ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ БАССЕЙНОВ В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ ПОИСКОВ ЗАЛЕЖЕЙ В ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ЛОВУШКАХ

В. Н. Корценштейн

В кн. «Гидрогеохимическая зональность и нефтегазоносность». М. –Наука. –1988. с. 39-43

Для повышения эффективности разведки литолого-стратиграфических экранированных залежей важную роль может играть изучение состава и упругости растворенных газов. Знание этих параметров дает возможность уже на ранней стадии поисков и разведки зон выклинивания наметить решение весьма важной задачи, заключающейся в получении объек­тивного материала, который может подтвердить наличие искомых зон выклинивания, содержащих залежи УВ.

Для районов, характеризующихся отсутствием структурных ловушек, нарастание давления насыщения пластовых вод газами и увеличение кон­центрации растворенных УВ могут быть истолкованы в качестве признака приближения к зонам вполне реальной нефтегазоносности. Подобные осо­бенности распределения давлений насыщения пластовых вод и концентра­ций УВ установлены в результате детальных гидрогеологических работ в ряде нефтегазоносных регионов. Таким путем удалось доказать, что в условиях нарушенного фазового равновесия залежи УВ образуют своего рода полюса, по направлению к которым давления насыщения пластовых вод контактирующих с этими залежами газами, неуклонно нарастают вплоть до контура нефтегазоносности.

Пользуясь результатами гидрогеологических исследований, можно искать различного рода литологически и стратиграфически экранирован­ные залежи, а не только ловушки. Таким образом, знание состава и упру­гости растворенных газов дает возможность уже на ранней стадии раз­ведки зон выклинивания судить об их перспективности, что способствует сокращению числа непродуктивных скважин.

В свете сказанного знания в области гидрогеохимической зональности могут способствовать открытию залежей нефти и газа в неструктурных ловушках. В этом отношении значительный интерес приобретает проблема поисков залежей УВ в гидродинамических ловушках.

Развитие последних чаще всего ограничивается сравнительно неболь­шими глубинами — 1—2 км, поскольку для больших глубин необходимые для гидродинамического экранирования градиенты давления, по-видимо­му, являются большой редкостью. Здесь более характерна обстановка, близкая к застойной, что практически затрудняет, а то и вовсе исключает возможность формирования указанного типа залежей.

Природа формирования залежей УВ в ловушках гидродинамического типа связана с противоборством двух сил: архимедовой силы всплывания генерирующихся УВ и гидравлической силы фильтрации подземных вод. Отсюда следует, что исследователь, занимающийся проблемой поисков залежей в ловушках гидродинамического типа, должен обнаружить явные доказательства существования поля указанных сил и неоспоримые следы их взаимодействия.

Совершенно понятно, что исключение из научного анализа одной из двух этих сил (как это нередко бывает) делает беспредметным существо исследования. Между тем чаще всего об этом забывают. По всей вероят­ности, именно в этом кроется причина неудач многих попыток обнаружить залежи УВ указанного типа. С учетом указанного полагаем, что исследо­ватель в рассматриваемой области должен стремиться: 1) всеми доступ­ными методами показать реальность генерации свободных УВ и их всплы­вания вверх по моноклинали как на современном геологическом этапе, так и в прошлом; 2) однозначно доказать, что в потенциально продуктив­ном горизонте фильтрация подземных вод происходит по наклону моно­клинали в направлении, обратном всплыванию УВ.

Теоретическое обоснование формирования залежей гидродинамичес­кого типа имеет многолетнюю давность и дано в ряде исследований [Сав­ченко, 1952; Хубберт, 1958; и др.]. Согласно А. А. Плотникову [1976], можно считать установленным, что на некотором участке моноклинально залегающего пласта-коллектора газ будет накапливаться, если вверх по восстанию пласта наклон пьезометрической поверхности (iв гидр) круче наклона структурной поверхности (iв), т. е. iв гидр> iв, а вниз по падению пласта наклон пьезометрической поверхности (iн гидр) меньше наклона пласта  (iн): iн гидр < iн.

Таким образом, в этих неравенствах, определяющих условия образо­вания гидродинамических ловушек, сопоставляются соотношения накло­нов моноклинально падающих слоев и наклона поверхностей. При этом различают два неравенства: iв гидр> i> iн гидр и iв <i гидр< iн.

А. А. Плотников и другие авторы показали, что для образования гид­родинамической ловушки газа в пласте необходимо, чтобы либо структур­ная поверхность имела полузамкнутую форму, раскрывающуюся по вос­станию пласта (нос, выступ, терраса), поскольку в этом случае сохраняет­ся условие iв гидр> iн гидр, либо пьезометрическая поверхность имела криволинейную полузамкнутую форму, раскрывающуюся вниз по падению пласта. Для этого случая справедливо неравенство iв гидр> i> iн гидр.

Среди геологических факторов, влияющих на форму пьезометрической поверхности, наиболее существенную роль играют литологическая неоднородность пласта-коллектора, резкие колебания мощности пласта, стратиграфическое несогласие, тектонические нарушения, подпор залежи газа  [Плотников, 1976].

Имеющиеся данные по наиболее изученным залежам гидродинами­ческого типа показывают, что основным фактором образования гидроди­намических ловушек на моноклинали является криволинейность пьезо­метрической поверхности, обусловленная неоднородной проводимостью пластов-коллекторов   [Савченко, 1952; Хубберт, 1958; Плотников, 1976 и др.].

Несмотря на многолетнюю историю проблемы поисков залежей в ло­вушках гидродинамического типа, методические положения в этой области еще слабо разработаны, здесь существует много трудностей практическо­го характера, нередко тормозящих решение проблемы в целом. На них стоит остановиться подробнее, поскольку обычно практические аспекты поисков залежей гидродинамического типа чаще всего остаются в тени. В этой связи образовался разрыв между теорией и практикой. В чем же здесь дело?

Каковы бы ни были методические основы направленных поисков зале­жей газа и нефти, приуроченных к гидродинамическим ловушкам, они всегда будут базироваться или на достаточно точных гидродинамических картах, или на моделях, построенных по тем же принципам, что и карты. Следует обратить внимание на попытки некоторых авторов моделировать гидродинамические условия различных водоносных комплексов, полагая, будто таким путем можно избежать существенные затруднения на путях претворения идей М. Хубберта [1958]. Затруднения эти действительно вряд ли преодолимы, так как получение достаточно точных гидродинами­ческих карт возможно лишь на основе бурения и испытания специальных гидрогеологических скважин, что ставит под сомнение экономическую эффективность такого метода поисков гидродинамических ловушек. Поэ­тому исследователи пытаются получить гидродинамическую основу раз-ведуемых площадей не после их разбуривания глубокими скважинами, а до начала этих работ. Бурение же глубоких скважин будет использовано не для построения региональных гидродинамических карт, а для проверки конкретных перспектив, вытекающих из анализа характерных гидродина­мических  особенностей   потока   вблизи   промышленных  скоплений   УВ.

Касаясь возможности использования моделей для воссоздания гидродинамической обстановки конкретных регионов без применения результатов дорогостоящего бурения, следует указать на некоторые обстоятельства.

Как следует из анализа большого фактического материала, различные водоносные комплексы и входящие в них отдельные водоносные горизонты довольно часто образуют автономные гидродинамические системы, каж­дая из которых характеризуется своими градиентами напоров. Это будет понятно, если учесть литологическую неоднородность водовмещающих пород, их тектоническую неидентичность и целый ряд других факторов, предопределяющих гидравлические свойства различных горизонтов. Надо полагать, что моделирование всех этих факторов, предопределяющих гидравлические свойства различных горизонтов, обычно неизвестных исследователю до завершения буровых работ, невозможно. Вот почему гидродинамические построения на основе такого моделирования вряд ли пригодны для обнаружения гидродинамических ловушек.

В итоге можно сделать вывод, что залежи УВ, приуроченные к гидро­динамическим ловушкам, почти невозможно искать направленно. Их, ско­рее всего, обнаруживают случайно или в результате открытия залежей, положение которых необъяснимо с точки зрения тектонических и литолого-фациальных особенностей, структурных и любых неструктурных (не гидродинамических) ловушек.

Практика показывает, что чем лучше изучен тот или иной регион в гид­рогеологическом отношении, тем больше возможностей прогнозирования залежей, приуроченных к гидродинамическим ловушкам на основе ранее полученных достоверных данных по гидродинамике разбуриваемых горизонтов. В этой связи следует подчеркнуть желательность повышения ка­чества опробования скважин и получения первичных данных по установ­лению статических уровней.

Приведенные выше положения не дают основания для большого опти­мизма в отношении скорого внедрения в практику поисково-разведочных работ теоретических решений в области поисков залежей в ловушках гидродинамического типа. Это не значит, что не следует продолжать изыс­кания в этой области. Достаточно привести данные по гигантским место­рождениям Хьюготон и Панхендл, чтобы оценить энергетический потенциал гидродинамических залежей. Эти месторождения, открытые в 1918 г., согласно Мэйсону, занимают площадь 22 тыс. км2, располагаясь в штатах Канзас, Техас, Оклахома. Общие запасы оцениваются в 1,5 трлн м3. За 60-летний период разработки добыто 0,7 трлн м3 газа. Средняя глубина залегания продуктивных горизонтов (пермь, карбон) порядка 900 м. На­чальное пластовое давление 34 кгс/см2. Месторождения разрабатывают­ся 10 500 скважинами. Из приведенных данных видно, что анализируе­мая проблема представляет выдающийся интерес для наращивания про­мышленных запасов нефти и газа.

Несмотря на существенные методические трудности направленных поисков залежей УВ, приуроченных к гидродинамическим ловушкам, можно высказать некоторые общие положения.

1. Перспективными объектами поисков залежей УВ в ловушках гидродинамического типа являются любые артезианские склоны гидрогеологических бассейнов инфильтрационного типа, обязательно включающие вверх по потоку области питания и создания напоров, а вниз по потоку —зоны нефтегазогенерации   и   всевозможные   потенциальные   источники всплывания УВ (как вертикального, так и латерального). Таким образом, модель региона, представляющего непосредственный интерес для поисков рассматриваемого типа залежей, содержит водоносный пласт, выход на поверхность которого включает область создания напора (область питания), а погруженная часть — область газонефтегенерации.

2.  Экономические соображения подсказывают, что направленные поиски залежей УВ гидродинамического типа вряд ли могут проводиться на основе заранее подготовленной достаточно точной геолого-гидрогеоло­гической основы. Надо полагать, что соответствующие артезианские склоны, моноклинали НГБ, должны вовлекаться в поиски в надежде «зацепиться» за залежи искомого типа и лишь после этого следует проводить полный комплекс работ, связанных с опознанием гидродинамических ловушек. На примере месторождений Хьюготон и Панхендл можно по­казать, что открытие этих крупнейших в мире залежей газа в ловушках гидродинамического типа никто никогда не планировал. Мало того, в течение многих десятков лет никто не догадывался об истинной их при­роде. Лишь через полвека ученых осенила эта блестящая догадка.

3. Основные элементы научного и практического анализа проблемы залежей в ловушках гидродинамического типа группируются в сравни­тельно узком кругу прикладных задач: структурных, литолого-фациальных, гидрогеологических. Решение их на достаточно высоком научном уровне предусматривает получение обоснованных картографических документов: детальной структурной основы, карты литолого-фациальной изменчивости флюидовмещающих пород и карты гидроизопьез.

Моноклинальные склоны любых горных сооружений в качестве объ­екта поисков гидродинамических залежей являются подлинной целиной. Здесь необходима разработка основ разбуривания артезианских склонов на основе перечисленных выше положений.

В заключение необходимо остановиться на конкретных рекоменда­циях по районам, где имеется возможность открытия гидродинамических залежей. С точки зрения приведенных выше положений наиболее перспек­тивны моноклинальные склоны мезозойских и кайнозойских отложений Северного Кавказа. Именно здесь наиболее приподнятые элементы водо­носных пластов располагаются в областях создания напоров, а наиболее погруженные — захватывают области доказанной газонефтегенерации. Другим важным объектом по тем же аргументам является Бадхызское поднятие и примыкающие к нему моноклинали. Не исключено, что, как полагает Р. Г. Семашев, отдельные элементы Даулетабад-Донмезского месторождения приурочены к гидродинамической ловушке. Здесь следует провести специальные гидродинамические исследования для вы­явления истинной природы этого месторождения.

Анализ гидродинамических проблем под углом зрения гидрохимичес­кой зональности НГБ свидетельствует о необходимости более углублен­ного изучения сложных задач по выявлению закономерностей размещения и сохранения залежей УВ. Особое внимание должно быть обращено на зоны предельного газонасыщения пластовых вод.

На примере проведенного обсуждения природных гидрогеологических условий показано, что раскрытие связей, казалось бы, различных по свое­му характеру явлений и процессов позволяет по-новому оценить роль предельного газонасыщения в формировании залежей нефти и газа в неструктурных ловушках, в том числе и гидродинамических.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Плотников А. А. Условия формирования гидродинамических ловушек газа. М.: Недра, 1976. 150 с.
  2. Савченко В. П. Смещение газовых и нефтяных залежей // Нефтяное хоз-во. 1952. № 12. С. 12—26; 1953. № 1. С. 36—41.
  3. Хубберт М. К. Гидродинамические условия формирования рифтовых месторожде­ний. М.: ГОСИНТИ, 1958. 94 с.