Структурные ловушки

Классификация ловушек

Существует множество классификаций ловушек для нефти и газа. Последняя классификация Клаппа включает следующие основные их разновидности: 1) антиклинальные структуры, 2) синклинальные структуры, 3) гомоклинальные структуры, 4) куполовидные структуры, или «купола», 5) несогласия, 6) линзы песчаных пород, 7) трещины и пустоты независимо от их структурного положения, 8) структуры, обусловленные дизъюнктивными нарушениями [11]. Херой подразделяет ловушки на: 1) седиментационные, 2) диагенетические, 3) деформационные [12].

Вильсон выделяет: 1) закрытые резервуары: а) закрытые локальной деформацией слоев; б) изолированные вследствие изменения пористости пород (для их формирования не требуется никакой деформации слоев, кроме регионального наклона); в) изолированные благодаря сочетанию складок и изменений пористости пород; г) изолированные благодаря сочетанию дизъюнктивных нарушений и изменений пористости пород; 2) открытые резервуары (не имеют промышленного значения) [13]. Хилд различает две группы резервуаров: 1) изолированные локальными деформациями слоев; 2) изолированные вследствие изменения проницаемости пород [14]. Подробную классификацию предложил Вилхелм; в ней сделана попытка учесть все факторы, принимающие участие в формировании ловушки. Основными подразделениями этой классификации являются: 1) ловушки, связанные с выпуклостью слоев; 2) ловушки, связанные с изменениями проницаемости пород; 3) ловушки, связанные с выклиниванием коллектора; 4) соляные ловушки; 5) диапировые ловушки [15].

Ни одна из перечисленных классификаций не является полностью исчерпывающей, поскольку существует множество уникальных по своей природе ловушек, которые в совокупности не могут быть отражены даже в самой подробной классификационной схеме. Хочется, однако, верить, что предлагаемая ниже схема не менее полезна, чем другие. Несмотря на свою простоту, она охватывает большую часть известных видов ловушек, с которыми могут быть связаны промышленные запасы нефти и газа. Это не всеобъемлющая классификация, но все встречающиеся исключения можно будет оговорить. По этой классификации ловушки подразделяются на три основных типа: 1) структурные ловушки, 2) стратиграфические ловушки и 3) ловушки, представляющие собой комбинацию первых двух типов.

[Приводимые в качестве примеров классификации ловушек наглядно отражают смешение различных понятий в зарубежной нефтегеологической литературе. Одни авторы (Вильсон, Хилд) приравнивают ловушки к природным резервуарам, другие (Клапп, Вилхелм) рассматривают собственно ловушки для залежей нефти и газа наравне со структурными элементами, контролирующими нефтяные и газовые месторождения.

На кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых МГУ предложена морфологическая классификация ловушек, различающая следующие классы и подклассы:

I. Незамкнутые¹: 1) в перегибах слоев, 2) в эрозионных выступах и 3) в выступах биогермов.

II. Полузамкнутые: 1) литологического выклинивания: а) первичного, или фациально-седиментационного, и б) вторичного (в смысле потери породой резервуаром своих коллекторских свойств вследствие процессов диа- или катагенеза и гипергенных изменений); 2) стратиграфического (вторичного) выклинивания (экранирование поверхностью несогласия) и 3) тектонического выклинивания - экранирования разрывами (в том числе, по В.Б. Оленину, у ядер диапиров и у интрузий).

III. Замкнутые (в участках повышенной пористости и проницаемости). В учебнике Н.А. Еременко «Геология нефти и газа» («Недра», 1968) ловушки подразделены по условиям их образования на: 1) ловушки складчатых дислокаций; 2) ловушки разрывных дислокаций; 3) ловушки стратиграфических несогласий; 4) ловушки литологические; 5) различные комбинации перечисленных типов.

Следует признать право на существование, а следовательно и полезность, нескольких классификаций ловушек по различным существенным признакам.]

1. Структурной называется ловушка, у которой верхняя ограничивающая поверхность изогнута выпуклой стороной вверх, в связи с какой-либо местной деформацией коллекторского пласта, например образованием складки, разрыва или того и другого вместе. Контуры залежи, приуроченной к структурной ловушке, определяются полностью или частично пересечением подстилающего залежь зеркала подземных вод с покрышкой, перекрывающей деформированную породу-коллектор.

2. Стратиграфической называется ловушка, основным фактором формирования которой являются некоторые отклонения в стратиграфических соотношениях или литологическом составе пластов, или и то и другое вместе. К этим отклонениям относятся фациальное замещение, локальное изменение пористости и проницаемости пород или выклинивание коллекторского пласта по восстанию независимо от того, чем оно обусловлено. Площадь залежи, связанной со стратиграфической ловушкой, контролируется целиком или в значительной мере теми или иными фациально-стратиграфическими изменениями, которые претерпевает коллекторский пласт. В одних случаях залежь может покоиться на подстилающем зеркале подземных вод, которое либо горизонтально, либо наклонено, в других - полностью занимать весь объем коллектора, не имея под собой сколько-нибудь значительной массы пластовой воды. Во многих стратиграфических ловушках важным фактором улавливания нефти и (или) газа, очевидно, являются нисходящие водные потоки, создающие своего рода стратиграфический барьер на пути восходящего движения нефти и газа (см. также гл. 9).

3. Комбинированные ловушки. Между двумя названными типами ловушек имеется почти полный набор переходных типов, среди которых можно встретить ловушки любой мыслимой комбинации структурных и стратиграфических вариантов. Ловушки, в формировании которых явно преобладает структурный или стратиграфический фактор, могут быть легко отнесены к структурному или стратиграфическому типу. Если же переходный тип находится где-то посередине между структурным и стратиграфическим, оценить относительную роль в формировании ловушки упомянутых основных факторов становится весьма затруднительным. Ловушки переходной группы, сформированные при равном

¹Незамкнутые ловушки, типичным примером которых служат сводовые или антиклинальные ловушки, являются ловушками гидравлическими; газ и нефть в таких ловушках со всех сторон подпираются водой. - Прим. ред.

 

участии структурного и стратиграфического факторов, лучше всего называть комбинированными.

Когда мы говорим о «ловушке», то практически имеем обычно в виду какой-то ограниченный объем пород; термины же «структурная ловушка», «стратиграфическая ловушка», «антиклинальная ловушка», «комбинированная ловушка» употребляются нами в тех случаях, когда необходимо определить природу этих образований. Положение залежи внутри ловушки может частично зависеть от циркуляции пластовых вод. В случае их неподвижности залежь занимает наиболее приподнятую часть ловушки; если же вода движется, залежь может смещаться на различные расстояния вниз по уклону ловушки. Движение воды определяется гидравлическим градиентом, свойственным коллектору (см. также гл. 9). Таким образом, в особых гидродинамических условиях и при некоторых значениях температуры и давления в пласте, наблюдающихся ныне или существовавших в геологическом прошлом, образовавшаяся ловушка может оказаться непродуктивной.

 

Ловушки, сформировавшиеся в основном в результате образования складок и разрывов, могут быть достаточно уверенно выявлены при геологическом картировании, они легче и быстрее других типов ловушек устанавливаются в разрезе осадочных толщ и лучше других помогают открытию залежей нефти и газа. Поэтому геологи уделяли поискам структурных ловушек наибольшее внимание, что подтверждается широким распространением термина «антиклинальная теория» и всеобщей тенденцией называть «структурными» любые ловушки, связанные с деформированными слоями горных пород. Почти все работы по геологическому картированию, мелкое колонковое бурение, геофизические исследования, а также подземное картирование направлены на поиски ловушек, полностью или частично зависящих от деформаций коллекторских слоев.

Важнейшей чертой структурных элементов, таких, как антиклинальные складки, является то, что они прослеживаются по вертикали в значительном по мощности интервале разреза осадочного чехла, обусловливая образование ловушек во всех заключенных в этом интервале потенциально нефтегазоносных коллекторских горизонтах. По этой причине бурение глубоких скважин на структурные ловушки высокоперспективно, даже если характер пород-коллекторов и другие литолого-стратиграфические особенности строения погребенных осадочных толщ изучены недостаточно. Обоснованием для постановки бурения служит предположение, что если в вскрываемом скважиной разрезе содержатся какие-либо коллекторские слои, то залежи нефти и газа будут, вероятнее всего, приурочены к ловушкам, связанным с их структурными деформациями. Одним из многочисленных примеров, когда антиклинальная складка прослеживается в толще пород большой мощности, является месторождение Санта-Фе-Спрингс в округе Лос-Анджелес, Калифорния. Пологая куполовидная складка почти округлой формы образует здесь ловушку в 25 или более коллекторских горизонтах, каждый из которых содержит залежь нефти [16]. Разрез месторождения показан на фиг. 6-1.

Деформацию коллекторского горизонта можно установить несколькими способами. Некоторые складки и разрывы в коллекторском горизонте проявляются на дневной поверхности, где их удается установить обычными методами геологического картирования. Модификацией геологического картирования является мелкое колонковое бурение до глубины 1-2 тыс. футов, например, с целью глубинного структурного картирования. Колонковое бурение особенно полезно в регионах, где коренные породы перекрыты аллювиальными или другими неконсолидированными осадками, которые не только маскируют структуру слоев, но и искажают результаты геофизических исследований. Более глубинное картирование, называемое подземным картированием, базируется на данных различного типа каротажа (см. стр. 82-90: глава 3, разрезы буровых скважин). Детальность полученных карт зависит от того, насколько надежно увязаны разрезы пробуренных скважин, и от количества информации, которое можно получить по результатам различных видов каротажа. Подземное картирование может производиться и без данных каротажа - на основе интерпретации геофизических данных. Геофизические исследования включают измерение различных физических свойств пород, таких, как упругость, магнитная восприимчивость и плотность.

Фиг. 6-1. Разрез нефтяного месторождения Санта-Фе-Спрингс, Калифорния [16, стр. 345, фиг. 142].

На этом примере показано, что несколько отдельных ловушек, содержащих изолированные залежи, могут быть приурочены к одной складке. Отсутствие связи между отдельными подземными резервуарами видно по различному положению уровня водо-нефтяного контакта в каждом из продуктивных песчаных пластов.

 

Измерения всех этих свойств производятся на поверхности, но при этом геофизические исследования позволяют обнаружить те или иные породы, иногда с большой точностью, на глубинах до нескольких миль. Таким путем можно закартировать структуру предполагаемой коллекторской толщи или близ расположенной от нее толщи. Учитывая, что объектом поисков является лову па в коллекторских горизонтах, картирование именно таких поверхностей наиболее желательно, поскольку оно исключает многие ошибки, возникающие при экстраполяции структур из верхних слоев осадочного чехла вниз, на кол лекторскую толщу. Если складки в коллекторских слоях не прослеживаются во всей толще вышележащих отложений, а распространяются только до поверхности несогласия, то первые данные о таких складках могут быть получены на глубинах в тысячи футов. В этих условиях для их картирования могут потребоваться и данные бурения, и геофизические исследования. Местоположение подобных погребенных ловушек часто очень трудно предсказать заранее.

Образование почти всех ловушек нефти и газа (за исключением некоторых типов, связанных с линзами пористых пород и рифами) происходит вследствие деформаций коллекторских пластов. Поскольку такие деформации тем или иным путем ассоциируются почти со всеми ловушками, структурное картирование приобретает значение важнейшего метода поисков нефтяных и газовых залежей. В образовании ловушки иногда участвует только структурный фактор, в других случаях этот фактор выступает в комбинации с благоприятными литолого-стратиграфическими и гидродинамическими условиями. При поисковых работах первую скважину закладывают обычно на участке, который по данным структурного картирования соответствует гипсометрически наиболее высокой зоне потенциально нефтегазоносного коллекторского пласта.

Постоянная опасность ошибки при построении структурных карт глубоко залегающих горизонтов связана с недостаточным количеством имеющихся у геолога материалов; кроме того, отраженные на картах данные - геологические, геофизические или геохимические - часто бывают неопределенны или недостоверны. Поэтому надежность геологических обоснований и прогнозов непосредственно зависит от достоверности данных, на которых они базируются. Другая возможность ошибки в структурных картах - встречающееся в ряде случаев несовпадение структуры коллекторского пласта со структурным планом вышележащих отложений. Антиклинальная складка может смещаться с глубиной в латеральном направлении или раскрыться в низлежащих слоях и не представлять собой ловушки; под влиянием движения пластовых вод в коллекторском горизонте залежь может быть смещена на крыло складки. Поэтому залежь нефти или газа часто удается открыть только второй или третьей разведочной скважиной; место для их заложения выбирается на основании данных, полученных при бурении первой скважины.

Ловушки в глубоких слоях разреза осадочного чехла, связанные в основном со структурными изгибами, образованы почти всеми теми типами складок, разрывов и других деформаций, которые наблюдаются на дневной поверхности. Эти структурные формы могут находиться в самых различных сочетаниях, когда же появляются комбинации структур с литолого-стратиграфическими изменениями разреза, количество возможных вариаций ловушек становится почти бесконечным. Все возрастающее развитие геофизических исследований и буровых работ, тщательный отбор образцов, совершенствование техники промыслово-геофизических исследований и детальное изучение стратиграфии и палеонтологии привели к тому, что геологи начали в большей мере понимать, что типы встречающихся в природе ловушек неисчислимо разнообразны. Местами структура коллекторского горизонта не менее сложна, чем та, которая наблюдается на поверхности. Проблема состоит в том, чтобы, используя все доступные данные, еще до проведения буровых работ суметь предсказать природу и характер структурной деформации. Геологические прогнозы базируются на сопоставлении и обобщении многих типов геологических и геофизических данных, ценность которых различна; их относительное значение необходимо правильно оценить.

Ловушки, имеющие в основном структурную природу, в зависимости от преобладающего типа деформации могут быть подразделены на ловушки, связанные: 1) со складкой, 2) сбросом или взбросом, 3) трещиноватостью, 4) интрузивным штоком, обычно солевым, 5) с комбинацией любых из названных структурных форм.