Вода, выжимаемая из глин и сланцев

Если в процессе первичной миграции вода, содержащая нефть и газ, отжимается из глинистых отложений в коллекторы, она замещает в этих коллекторах воду, находившуюся там ранее. Это должно привести к течению воды по коллекторам в сторону понижения пластового давления вплоть до выхода ее на дневную поверхность. Толща глинистых отложений мощностью в 1 милю и площадью 100×100 миль будет обладать объемом 10 тыс. куб. миль. На ранней стадии диагенеза половину общего объема толщи, т.е. около 5 тыс. куб. миль, может составлять вода. В настоящее время в результате диагенетического уплотнения и деформации объем воды в толще уменьшился до 25%, в результате чего общий объем толщи сократился до 6666 куб. миль. Иными словами, из начального количества воды, содержавшегося в этой толще, 3334 куб. миль было выжато и 1666 куб. миль осталось. Большая часть выжатой воды, видимо, просачивается вверх по поверхностям напластования, образовавшимся в процессе диагенеза, и в конечном счете попадает в океан. Однако некоторая часть выжатой воды, примерно ⅓, или 1111 куб. миль, позднее, когда глины погрузились на большую глубину и превратились в глинистые сланцы, могла мигрировать лате-рально в окружающие пористые породы. В конечном счете латеральная миграция должна была стать более интенсивной, чем вертикальная. Часть углеводородов, отложенных или образовавшихся в глинах, должна была уноситься поступающей в коллекторы водой как в растворенном состоянии, так и в виде мельчайших, субмикроскопических рассеянных коллоидных частичек.

По мере движения воды по коллектору захваченные ею частички нефти и газа флоккулируют и переносятся вместе с водой до тех пор, пока не образуется их непрерывная фаза и не начнется всплывание нефти и газа в верхние слои воды. Такие скопления углеводородов в виде линз длиной до нескольких футов и толщиной в несколько молекул могут создаваться и До их всплывания; они будут двигаться в воде в виде отдельной фазы.

В процессе миграции в виде дискретной (отдельной) фазы внутри гидрофильного коллектора нефть и газ будут стремиться занимать только наиболее крупные поры, поскольку замещение воды в мелких порах требует слишком большого давления вытеснения. Таким образом, в гидрофильных породах, характеризующихся различной пористостью, нефть будет скапливаться в крупных порах, а вода - в мельчайших. В конечном счете должна произойти концентрация нефти в грубозернистых и более проницаемых породах, в которых миграция в ловушки относительно облегчена, а вода будет продолжать двигаться сквозь менее проницаемые породы.

Теория замещения, предложенная Мак-Коем [16], основана на вытеснении нефти из глин и тонкозернистых пород водой в смежные более пористые и грубозернистые породы. Этот процесс замещения происходит вследствие того, что в мельчайших капиллярных порах силы сцепления между породой и водой значительно больше, чем между нефтью и породой или между нефтью и водой. Вода отделяет нефть от породы и заставляет двигаться из капиллярных пор глинистых сланцев в крупные поры песчаников. Мак-Кой считает, что этот процесс является главной причиной перемещения нефти и что зоны, в которые была вытеснена таким путем нефть, становятся площадями современных нефтяных месторождений. Это значит, что ко времени первичной миграции нефти из глинистых сланцев в коллектор ловушка уже должна была быть сформированной.

Циркуляция воды

К концу диагенеза осадков все поровое пространство пород, как коллекторов, так и неколлекторов, по-видимому, заполнено водой. Устанавливается региональная циркуляция этой воды, непрерывно изменяющаяся в связи с изменением гидродинамических градиентов. В зонах, где градиент гидравлического потенциала отсутствует, флюиды находятся в статическом состоянии. В разные периоды геологического времени движение насыщающих коллектор вод, несомненно, происходило в различных направлениях и с различной скоростью. Исключение могут представлять лишь более моло дые осадки, в которых современный градиент гидравлического потенциала практически не отличается от начального градиента. То, что такая циркуляция происходила во всех отложениях, от древних до современных, в течение длительного времени после литификации и диагенеза осадков, доказывается современными локальными и региональными градиентами гидравлического потенциала, наблюдаемыми во многих пластах.

В большинстве осадочных бассейнов причины, вызывающие изменения пластового давления и градиента гидравлического потенциала, могут быть самыми различными. Это могут быть диастрофизм, горообразование, эрозия, осадконакопление, осмотические явления. Сбросо- и складкообразование и вторичная цементация могут повлиять на проницаемость и изменить направление движения вод. Глубокие каньоны изменяют характер областей

Фиг. 12-2. Схематический профиль, показывающий движение воды из области питания А к зоне разгрузки В через антиклинали и синклинали.

Пластовое давление в точке F должно поднять столб воды до уровня, соответствующего точке G. Это давление меньше, чем в точке D, где оно способно поднять столб воды до точки Е, или в точке Н, в котроой столб воды поднимается до точки I. АВ - потенциометрическая поверхность, наклон которой обусловливает движение воды от точки А к точке В.

разгрузки и приводят к возникновению новых направлений движения подземных вод. Хемогенные отложения, такие, как соли и ангидриты, практически непроницаемы и, несомненно, оказывают большое влияние на гидравлическую систему. На движение флюидов воздействуют также вулканическая деятельность и другие явления, влияющие на региональные изменения температуры.

Миграция и аккумуляция нефти и газа теснейшим образом связаны с подземной водой. Эта вода представляет собой закрытую систему, так же, например, как вода в городском водопроводе в противоположность открытым системам вод озер или рек. В закрытой системе вода может двигаться вверх или вниз, или наклонно. Скорость и направление такого потока зависят от величины гидродинамического градиента - высоты области питания над нулевой плоскостью, обычно уровнем моря. Они не пропорциональны степени изменения гидростатического давления вдоль водного потока. Например, вода будет двигаться из участка с низким пластовым давлением к участку с высоким пластовым давлением в соответствии с понижением в этом направлении пьезометрической поверхности (падением напора). На фиг. 12-2 показан схематический профиль, совпадающий с направлением потока и изменения давления в закрытой водной системе. Циркуляция воды может быть вызвана любыми причинами, обусловливающими возникновение градиента гидравлического потенциала между двумя участками, что выражается в наклоне потенциометрической поверхности (см. также гл. 9).

Одним из факторов, безусловно оказывающих влияние на движение нефти и воды через породу-коллектор, является уменьшение вязкости этих флюидов и межфазного натяжения в связи с увеличением количества растворенного в нефти газа при повышении температуры и давлении с глубиной [17]. Нефть, насыщенная газом при температуре 70°F (21°С) и давлении 500 фунт/кв. дюйм (35 атм), обладает вполовину меньшей вязкостью, чем та же нефть, насыщенная газом в поверхностных условиях. При увеличении давления до 1800 фунт/кв. дюйм (125 атм), что соответствует глубине 4100 футов (1250 м), вязкость газонасыщенной нефти примерно равна вязкости керосина при атмосферном давлении. Вязкость воды значительно снижается при увеличении температуры: на глубине 10 000 футов (3000 м) вода может двигаться сквозь породы в три раза свободнее, чем на поверхности, а на глубине 20 000 футов (6000 м) ‑ в шесть раз [18].