу столь же верна сегодня, как и на заре своего существования.

Одно из наиболее ранних упоминании о связи скоплений нефти с антиклинальными складками относится к временам, предшествовавшим открытию Дрейка, когда нефтяные источники близ Гаспе, в устье реки Святого Лаврентия, восточная Канада, были обследованы сэром Уильямом Логаном в 1842 г., а затем в 1844 г. описаны им как приуроченные к антиклиналям [2]. Интерес к этому вопросу сильно возрос в связи с открытием Дрейка, и спустя короткое время несколько геологов независимо друг от друга пришли к одинаковому выводу: нефть нужно искать в антиклиналях.

Одним из многих исследователей, изучавших условия накопления нефти и газа, был Уайт, сотрудник Второй геологической службы Пенсильвании. В 1883 г. он отказался от прежней должности и посвятил себя коммерческой деятельности в области нефтедобычи. Прежде всего перед ним встал вопрос, можно ли предсказать наличие или отсутствие в районе газа, основываясь на сведениях о геологической структуре. Он подметил, что газовые скважины в западной Пенсильвании располагаются близ антиклиналей, из чего сделал вывод, что между положением газовой залежи и [тектонической] структурой должна существовать какая-то связь. Его формулировка антиклинальной теории, опубликованная в 1885 г. [3] и затрагивавшаяся в более поздних работах [4, 5], и ныне не утратила значения, которое приобрела в свое время.

Впоследствии Мак-Кой и Кейт отметили важное значение скоплений углеводородов в неструктурных ловушках, т.е. в ловушках, не связанных с антиклинальными складками. В 1934 г. вместо термина «антиклинальная теория» они предложили новый - «структурная теория», подчеркнув, что последний «достаточно широк», чтобы охватить залегание нефти на крыльях антиклиналей, в виде линз и в синклиналях, равно как и в антиклиналях, куполах и структурных выступах¹. Структурная теория сводилась авторами к следующему: «...Промышленные скопления нефти и газа ассоциируются со структурными нарушениями в пористых осадочных породах, причем наиболее важными в этом отношении являются антиклинали и купола» [6].

Хотя от самого термина «антиклинальная теория», возможно, следует ныне и отказаться, основной принцип, на котором она базируется и который заключается в том, что нефть и газ скапливаются в наиболее приподнятой части резервуара, как и прежде, сохраняет свою силу. Единственное отличие состоит в том, что теперь, кроме антиклиналей, мы признаем большое количество других структурных форм, которые образуют вогнутую ограничивающую поверхность коллектора.

В 1934 г. Мак-Коллоф впервые ввел в употребление термин «ловушка» («trap»), который был применен для обозначения природных резервуаров нефти и газа, отличающихся большим разнообразием условий изоляции залежей: образование асфальтовой пробки, линзовидная форма коллектора, локальные изменения пористости пород, срезание и трансгрессивное перекрытие коллектора непроницаемыми отложениями, особенно на гомоклинальных участках, а также формирование складок и дизъюнктивных нарушений [7]. Укоренившееся признание того факта, что структурные деформации ‑ лишь один из нескольких путей формирования ловушек и что большое число залежей может быть приурочено к ловушкам иной природы, еще более усиливало желание заменить термин «антиклинальная теория» каким-либо более широким. В настоящее время обычно используется термин «теория ловушек», причем «ловушкой» вне зависимости от ее вида и происхождения называется объем пород любой геометрической формы, способный улавливать и накапливать нефть.

Большое значение водо-нефтяного контакта в ограничении ловушки заставило пересмотреть сложившееся в прошлом представление о том, что зеркало подземных вод, подпирающих залежь, всегда либо горизонтально, либо почти горизонтально. Установлено, что в некоторых районах, где наблюдаются градиенты давлений пластовых вод, водонефтяной контакт имеет отчетливый наклон. Последний

¹И.М. Губкин еще в 1932 г. в своей работе «Учение о нефти» писал о структурной теории: «Теория гравитационного распределения воды, нефти и газа в зависимости от удельного веса носит название антиклинальной или вообще структурной теории» (стр. 264). В подстрочном примечании к этому И. М. Губкин отметил: «Это название не вполне правильно, ибо отображает лишь частный, хотя и распространенный случай гравитационной теории...». - Прим. ред.

влияет на положение залежи относительно границ ловушки; залежь может смещаться на то или иное расстояние в направлении движения воды вплоть до полного вымывания нефти из ловушки. Основные представления о воздействии движущейся воды на вещества меньшей плотности изложены в классической статье Хьюберта, описывающей физическую сторону этого явления [8]. Влияние наклонного зеркала подземных вод на положение залежи было рассмотрено Расселом [9] и на еще большем количестве примеров продемонстрировано Хьюбертом [10]. Независимо от других это явление исследовал Хилл (G.A. Hill, неопубликованная рукопись, 1961), который пришел к такому же, что и Хьюберт, выводу, а именно, что ловушка для нефти и газа в породе-коллекторе отвечает положению минимума потенциальной энергии пластовых жидкостей и это положение определяется разницей гидравлических напоров в поперечном сечении ловушки.