Миграция углеводородов, формирование и разрушение залежей

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. Условно выделяют две фазы миграции: первичную и вторичную.

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. 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, может в виде водных молекулярных растворов, миццелярных растворов или в виде газовой фазы. (Стр. 202 – 210, Баженова).

Рис. 6.1. Выжимание капли нефти из Рис. 6.2. Схема первичной и вторичной

материнской породы (по Бриену и др.) миграции (по А.А. Бакирову). 1 – первичная, 2 – вторичная, 3 – коллектор, 4 - нефтегазоматеринские породы

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.

Образования 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.

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.

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. В кровле и подошве глинистой пачки залегают пески. Следовательно, воды из глин должны переместиться в песчаные пласты, испытывающие меньшее уплотнение. Далее по пескам воды будут двигаться вверх - в сторону меньшей геостатической нагрузки.

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).

Вторичной миграцией называется движение углеводородов по проницаемым толщам и пластам в сторону ловушек. Основными причинами вторичной миграции являются гравитационные силы всплывания (архимедова сила) более легкой нефти в воде, капиллярные силы гидродинамический, геохимический (разная минерализация подземных вод), геотермический, (разница температур) напоры воды и геодинамический переток. В осадочном бассейне по эти силы объединяются.

Рис. 6.3. Изменение формы капли при сужении порового канала (по О.К. Баженовой и др.)

Рис. 6.4. Схема размещения залежей нефти и газа согласно принципу дифференциального улавливания углеводородов (по У. Гассоу (канадский геолог) и С.П.Максимову).

Смена первичной миграции вторичной происходит последовательно и практически непрерывно; в процессе погружения осадочных толщ и прохождения ими через зоны генерации осуществляется последовательное отщепление все новых и новых «порций» углеводородов и их движение через эти толщи. Углеводороды, выделяющиеся из материнских пород в коллектор, объединяются в струйки, (гипотеза струйной миграции нефти В.П. Савченко) которые, сливаясь в потоки, движущиеся по своим каналам

Направление вторичной миграции преимущественно по восстанию проницаемых пластов и пачек (горизонтальная миграция, латеральная). Переход из одной проницаемой толщи в другую осуществляется по разломам, зонам трещиноватости, поверхностям литологического наслоения и стратиграфическим несогласиям (вертикальная миграция).

Рис. 6.5. Направления миграции УВ (по О.К. Баженовой и др.)

1 – скопление УВ, 2 – порода-коллектор, 3 – порода-флюидоупор, 4 – граница стратиграфического несогласия, 5 – тектоническое нарушение.

Не случайно наиболее крупные скопления нефти и газа образуются внутри толщ, состоящих из переслаивающихся и замещающих друг друга по простиранию глинистых, и песчаных пачек, а также внутри известняков, доломитов, приобретающих в катагенезе вторичную трещинную пористость.

Процесс аккумуляции тесно связан с дифференциацией углеводородов в ловушке, а также и на путях миграции. Время и последовательность аккумуляции определяется, прежде всего, тектоническим строением региона, формой и генезисом ловушек. В одинаковых термодинамических условиях раньше всего углеводороды заполняют литологические ловушки, затем стратиграфически- и тектонически- экранированные.

Однозначно определенных данных о дальности миграции не имеется. Дальность миграции определяется от наиболее прогнутой части бассейна, т.е. очага максимальной генерации до ближайших ловушек на бортах бассейна. Расстояния при этом могут достигать десятков километров.

Переформирование залежей в процессе миграции происходит непрерывно.

О значительных масштабах миграции нефти за длительный срок свидетельствуют крупные скопления битумов в виде нефтяных песков, асфальтовых «озер». Крупнейшие скопления битумов известны в Канаде (Атабаска), в Венесуэле (пояс Ориноко), в Сибири (Оленёк) и других местах. Для образования столь громадных скоплений окисленной, преобразованной нефти нужно еще более грандиозное количество мигрирующей нефти.

Скорость перемещения флюидов гидрогеологи оценивают как невысокую – от единиц до десятков сантиметров в год.

По серии экспериментов Л. Каталана по миграции нефти в водонасыщенном песке получились скорости 110 000 – 430 000 км/млн. лет.

По расчетам С.Г. Неручева скорость в зависимости от условий может колебаться от 0,34 до 27 600 км в млн. лет.

В реальных геологических условиях скорости существенно изменяются в зависимости от тектонических, литологических, гидрогеологических и других условий. В спокойных платформенных условиях скорость движения флюида значительно ниже, чем в геосинклинальных областях.

По расстояниям движения (масштабам) миграция может быть:

- региональной, контролируемой размещением зон нефтегазообразования и зон нефтегазонакопления;

- локальной, контролируемой отдельными структурами дизъюнктивной тектоникой, литологическими и стратиграфическими экранами.

В процессе миграции углеводороды испытывают изменения и миграционные потери. Часть нефти адсорбируется, часть идет на преобразование минеральных веществ. Газ растворяется в воде и выходит на поверхность в виде источников. В некоторых складчатых сооружениях, например Баку и Берингово море расход газа составляет десятки и тысячи кубометров в сутки.

Миграционные процессы очень сложны и многолики. Их классификация представлена в таблице.

Классификация миграционных процессов

(По О.К. Баженовой и др.)

Таблица 6.1.