Гидродинамические ловушки

За последние годы была установлена еще одна возможность образования ловушек [81]. Когда в водоносном пласте существует градиент гидравлического потенциала, обусловливающий движение воды вниз по падению, гидродинамические силы могут создать препятствие для перемещения углеводородов вверх. по пласту. В этом случае плавучесть углеводородов способствует аккумуляции их в залежь. Размер залежи будет зависеть от нескольких переменных, таких, как плотность воды и углеводородов, литология водоносного горизонта и величина градиента гидравлического потенциала в водоносном горизонте.

Для пояснения механизма этого процесса приведем следующую аналогию. Представим себе наклонно расположенную трубку (фиг. 7-63, А), которая заполнена водой, движущейся вниз. Внутри трубки находятся поплавки, каждый из которых обладает достаточной плавучестью, чтобы подниматься вверх по трубке, преодолевая направленную в противоположную сторону силу течения воды. Если бы трубка была слегка сужена, как показано на фиг. 7-63, Б, градиент гидравлического потенциала увеличивался бы, соответственно увеличивалась бы и скорость потока воды через ее суженную часть. В этом случае плавучесть поплавков оказалась бы недостаточной, чтобы преодолеть течение воды по узкому участку трубки, даже несмотря на то что размеры ее вполне для этого достаточны. Поплавки будут собираться ниже суженной части трубки до тех пор, пока их суммарная подъемная сила не станет настолько велика, чтобы расположенные в верхней части скопления поплавки получили возможность двигаться через сужение. Количество поплавков, оставшихся после этого в нижней части трубки, будет зависеть от величины градиента гидродинамического давления в суженном участке и общей подъемной силы всех скопившихся поплавков. Поплавки могут быть уподоблены нефти и газу, а сужение трубки - зоне снижения проницаемости в расположенной вверх по восстанию части водоносного пласта. Если бы движение воды было направлено вверх по трубке, поплавки, и так обладающие естественной плавучестью в этой водной системе, двигались бы вверх вместе с водой и прошли бы узкую часть трубки даже с большей скоростью, чем та, с которой

Фиг. 7-63. В трубке А поток воды направлен вниз, но плавучесть поплавков достаточна для их движения против течения. В трубке Б сужение диаметра трубки обусловливает увеличение градиента гидравлического потенциала и скорости потока, в результате возникает локальная, направленная вниз сила, превышающая плавучесть поплавков и вызывающая скопление их ниже сужения. 1 - двигающиеся вверх поплавки, 2 - поток воды.

они могут перемещаться в гидростатических условиях, и скопления поплавков не происходило бы.

Поток воды, проходящий через суженную часть трубки в описанном опыте, видимо, можно сравнить с движением воды во многих водоносных пластах. Поэтому вверх по восстанию большинства водоносных горизонтов не наблюдается полной потери проницаемости, за исключением особых случаев. Например, поверхности несогласия не могут полностью блокировать флюиды и препятствовать их перемещению выше срезанного водоносного пласта, даже если мощность его невелика. Подобным же образом можно полагать, что тонкие прослойки песков и отдельные песчаные тела, располагающиеся по периферии области развития песчаной толщи, создают возможность для движения пластовых вод. Градиент гидравлического потенциала распространяется вплоть до плоскостей среза водоносных пластов, что также может указывать на движение воды через эти плоскости. Единственной действительно непроницаемой преградой для движения воды могут, пожалуй, являться покрышки или барьеры, образованные такими породами, как каменная соль, ангидрит или очень плотные известняки.

По мере того как возрастает количество замеров гидростатических давлений, становится ясным, что градиент гидравлического потенциала во многих водоносных пластах существует не только в латеральном направлении, но и в вертикальном, вкрест слоистости, а также между водоносными пластами, разделенными прослоями глинистых пород и известняков [82]. Несомненно, этот градиент должен непрерывно изменяться с изменением характера тектонических поднятий, горообразования, процессов эрозии и осадконакопления. Разрывные нарушения могут препятствовать движению подземных вод или, наоборот, создавать новые пути их миграции. Изучение пластовых давлений в ряде водоносных пластов многих седиментационных бассейнов показывает, что пластовые воды обычно находятся в динамическом состоянии. Эта область науки часто называется гидродинамикой. Гидродинамика широко применяется в геологии нефти и газа. Наиболее характерные примеры ее применения будут приведены в дальнейшем.

Заключение

При изучении стратиграфических ловушек перед геологом возникает значительно больше разнообразных проблем, чем при исследовании структурных ловушек. Например, в случае, если имеется антиклинальная структура, можно ожидать, что мощные толщи осадочных пород, возможно включающие несколько потенциальных коллекторских пластов, содержат залежи, расположенные одна над другой на различных гипсометрических уровнях. Стратиграфические ловушки, напротив, редко имеют какую-либо закономерную связь с распространением залежей в выше- и нижележащих коллекторских пластах, но по простиранию коллекторской толщи может быть обнаружен ряд таких ловушек. Задачей скважин, пробуренных на антиклинальной структуре, обычно является разведка нескольких перспективных объектов, в то время как разведочных скважин, бурящихся на стратиграфические ловушки, ‑ как правило, только один объект. Определенные особенности геологического строения, благоприятные для формирования стратиграфических ловушек, обычно прослеживаются на обширных территориях или вдоль вытянутых зон. Поэтому открытие одной ловушки, связанной, например, с прибрежным песчаным баром, русловым врезом, песчаной линзой или органогенным рифом, уверенно указывает на возможность открытия других подобных ловушек в этом регионе.

Изучение тектонической структуры территории может проводиться различными способами - картированием обнаженных на поверхности или глубоко залегающих слоев, а также с помощью геофизических методов. При этом стратиграфические ловушки обычно не удается выявить до тех пор, пока не пробурено такое количество скважин, которое обеспечит необходимую полноту информации о стратиграфических и литологических особенностях строения разреза. Поэтому для открытия залежей нефти и газа, приуроченных к стратиграфическим ловушкам, требуется бурение большего числа разведочных скважин, чем при поисках залежей, связанных с тектоническими структурами. Для успешных поисков залежей в стратиграфических ловушках следует особенно тщательно изучать особенность процессов осадконакопления, нефте- и газопроявления, а также стратиграфию осадочного чехла. Однако неправильно было бы утверждать, что нет необходимости в изучении тектонической структуры какого-либо района, поскольку ловушки могут быть образованы комбинацией стратиграфических, литологических и структурных факторов. Но даже наиболее крупные стратиграфические и литологические изменения слабо отражаются в структуре слоев, и установить эту связь бывает крайне трудно или вообще невозможно.

Даже после открытия залежи весьма непросто установить ее размеры и направление, в котором она простирается; в этом отношении подобные залежи часто преподносят неприятные сюрпризы геологам. Чтобы избежать ошибок, необходимо уже на ранней стадии работ в новом районе правильно понимать стратиграфическую ситуацию, седиментационную историю и гидродинамическую обстановку. Эти данные могут указать на характер ловушки - связана ли она с эрозионным срезом коллекторского пласта, рукавообразным песчаным телом или линзой песчаников, фациальным замещением проницаемых пород, гидродинамическим барьером или органогенным рифом. Используя полученные таким путем данные, можно предсказать строение резервуара и размер залежи и на основании этого свести к минимуму число непродуктивных скважин.

Цитированная литература

1. Pugh W.Е., Preston В.G. (ed.), Bibliography of Stratigraphic Traps, Seismograph Service Corporation, Tulsa, Okla., 190 p., 1951.

2. Heroy W.В., Petroleum Geology, in Geology 1888-1938, 50th Anniv. Geol. Soc. Am., pp. 534-539, 1941.

3. Mооre R.C., Meaning of Facies, Mem. 39, Geol. Soc. Am., pp. 1-34, 1949.

4. Кrumbein W.C, Sloss L. L., Stratigraphy and Sedimentation, W.H. Freeman and Co., San Francisco, pp. 316-331, 1963.

4. Sherrill R.E., Dickey P.A., Mattesоn L.S., Types of Stratigraphic Oil Pools in Venango Sands of Northwestern Pennsylvania, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 507-538, 1941.

5. Swann D.H., Athertоn E., Subsurface Correlations of Lower Chester Strata of the Eastern Interior Basin, Juorn. Geol., 56, pp. 269-287, 1948.

6. Ingham W.I., Dora Oil Pool, Seminole County, Oklahoma, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., 408-435, 1941.

7. Freeman J.C, Strand-line Accumulation of Petroleum, Jim Hogg County, Texas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 33, pp. 1260-1270, 1949.

8. Denham R.L., Dougherty W.E., Sand Belt Area of Ward and Winkler Counties, Texas, and Lea County, New Mexico, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 750-759, 1941.

9. Вass N.W.T., Origin of Bartlesville Shoestring Sands, Greenwood and Bulter Counties, Kansas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 18, pp. 1313-1345, 1934.

Bass N.W., Leatherock C., Dillard W.R., Kennedy L.E., Origin and Distribution of Bartlesville and Burbank Shoestring Oil Sands in Parts of Oklahoma and Kansas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 21, pp. 30-66, 1937.

10. Сadman W.K., The Golden Lanes of Greenwood County, Kansas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 11, pp. 1151 - 1172, 1927.

Cheyney A.E., Madison Shoestring Pool, Greenwood County, Kansas, in Structure of Typical American Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., 2, pp. 150-159, 1929. Bass N. W., op. cit. (note 9).

11. Вall M.W., Weaver T.J., Сrider H.D„ Ball D.S., Shoestring Gas Fields of Michigan, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 237-266, 1941.

12. Fettke Ch.R., Music Mountain Oil Pool, McKean County, Pennsylvania, in Stra­tigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 492-506, 1941.

13. Neal E.P., South Ceres, Oklahoma's Oddest Shoestring Field? World Oil, pp. 92- 98, 1951.

14. Marbut С.F., Geological Descriptions of the Calhourn, Lexington, Richmond, and Huntsville Sheets, Mo. Geol. Surv., 12, Part II, pp. 123-210, 270, 331, 1898. (Описаны русла Уорренсберг и Моберли.)

Hinds H., Greene F.С, Stratigraphy of the Pennsylvanian of Missouri, Mo. Geol. Surv., 13, pp. 90-106, 1915.

Hinds H., Unconformities in the Pennsylvanian, Geologic Note, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 10, pp. 1303-1304, 1926.

15. Hinds H., Greene F.C, Leavenworth-Smithville, Missouri-Kansas, Atlas Folio 206, U.S. Geol. Surv., pp. 6, 10, 1917.

16. Wilson Ch. W., Jr., Channels and Channel-Filling Sediments of Richmond Age in South-Central Tennesse, Bull. Geol. Soc. Am., 59, pp. 733-766, 1948.

17. Weller J.M., The Geology of Edmonson County, Ky. Geol. Surv., Series VI, 24. 246 p., pp. 199-208, 1927.

18. Strachan С.G., Pre-Pennsylvanian Channelling in Western Kentucky and its Connection with Oil Accumulation, Tulsa Geol. Soc. Digest, pp. 36-40, 1935.

19. Сhаrles H.H., Bush City Oil Field, Anderson County, Kansas, in Stratigraphic Type Oil Fields, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 43-56, 1941.

20. Rich J.L., Further Observations on Shoe String Oil Pools of Eastern Kansas, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 10, pp. 568-580, 1926.

21. Thompson А.В., Oil Field Exploration and Development (Vol. 1 of Oil Field Principles), 2nd ed., D. Van Nostrand Co., pp. 67, 429, 1950.