 |
5. Миграция углеводородов. 5. 1. Первичная миграция нефти и газа
|
|
|
|
5. МИГРАЦИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ
Вслед за образованием углеводородов из ОВ осадочных пород происходит их миграция и аккумуляция в месторождения. Под миграцией понимается перемещение подвижных флюидов углеводородов в горных породах. Наиболее полно, в настоящее время этот вопрос освещен коллективом авторов: О. К. Баженовой, Ю. К. Бурлиным, Б. А. Соколовым и др., 2004 г, Э. А. Бакировым и др., 1981 г, изложен в лекциях Калимовой Н. Т. (Атырауский институт нефти и газа).
Выделяется две фазы миграции: первичную и вторичную. Нефть и газ способны свободно мигрировать в породах земной коры, и место современного их нахождения, как правило, не является местом их образования. Они могут перемещаться вследствие явлений фильтрации и всплывания, а также вследствие вытеснения из пород под действием различных факторов (уплотнения и деформации пород, тектонических нарушений и др. ).
По отношению к нефтегазоматеринским толщам различают первичную и вторичную миграцию (рис. 5. 1. ).
Рис. 5. 1. Схема первичной и вторичной миграции. Миграция: 1 – первичная, 2 – вторичная, 3 – порода-коллектор, 4 – нефтегазоматеринские породы. (по Э. А. Бакирову, В. И. Ермолкину, В. И. Ларину и др., 1980 г. ).
5. 1. ПЕРВИЧНАЯ МИГРАЦИЯ НЕФТИ И ГАЗА
Захороненное в осадках органическое вещество (ОВ) преобразуется в битумоиды, в составе которых присутствуют соединения, наследующие от биомолекул углеродистый скелет и элементы пространственной структуры. Пространственная асимметрия биомолекул сохраняется в нефтях (оптическая активность).
Особенности расеянных битумоидов:
Рис. 5. 2. Начало миграции микронефти из нефтематеринских пород (по С, С. Захаровой, ЯГУ).
|
|
|
1. асимметрия молекул и неравновесность состава.
2. контроль со стороны внешних по отношению к захороненному ОВ условий – термодинамический режимом недр, скоростью осадконакопления.
3. особенность битумоидов - их дисперсно-рассеянное в нефтематеринских породах состояние, отсутствие макроструктуры в распределении концентраций.
4. приуроченность к глинистым породам.
Далее наступают этапы первичной миграции и аккумуляции УВ.
А. Часть молекул мигрирующей микронефти приходит в согласованное движение, создавая направленные потоки углеводородного вещества к ловушкам, и аккумулируется там, образуя скопления.
Б. Часть микронефти остается в дисперсно рассеянном состоянии,
В. Часть рассеивается (диффузия, вымывания и вертикальные перетоки УВ, биодеградация, окисление.
Снижение давления и усиление потока инфильтрационных вод ведёт к выделению УВ в свободную фазу (аккумуляция в ловушках).
Считается, что нефть выходит из доманикитов в виде капелек (первичная миграция), которые устремляются либо вверх (гравитация), либо вдоль резервуаров вследствие напора воды в результате проявления гидравлического фактора (рис. 5. 2. и 5. 3. ).
Органогенная теория происхождения нефти предполагает выделение протонефти из нефтематеринских пород и миграция ее по проницаемым пластам вверх по их восстанию. Миграция нефти начинается с капелек (рис. 5. 4. ), выходящих из нефтематеринской породы в примыкающие к ним пласты-коллекторы.
Первичной миграцией называется отделение углеводородов от материнской породы и переход их в проницаемый резервуар. И. М. Губкин представлял первичную миграцию как вынос нефти из материнских пород в виде мельчайших капелек (рис. 5. 2. ). Это крайне трудно себе представить, особенно если речь идет о тонкодисперсных глинистых породах с минимальной проницаемостью и пористостью. Но процесс перемещения углеводородов все же происходит, возможно, в виде водных молекулярных растворов, миццелярных растворов или в виде газовой фазы (рис. 5. 3. ).
|
|
|
Рис. 5. 3. Аккумуляция нефти и газа в ловушках (по С, С. Захаровой, ЯГУ).
Важную роль в процессах миграции воды и нефти имеют гидрофильные и (или) гидрофобные свойства играют горных пород. т. е. явления смачивания и прилипания жидкостей к поверхности частиц.
Образование осадочных пород проходит в водной среде. Коллектор всегда содержит какое-то количество воды, которая не допускает контакта мигрирующей или образующейся нефти с частицами породы.
В гидрофильных породах нефть занимает крупные промежутки среди воды, и емкость коллектора сильно зависит от капиллярных сил воды и нефти, поскольку мелкие капилляры в коллекторе занимает еще седиментационная вода, которая препятствует движению нефти в узкие каналы.
В гидрофобной породе (угли, породы с включениями парафина, воска, битумов) вода не смачивает поверхность ее частиц и стремится переместиться в более широкую часть пор. Нефть занимает узкие поры, вытесняя из них воду, обволакивая частицы породы. Миграция ее сильно затруднена или может происходить только в результате сжатия породы.
Рис. 5. 4.. Выжимание капли нефти из нефтематеринской породы (по Бриену и др. ).
Рис. 5. 5. Возможный принцип формирования аномальных разрезов баженовской свиты, где первичная нефть выжимается в песчаные линзы, предположительно входящие в составе баженовской свиты.
Благоприятные условия для миграции нефти создаются при высоком нефтенасыщении и повышенных температурах порядка 100 - 150°. Вода более подвижна, по сравнению с нефтью, двигается и по узким, и по широким каналам, и активнее уходит в более благоприятные для нее зоны коллектора. Место воды занимает нефть и выделившийся из нее газ.
По характеру движения и в зависимости от физического состояния углеводородов различается миграция:
- молекулярная (диффузия), движение в растворенном состоянии вместе с водой;
- фазовая (в свободном состоянии), когда углеводороды могут находиться в жидком (нефть) и газообразном (газ) состоянии, а также в виде парообразного газонефтяного раствора.
Проблема миграции нефти и газа включает три основных вопроса: факторы, вызывающие миграцию; состояние, в котором флюиды перемещаются; масштабы (расстояния) миграции.
|
|
|
Первичная миграция, может идти в любом направлении - вбок, вверх, вниз; Первичная миграция начинается еще в диагенезе: по мере уплотнения осадка из него отжимается седиментационная вода вместе с заключенным в ней органическим веществом, находящимся в состоянии коллоидных и мицеллярных растворов. В истинный раствор легко переходит метан. Большая часть седиментационной воды уходит вверх, в покрывающий осадок водоем.
Н. Б. Вассоевич выделяет следующие стадии уплотнения и отжатия флюидов из осадка и породы:
1) свободное уплотнение при погружении до 250 м;
2) затрудненноё уплотнение - до 600 м;
3) сильно затрудненное уплотнение - до 3250 м.
Главным фактором уплотнения является геостатическая нагрузка, т. е. давление веса вышележащих слоев.
Мощность глин при снижении пористости от 80 до 20% уменьшается на 1/4. Это происходит за счет вытеснения из пор иловой воды. Если в кровле и подошве глинистой пачки залегают пески, то воды из глин должны переместиться в эти песчаные пласты, испытывающие меньшее уплотнение. Далее по пескам воды будут двигаться вверх - в сторону меньшей геостатической нагрузки или скапливаться в песчаных линзах, в пределах нефтематеринской толщи (рис. 5. 5. ), как это имеет место в аномальных разрезах баженовской свиты в Западной Сибири.
Седиментационная вода не только движется через пески, но взаимодействует с ними: растворяет кремнезем, осаждает его в пустотах, образует зерна вторичного кварца, доломита, кальцита и других цементирующих веществ. В результате пористость песков уменьшается. Ниже 2, 5-3 км движение вод затруднено, что нередко приводит к возникновению аномально высоких пластовых давлений (АВПД).
|
|
|
