Природный резервуар нефти
Природным резервуаром (petrolium reservoir) называется часть породы, содержащая залежи нефти и газа. Можно сказать, что расположение каждой нефтяной и газовой залежи обусловливается влиянием комплекса взаимосвязанных геологических факторов. Любой отдельно взятый резервуар неповторим в деталях, однако могут быть подмечены и общие черты сходства, которые позволяют создать широкие классификации основных элементов, характеризующих особенности резервуаров.
Природный резервуар состоит из четырех неотъемлимых элементов, каждый из которых характеризуется весьма различной степенью развития, имеет много градаций и отличается от других по важности влияния на размещение и размер залежей углеводородов. Эти элементы следующие:
- Порода-коллектор или вмещающий материал. Состав и структура породы-коллектора, непрерывность или прерывистость ее распространения в плане представляют важнейший интерес для геологии нефти и газа. Границы распространения породы-коллектора могут совпадать с контурами нефтяной залежи, если, например, нефть и газ заполняют линзовидное
коллекторское тело; в других случаях порода-коллектор, хотя и развита на обширной площади, может быть природным резервуаром только на отдельных благоприятных участках. - Поровое или пустотное пространство, иногда именуемое также коллекторским пространством. Оно обычно выражается в количественном отношении посредством дроби или в виде процентной величины от общего объема породы (например, 0,23 или 23%) и называется ее пористостью. Под эффективным поровым пространством подразумевается та часть породы-коллектора, которая доступна для миграции и аккумуляции нефти и обеспечивает сохранность последней. Степень свободы перемещения флюидов через соединяющиеся между собой поры породы называется ее проницаемостью. Пористость и проницаемость ‑ свойства породы, зависящие от наличия в ней порового пространства. Они представляют особый интерес для геолога-нефтяника, поскольку определяют способность коллектора удерживать и отдавать нефть.
- Содержание флюидов, включая воду, нефть и газ, в эффективном поровом пространстве породы-коллектора. При благоприятных условиях нефть и газ концентрируется в залежи, но большая часть резервуара за пределами залежей содержит только воду или воду с миллионными долями нефти и газа. Нефть и газ в таком случае залегают в водоносном пласте, т.е. в водной обстановке. Флюиды могут находиться в состоянии статического или динамического равновесия, иными словами, покоиться на месте или быть в движении. За время своей геологической истории они, несомненно, в какие-то периоды приходили в движение, а может быть, находились в непрерывном движении в связи с изменениями пластовых условий, которые могли быть вызваны эрозией, осадконакоплением, деформацией пород, или в связи с какими-то другими изменениями, изменяющими давление, температуру, плотность, объем и химические свойства флюидов. Эти изменения заставляют флюиды перемещаться вдоль градиентов из зон высокой потенциальной энергии к зонам более низкой потенциальной энергии. Хотя движение флюидов в пласте не поддается непосредственному наблюдению, доказательством его существования является концентрация нефти и газа в залежах и многочисленные данные о градиентах давления флюидов.
Резервуарная ловушка
Резервуарная ловушка или просто ловушка, обуславливающая удержание нефти и газа в залежи. Большинство геологов рассматривает ловушку как форму, которую принимает та или иная часть породы-коллектора, благодаря чему в недрах создаются условия для формирования залежи нефти. Как мы увидим ниже, образование ловушки в некоторых случаях может быть частично связано с наличием градиентов давления флюидов, содержащихся в пласте. В понимании автора ловушка представляет собой форму залегания породы-коллектора в совокупности с поровым пространством последней.
Ловушки образуются в результате самых разнообразных сочетаний структурных и стратиграфических особенностей пород-коллекторов. Ловушка обычно состоит из непроницаемой покрышки, которая перекрывает и запечатывает пористую и проницаемую породу, вмещающую нефть и газ. Верхнее ограничение ловушки имеет вогнутую форму; кровля ловушки обычно изогнута в виде свода, но может иметь форму угла или остроконечной вершины. На практике термин «ловушка», как правило, означает любую комбинацию структурной формы с проницаемыми и слабопроницаемыми породами, которая способна предотвратить утечку нефти и газа как в латеральном, так и в вертикальном направлениях благодаря наличию разницы в давлении или удельном весе углеводородных флюидов и воды. Иногда природные резервуары занимают весь объем ловушки, так что, если бы происходил приток каких-либо дополнительных количеств нефти и газа, они разливались бы вокруг ловушки, занимая положение вблизи ее нижнего края. В других случаях резервуар составляет только часть видимой емкости ловушки.
водо-нефтяной контакт
Нижняя граничная поверхность резервуара представляет собой (полностью или частично) плоскость контакта нефти и газа с подстилающей массой воды, на которой покоится залежь. Эта плоскость известна как водо-нефтяной контакт или водо-нефтяная поверхность¹. Вода заполняет все поровое пространство коллектора ниже водо-нефтяного контакта и ту часть порового пространства резервуара, которая не занята нефтью и газом. Если вода неподвижна, плоскость контакта горизонтальна или почти горизонтальна. Однако, когда вода вследствие наличия градиентов гидродинамических потенциалов движется параллельно напластованию, омывая залежь, нижняя граница резервуара может представлять собой наклонную плоскость; в таком случае говорят, что залежь имеет наклонную, или опрокинутую, поверхность водо-нефтяного раздела. Иногда наклон водо-нефтяного контакта становится достаточным для того, чтобы нефть и газ вымывались из возможной ловушки, которая в таких условиях не эффективна и не обеспечивает возникновения ни резервуара, ни залежи.
Эти общие соображения о характере природного резервуара, вероятно, приложимы к большинству известных на всем земном шаре залежей нефти и газа. В последующих пяти главах упомянутые элементы природного резервуара рассматриваются подробно, поскольку комбинации их, способствующие удержанию нефти и газа в залежи, характеризуются различными соотношениями этих элементов².
- ¹ Водо-нефтяную поверхность следует отличать от поверхности зеркала грунтовых вод, термина, давно использующегося в гидрогеологии для обозначения поверхности, ниже которой все поры заполнены водой. Зеркало грунтовых вод является, следовательно, поверхностью раздела вода — воздух в отличие от водо-нефтяной поверхности, известной в геологии нефти и газа.
- ² Необходимо отметить, что при такой трактовке терминов «коллектор», «природный резервуар» и «ловушка» нет четкого разграничения между ними и по существу ставится знак равенства между последними двумя понятиями. Нам представляется целесообразным сформулировать эти понятия следующим образом: коллектор ‑ горная порода, в которой в термодинамических условиях верхней части земной коры возможна дифференциация нефти, газа и воды под действием гравитационных сил; природный резервуар ‑ геологическое тело, сложенное породами-коллекторами и ограниченное флюидоупором, в котором при прочих благоприятных условиях возможно формирование залежи нефти или газа; ловушка — часть природного резервуара, в котором нефть и газ могут находиться в состоянии гидродинамического, равновесия в количествах, достаточных для образования залежей (больше 1000 м³).