Причины образования аномальных пластовых давлений
Кроме инфильтрационных гидродинамических систем, в природе существуют элизионные системы с внутренними источниками создания напора в коллекторах за счет разных источников. При этом в ПР образуются аномально высокие пластовые давления (АВПД), превышающие расчетные гидростатические давления в 1,3-2,3 раза и более. Значительно реже отмечаются аномальные низкие пластовые давления (АНПД), не достигающие расчетного гидростатического давления.
Формальной причиной существования аномальных давлений в ПР является несоответствие объемов флюидов объему пустотного пространства горных пород.
Аномально высокие пластовые давления. АВПД образуются при превышении количества поступающих флюидов в ПР над количеством уходящих флюидов. По существующим представлениям причины АВПД в ПР делятся на внутренние и внешние.
Одной из главных внутренних причин многие исследователи считают элизионные процессы при неравновесном, или заторможенном уплотнении глин.
Неравновесное уплотнение происходит в следующих случаях:
1) при накоплении значительных толщ глинистых осадков;
2) при небольшой толщине и проницаемости коллекторов, расслаивающих толщи глин;
3) при высокой скорости осадконакопления.
В этих случаях при уменьшении объёма системы за счёт увеличения геостатической нагрузки и компрессии седиментационная поровая вода, не успевает отжаться в коллекторы и начинает испытывать литостатическое давление. В результате в толще глин возникают АВПД. При высокой скорости осадконакопления даже хорошо проницаемые коллекторы не успевают пропустить всю поступающую воду из глин, поэтому в инфильтрационной гидродинамической системе развивается элизионный водонапорный режим, и она становится эксфильтрационной или элизионной.
Возникновению АВПД способствуют также дополнительные внутренние источники питания. Они связаны:
1) с преобразованием глинистых минералов на стадии катагенеза и, прежде всего это – дегидратация монтмориллонита и его превращение в гидрослюды;
2) с процессами дегидратации гипса и его превращением в ангидрит в пластах, заключенных среди каменной соли;
3) деполимеризацией ОВ и образованием нефти и газа, которое интенсивно протекает в главных зонах нефте- и газообразования.
Возникновению АВПД в замкнутой системе способствуют также:
- различные коэффициенты объемного расширения горных пород и насыщающих их флюидов. В результате увеличения пластовой температуры объем флюидов может возрасти в 40 раз и более, по сравнению с объемом пустотного пространства породы.
- вторичная перекристаллизация и цементация пород-коллекторов в процессе катагенеза, способствующая ухудшению ФЕС.
Внешние причины образования АВПД связаны с активной новейшей геодинамикой и межформационными вертикальными перетоками флюидов. Активная новейшая тектоника при всестороннем сжатии горных пород приводит к уменьшению объема пустотного пространства и соответственно к образованию АВПД.
Интенсивные новейшие поднятия гидродинамически закрытых природных резервуаров (ПР), сопровождаются денудацией горных пород, сокращением их разреза, и снижением литостатического и гидростатического давления. В результате пластовое давление в изолированных блоках ПР, унаследованное от больших глубин, будет аномально высоким.
Повышение пластового давления в относительно закрытых ПР связано также с поступлением флюидов из более глубоких горизонтов под давлением. Каналами для их проникновения служат тектонические разрывы, зоны повышенной трещиноватости, жерла грязевых вулканов, стенки соляных куполов и другие.
Большинство исследователей главными причинами формирования АВПД считают внутренние причины, особенно возникновение элизионных процессов в природных резервуарах, а также различные катагенетические процессы, вызванные ростом пластовых температур. Однако существуют и другие представления.
К основным процессам, приводящим к образованию АВПД относят:
1) геодинамические процессы, и в первую очередь, проявляющиеся мгновенно (землетрясения);
2) гидротермальную деятельность и поступление газо-водяной смеси из глубоких горизонтов;
3) мощные локальные тепловые потоки.
Следует отметить, что последние два типа процессов являются следствием геодинамических процессов, которые отличаются не только своей масштабностью, но и большой повторяемостью во времени. А это имеет большое значение для поддержания АВПД. Таким образом, наблюдаемое в настоящее время в упруго деформируемой среде поле пластовых давлений является следствием постоянно меняющихся напряжений под действием тектонических сил и процессов, скорости которых сопоставимы и часто превышают скорости релаксации пластовых давлений. Изменение пластового давления во многих случаях регистрируется различными наблюдениями.
Аномально низкие пластовые давления встречаются на относительно небольших глубинах по долинам крупных рек, в областях развития многолетнемерзлых пород и в аридных условиях, когда область питания лежит на склонах или даже у подножий возвышенностей, а не на их водоразделах. В таких системах зоны АНПД находятся выше областей питания. Для количественной оценки степени отклонения фактических пластовых давлений от гидростатических используются коэффициенты аномальности пластового давления Ка, представляющие собой отношение фактического пластового давления Рф к нормальному Рн или условному гидростатическому Ру.г. давлению, рассчитанному для той же глубины:
Ка = Рф / Рн (у.г.).
Обычно аномальными считаются давления с коэффициентами аномальности более 1,3 (АВПД) и менее 0,8 (АНПД). За верхний предел АВПД принимается геостатическое давление, превышающее нормальное или условное гидростатическое давление в 2,3-3 раза. Давления, отличающиеся от нормального менее чем на 30 % и 20 % соответственно считаются повышенными и пониженными.