- •Оглавление
- •Предисловие
- •Предисловие автора к первому изданию
- •Предисловие редактора английского издания
- •Часть первая. Введение
- •Глава 1 Введение
- •Глава 2 Распространение нефти, газа и других нафтидов
- •Условия залегания
- •Поверхностные нафтидопроявления
- •Подземные нафтидопроявления
- •Географическое положение
- •Геологический возраст пород-коллекторов
- •Заключение
- •Цитированная литература
- •Часть вторая. Природный резервуар
- •Глава 3 Порода-коллектор
- •Классификация
- •Номенклатура пород-коллекторов
- •Обломочные породы-коллекторы
- •Глины
- •Цементация обломочных пород-коллекторов
- •Хемогенные породы-коллекторы
- •Химически осажденные карбонатные породы
- •Кремнистые породы-коллекторы
- •Породы-коллекторы смешанного происхождения
- •Разрезы буровых скважин
- •Породы-коллекторы морского и неморского происхождения
- •Заключение
- •Цитированная литература
- •Глава 4 Поровое пространство породы-коллектора
- •Пористость
- •Измерения пористости
- •Проницаемость
- •Измерения проницаемости
- •Эффективная и относительная проницаемость
- •Классификация и происхождение порового пространства
- •Первичная, или межзерновая, пористость
- •Вторичная, или промежуточная, пористость
- •Связь между пористостью и проницаемостью
- •Заключение
- •Цитированная литература
- •Глава 5 Пластовые флюиды-вода, нефть, газ
- •Флюиды, содержащиеся в природных резервуарах
- •Источники информации о пластовых флюидов
- •Распределение газа, нефти и воды в резервуаре
- •Вода
- •Классификация вод нефтяных месторождений
- •Характеристика вод нефтяных месторождений
- •Происхождение соленых вод нефтяных месторождений
- •Нефть
- •Измерение количества нефти
- •Химические свойства нефти
- •Ряды углеводородов
- •Другие компоненты нефтей
- •Физические свойства нефтей
- •Природный газ
- •Измерение объема природного газа
- •Состав природного газа
- •Примеси в природном газе
- •Заключение
- •Цитированная литература
- •Глава 6 Пластовые ловушки: общие сведения и структурные ловушки
- •Антиклинальная теория
- •Классификация ловушек
- •Структурные ловушки
- •Ловушки, связанные с разрывными нарушениями
- •Ловушки, связанные с трещиноватостью
- •Цитированная литература
- •Первичные стратиграфические ловушки
- •Линзы и фациальные замещения обломочных пород
- •Линзы и фации хемогенных пород
- •Вторичные стратиграфические ловушки
- •Гидродинамические ловушки
- •Заключение
- •Комбинированные ловушки
- •Соляные купола
- •Распространение соляных куполов
- •Соляные штоки провинции Галф-Кост
- •Кепрок
- •Происхождение соляных куполов
- •Глава 9 Пластовые условия - давление и температура
- •Пластовое давление
- •Измерение давления
- •Градиенты давления
- •Источники пластового давления
- •Аномальные пластового давления
- •Температура
- •Измерение температуры
- •Геотермическии градиент
- •Использование результатов температурных замеров
- •Источники тепловой энергии
- •Результаты воздействия тепла
- •Заключение
- •Цитированная литература
- •Глава 10 Механика природного резервуара
- •Фазовые состояния
- •Поверхностные явления
- •Поверхностная энергия; поверхностное натяжение; межфазное натяжение
- •Капиллярное давление
- •Пластовая энергия
- •Газ, растворенный в нефти
- •Режим газовой шапки (газонапорный режим)
- •Водонапорный режим
- •Гравитационные силы
- •Комбинированные источники пластовой энергии
- •Движение нефти и газа в залежи
- •Явления, связанные с разработкой залежи
- •Максимально эффективный темп добычи
- •Коэффициент продуктивности
- •Уравнение материального баланса
- •Сверхвысокопродуктивные скважины
- •Малорентабельные скважины и залежи
- •Эксплуатационный период скважин и залежей
- •Вторичные методы разработки залежей
- •Добыча газа
- •Попутный газ
- •Свободный газ
- •Экономические и правовые вопросы
- •Заключение
- •Часть четвертая Геологическая история нефти и газа
- •Глава 11 Происхождение нефти и газа
- •Граничные условия
- •Неорганическое происхождение нефти и газа
- •Органическое происхождение нефти и газа
- •Современные теории органического происхождения нефти и газа
- •Природа органического материнского вещества
- •Современное органическое вещество
- •Органическое вещество неморского происхождения
- •Превращение органического вещества в нефть и газ
- •Деятельность бактерий
- •Теплота и давление
- •Изменение нефти под влиянием теплоты и давления
- •Заключение
- •Цитированная литература
- •Глава 12 Миграция и аккумуляция нефти и газа
- •Геологические условия миграции и аккумуляции
- •Дальность миграции
- •Первичная миграция
- •Вода, выжимаемая из глин и сланцев
- •Циркуляция воды
- •Седиментационная и переотложенная нефть
- •Вторичная миграция
- •Перенос частиц нефти и газа водой
- •Явления, связанные с капиллярным давлением и давлением вытеснения
- •Плавучесть
- •Влияние растворенного газа на миграцию нефти
- •Аккумуляция
- •Наклонные водонефтяные контакты
- •Литологические и стратиграфические барьеры¹
- •Вертикальная миграция
- •Время аккумуляции
- •Приток нефти и газа
- •Заключение
- •Цитированная литература
- •Глава 13 Глубинная геология
- •Типы глубинных карт
- •Структурные карты и разрезы
- •Карты изопахит ( карты равных мощностей)
- •Карты фаций
- •Палеогеологические карты
- •Геофизические карты
- •Геохимические карты
- •Другие типы глубинных карт
- •Счетно-решающие машины
- •Сухие скважины
- •Заключение
- •Цитированная литература
- •Глава 14 Нефтегазоносные провинции
- •Характер отложений
- •Теория углеродного коэффициента
- •Седиментационные бассейны
- •Нефте- и газопроявления
- •Несогласия
- •Зоны выклинивания проницаемых отложении
- •Региональные своды
- •Локальные ловушки
- •Заключение
- •Цитированная литература
- •Глава 15 Перспективы нефтегазоносности¹
- •Открытие
- •Геологические факторы
- •Экономические факторы
- •Субъективные факторы
- •Заключение
- •Цитированная литература
- •Общие работы
- •Сокращения, принятые в английской литературе по нефти и газу
- •Литература
- •Дополнительный список литературы
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
превысить экранирующее влияние давления вытеснения, наступает предел
Фиг. 12-7. Влияние восходящего движения воды через литологический барьер зоны относительно повышенного давления вытеснения и пониженной проницаемости.
В этом случае гидродинамические силы действуют в том же направлении, что и силы плавучести, способствуя проникновению нефти и газа в мельчайшие поры барьерной зоны и уменьшая тем самым ее удерживающую способность. I - плавучесть усиливается под действием гидродинамических сил; II - эффективность сил плавучести резко повышается под действием гидродинамических сил;
1 - направление движения воды и понижения гидравлического потенциала; 2 - направление движения нефти и газа под действием сил плавучести.
удерживающей способности экрана. Если движение воды направлено вверх по наклону,
оно усиливает капиллярное давление, способствуя продвижению нефти и газа сквозь зоны
с повышенным давлением вытеснения.
Влияние растворенного газа на миграцию нефти
Практически во всех нефтяных залежах присутствует газ, в тех или иных
количествах растворенный в нефти. Чисто нефтяные залежи, совершенно лишенные
растворенного газа, встречаются настолько редко, что должны рассматриваться как
аномальные. Природный газ обладает крайне низкой вязкостью и очень высокой
плавучестью, не идущими ни в какое сравнение с вязкостью и плавучестью воды и нефти.
Изменения объема газа при изменении пластовой температуры и давления также
несравнимо больше, чем изменения объема воды и нефти. Сжатый газ обладает огромной
потенциальной энергией, легко высвобождающейся при изменении объема газа в
соответствии с изменением пластовых условий. Расширение сжатого газа вследствие
снижения пластового давления - один из важнейших факторов, способствующих
движению нефти из пласта в скважины в процессе разработки залежи. Возникает вопрос,
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
не играет ли газ активную роль в процессе миграции, обусловливающем концентрацию нефти в залежи?
О значении газа для движения нефти по продуктивному пласту говорил еще в
1912 г. Джонсон [23]. Он указал на необычную легкость концентрации газа и полагал, что именно благодаря наличию газа нефть может двигаться сквозь поровое пространство горных пород. Джонсон считал, что нефть образует вокруг газовых пузырьков тонкую пленку и передвигается вместе с ними.
Впоследствии классические эксперименты Тиля [24] и работы Эммонса [25]
показали, что в лабораторных условиях присутствие даже небольших количеств газа в нефте-водопесчаной смеси приводит к концентрации газа и нефти в верхней части сосуда,
в то время как в случае отсутствия газа никакой концентрации не происходит¹.
Позже исследование движения нефти в присутствии газа проводил Додд [26]. Он обнаружил, что в случае движения воды, содержащей небольшое количество растворенного газа, через водонасыщенные пески, в которых содержится рассеянная нефть, последняя начинает мигрировать вверх по восстанию пласта.
Миллс [27], проводя опыты с газом и рассеянной в водонасыщенном песке нефтью,
заключенными в запечатанный стеклянный сосуд, установил, что каждый раз, когда сосуд лопался, в образовавшиеся трещины немедленно начинал бурно выходить газ, а затем и нефть с водой; это продолжалось до тех пор, пока давление внутри и вне сосуда не выравнивалось².
Миллс предположил, что, когда нефть, газ и вода находятся в смеси в одном сосуде, газ, будучи под давлением, начинает диффундировать сквозь нефть и воду. Когда сосуд трескается, газ расширяется и устремляется к месту пониженного давления
(трещине), увлекая за собой нефть. Такое же явление должно происходить и в случае образования тектонической трещины в природном резервуаре. Большая часть нефти должна будет уйти через эту трещину вместе с газом; меньшая часть, лишенная газа,
останется в пласте вследствие своей высокой вязкости. Миллс указал на то обстоятельство, что многие минералы, обычно встречающиеся в сбросовых зонах в виде жил (кальцит, барит, гипс, включения озокерита), нередко обнаруживаются в нефти,
поступающей из скважины. Действительно, эти примеси в нефти очень часто доставляют много хлопот эксплуатационникам.
Логичный вывод из всех этих экспериментов заключается в следующем. Основным результатом снижения давления до величины, близкой к величине давления насыщения,
является увеличение объема газо-нефтяной смеси, образование пузырьков и капель,
соединяющихся в непрерывную фазу,
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
¹В экспериментах Тиля нефть разбавлялась на ⅓ ее объема керосином (для понижения вязкости), морской водой, подкисленной 0,5% уксусной кислотой и смешивалась с раздробленным кварцитом, пропущенным через сито. Вся эта смесь помещалась в трубку диаметром 2,54 см и длиной 120 см, изогнутую в виде миниатюрной антиклинальной складки. Затем с обоих концов трубка на 10 см заполнялась дробленым доломитом и концы запечатывались. Образующийся в результате реакции между уксусной кислотой и доломитом углекислый газ начинал двигаться в «присводовую» часть трубки, увлекая за собой нефть. В «своде» трубки уже через 24 часа наблюдалось разделение нефти и газа, еще более четко проявившееся через 48 часов. В таком же опыте, но не сопровождавшемся образованием углекислого газа, концентрации нефти в изогнутой части трубки не происходило.
Различные модификации этого эксперимента описал Эммонс. В некоторых случаях применялся газолин и смесь подогревалась, чтобы создать давление газа; в других случаях делали дополнительные изгибы трубки, имитируя структурные террасы. Кроме того, использовался песок с различным размером зерен для воссоздания различных условий проницаемости. В каждом случае нефть концентрировалась в локальной ловушке, и движение нефти изучалось при различных давлениях. Минимальное количество нефти составляло несколько унций (28,3 г) на кубический дюйм (~16 см³), а минимальный наклон (изгиб трубки) - 0,5-1°.
²Исследуя это случайное открытие, Миллс проделал следующий опыт. Он смешал нефть с жидкостью, вызывающей брожение (смесь воды, яблочного сока, сахара и дрожжей), и тонкозернистым гидрофильным песком. Этой смесью он доверху заполнил несколько пивных бутылок, запечатал их и оставил стоять на три дня. Наблюдалось лишь незначительное гравитационное разделение флюидов. Практически весь образующийся газ растворялся в воде или нефти. Затем в крышках бутылок были проделаны отверстия. Газ начал немедленно выходить через эти отверстия, а нефть – двигаться вверх и отделяться от воды. Через 2 минуты нефть с небольшим количеством воды начала струей бить из каждой бутылки. Аналогичный результат был получен и в том случае, когда бутылки находились в лежачем положении: нефть двигалась в сторону точки выхода газа.
повышение плавучести и подвижности газо-нефтяной смеси и в конечном счете -
движение этой смеси в направлении снижения давления. Растворенный в нефти газ обусловливает расширение рассеянных капелек нефти до тех пор, пока они не соединятся и не образуют скопления, достаточно большие, чтобы силы плавучести могли привести их в движение. Такое нефтяное скопление может двигаться сквозь воду или вместе с ней,
однако в любом случае присутствие газа значительно облегчает это движение (см. также стр. 553-559: фиг. 13-12 – 13-18).
Если нефть и газ перемещаются независимо от воды, то это движение может как совпадать с направлением потока воды, так и быть направленным против него. На фиг. 12-
2 видно, что вода движется от точки А к точке В вследствие разницы их высот. Вода может нести и нефть и газ в коллоидальном, дисперсном или растворенном состоянии.
Всплывание нефти и газа слева от точки Н в направлении точки F будет направлено против течения воды, а справа от точки Н в направлении точки В - совпадать с потоком воды. Высокая скорость движения воды может привести к тому, что эффект всплывания станет обратным, однако в большинстве случаев эта скорость, по-видимому, достаточно низка и должна лишь несколько замедлять движение нефти и газа.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Аккумуляция
Конечным этапом формирования залежи является концентрация нефти и газа из рассеянного в пластовых водах состояния в промышленное скопление. Иногда пластовые воды не представляют собой непрерывную взаимосвязанную систему. В этих случаях движение нефти и газа, видимо, также является ограниченным, т.е. формирование их скоплений происходит в непосредственной близости от зоны нефтегазообразования.
Большая часть ловушек, однако, характеризуется наличием свободной воды, находящейся как в статическом состоянии, так и в движении. Но переносятся ли нефть и газ водой или перемещаются независимо от нее вследствие плавучести, их движение всегда происходит у кровли проницаемых пород, вероятно, в виде тонких пленок толщиной в несколько молекул или несколько пор. Доказательством этому служат многочисленные выходы нефти и газа, наблюдаемые в верхней части водоносных пород-коллекторов в нефтяных провинциях. Миграция нефти и газа продолжается до тех пор, пока не встретится какое-
либо препятствие, т.е. ловушка.
Размер скопления нефти или газа может ограничиваться: 1) количеством исходного вещества, 2) физическими особенностями участка аккумуляции, 3) сочетанием обоих этих факторов. При этом предполагается, что каждая ловушка заполнена нефтью и газом настолько, насколько это возможно при существующих пластовых условиях - давлении,
температуре, градиенте гидравлического потенциала, относительных плотностях нафтидов и воды, наклоне пластов, проницаемости и ее изменчивости.
Там, где пластовые воды находятся в гидростатическом равновесии, нефть и газ в конечном счете скапливаются в наиболее приподнятой части ловушки (т.е. там, где потенциальная энергия наименьшая), а водонефтяной контакт является горизонтальным.
В общем случае ловушка представляет собой область с пониженной потенциальной энергией [28], в направлении которой обладающие плавучестью нефть и газ движутся из областей высокой потенциальной энергии. Нефть и газ отделяются друг от друга
(сепарируются) в соответствии с их плотностями и удерживаются в ловушке до тех пор,
пока ловушка остается областью наименьшего значения уровня потенциальной энергии, т.
е. до тех пор, пока не изменятся пластовые условия в результате тектонических нарушений, изменения регионального наклона слоев, а следовательно, и скорости движения пластовых вод или, наконец, пока залежь не будет вскрыта скважиной - все эти факторы приводят к возобновлению движения нефти и газа и снижению эффективной емкости ловушки.
Когда огромные объемы воды с рассеянными в ней нефтью и газом попадают в ловушку, в последней удерживаются лишь нефть и газ, а вода удаляется. Легче всего вода