Влияние растворенного газа на миграцию нефти

⇐ ПредыдущаяСтр 45 из 52Следующая ⇒

Практически во всех нефтяных залежах присутствует газ, в тех или иных количествах растворенный в нефти. Чисто нефтяные залежи, совершенно лишенные растворенного газа, встречаются настолько редко, что должны рассматриваться как аномальные. Природный газ обладает крайне низкой вязкостью и очень высокой плавучестью, не идущими ни в какое сравнение с вязкостью и плавучестью воды и нефти. Изменения объема газа при изменении пластовой температуры и давления также несравнимо больше, чем изменения объема воды и нефти. Сжатый газ обладает огромной потенциальной энергией, легко высвобождающейся при изменении объема газа в соответствии с изменением пластовых условий. Расширение сжатого газа вследствие снижения пластового давления - один из важнейших факторов, способствующих движению нефти из пласта в скважины в процессе разработки залежи. Возникает вопрос, не играет ли газ активную роль в процессе миграции, обусловливающем концентрацию нефти в залежи?

О значении газа для движения нефти по продуктивному пласту говорил еще в 1912 г. Джонсон [23]. Он указал на необычную легкость концентрации газа и полагал, что именно благодаря наличию газа нефть может двигаться сквозь поровое пространство горных пород. Джонсон считал, что нефть образует вокруг газовых пузырьков тонкую пленку и передвигается вместе с ними.

Впоследствии классические эксперименты Тиля [24] и работы Эммонса [25] показали, что в лабораторных условиях присутствие даже небольших количеств газа в нефте-водопесчаной смеси приводит к концентрации газа и нефти в верхней части сосуда, в то время как в случае отсутствия газа никакой концентрации не происходит¹.

Позже исследование движения нефти в присутствии газа проводил Додд [26]. Он обнаружил, что в случае движения воды, содержащей небольшое количество растворенного газа, через водонасыщенные пески, в которых содержится рассеянная нефть, последняя начинает мигрировать вверх по восстанию пласта.

Миллс [27], проводя опыты с газом и рассеянной в водонасыщенном песке нефтью, заключенными в запечатанный стеклянный сосуд, установил, что каждый раз, когда сосуд лопался, в образовавшиеся трещины немедленно начинал бурно выходить газ, а затем и нефть с водой; это продолжалось до тех пор, пока давление внутри и вне сосуда не выравнивалось².

Миллс предположил, что, когда нефть, газ и вода находятся в смеси в одном сосуде, газ, будучи под давлением, начинает диффундировать сквозь нефть и воду. Когда сосуд трескается, газ расширяется и устремляется к месту пониженного давления (трещине), увлекая за собой нефть. Такое же явление должно происходить и в случае образования тектонической трещины в природном резервуаре. Большая часть нефти должна будет уйти через эту трещину вместе с газом; меньшая часть, лишенная газа, останется в пласте вследствие своей высокой вязкости. Миллс указал на то обстоятельство, что многие минералы, обычно встречающиеся в сбросовых зонах в виде жил (кальцит, барит, гипс, включения озокерита), нередко обнаруживаются в нефти, поступающей из скважины. Действительно, эти примеси в нефти очень часто доставляют много хлопот эксплуатационникам.

Логичный вывод из всех этих экспериментов заключается в следующем. Основным результатом снижения давления до величины, близкой к величине давления насыщения, является увеличение объема газо-нефтяной смеси, образование пузырьков и капель, соединяющихся в непрерывную фазу,

¹ В экспериментах Тиля нефть разбавлялась на ⅓ ее объема керосином (для понижения вязкости), морской водой, подкисленной 0, 5% уксусной кислотой и смешивалась с раздробленным кварцитом, пропущенным через сито. Вся эта смесь помещалась в трубку диаметром 2, 54 см и длиной 120 см, изогнутую в виде миниатюрной антиклинальной складки. Затем с обоих концов трубка на 10 см заполнялась дробленым доломитом и концы запечатывались. Образующийся в результате реакции между уксусной кислотой и доломитом углекислый газ начинал двигаться в «присводовую» часть трубки, увлекая за собой нефть. В «своде» трубки уже через 24 часа наблюдалось разделение нефти и газа, еще более четко проявившееся через 48 часов. В таком же опыте, но не сопровождавшемся образованием углекислого газа, концентрации нефти в изогнутой части трубки не происходило.

Различные модификации этого эксперимента описал Эммонс. В некоторых случаях применялся газолин и смесь подогревалась, чтобы создать давление газа; в других случаях делали дополнительные изгибы трубки, имитируя структурные террасы. Кроме того, использовался песок с различным размером зерен для воссоздания различных условий проницаемости. В каждом случае нефть концентрировалась в локальной ловушке, и движение нефти изучалось при различных давлениях. Минимальное количество нефти составляло несколько унций (28, 3 г) на кубический дюйм (~16 см³ ), а минимальный наклон (изгиб трубки) ‑ 0, 5-1°.

² Исследуя это случайное открытие, Миллс проделал следующий опыт. Он смешал нефть с жидкостью, вызывающей брожение (смесь воды, яблочного сока, сахара и дрожжей), и тонкозернистым гидрофильным песком. Этой смесью он доверху заполнил несколько пивных бутылок, запечатал их и оставил стоять на три дня. Наблюдалось лишь незначительное гравитационное разделение флюидов. Практически весь образующийся газ растворялся в воде или нефти. Затем в крышках бутылок были проделаны отверстия. Газ начал немедленно выходить через эти отверстия, а нефть – двигаться вверх и отделяться от воды. Через 2 минуты нефть с небольшим количеством воды начала струей бить из каждой бутылки. Аналогичный результат был получен и в том случае, когда бутылки находились в лежачем положении: нефть двигалась в сторону точки выхода газа.

повышение плавучести и подвижности газо-нефтяной смеси и в конечном счете - движение этой смеси в направлении снижения давления. Растворенный в нефти газ обусловливает расширение рассеянных капелек нефти до тех пор, пока они не соединятся и не образуют скопления, достаточно большие, чтобы силы плавучести могли привести их в движение. Такое нефтяное скопление может двигаться сквозь воду или вместе с ней, однако в любом случае присутствие газа значительно облегчает это движение (см. также стр. 553-559: фиг. 13-12 – 13-18).

Если нефть и газ перемещаются независимо от воды, то это движение может как совпадать с направлением потока воды, так и быть направленным против него. На фиг. 12-2 видно, что вода движется от точки А к точке В вследствие разницы их высот. Вода может нести и нефть и газ в коллоидальном, дисперсном или растворенном состоянии. Всплывание нефти и газа слева от точки Н в направлении точки F будет направлено против течения воды, а справа от точки Н в направлении точки В - совпадать с потоком воды. Высокая скорость движения воды может привести к тому, что эффект всплывания станет обратным, однако в большинстве случаев эта скорость, по-видимому, достаточно низка и должна лишь несколько замедлять движение нефти и газа.

Аккумуляция

Конечным этапом формирования залежи является концентрация нефти и газа из рассеянного в пластовых водах состояния в промышленное скопление. Иногда пластовые воды не представляют собой непрерывную взаимосвязанную систему. В этих случаях движение нефти и газа, видимо, также является ограниченным, т.е. формирование их скоплений происходит в непосредственной близости от зоны нефтегазообразования. Большая часть ловушек, однако, характеризуется наличием свободной воды, находящейся как в статическом состоянии, так и в движении. Но переносятся ли нефть и газ водой или перемещаются независимо от нее вследствие плавучести, их движение всегда происходит у кровли проницаемых пород, вероятно, в виде тонких пленок толщиной в несколько молекул или несколько пор. Доказательством этому служат многочисленные выходы нефти и газа, наблюдаемые в верхней части водоносных пород-коллекторов в нефтяных провинциях. Миграция нефти и газа продолжается до тех пор, пока не встретится какое-либо препятствие, т.е. ловушка.

Размер скопления нефти или газа может ограничиваться: 1) количеством исходного вещества, 2) физическими особенностями участка аккумуляции, 3) сочетанием обоих этих факторов. При этом предполагается, что каждая ловушка заполнена нефтью и газом настолько, насколько это возможно при существующих пластовых условиях - давлении, температуре, градиенте гидравлического потенциала, относительных плотностях нафтидов и воды, наклоне пластов, проницаемости и ее изменчивости.

Там, где пластовые воды находятся в гидростатическом равновесии, нефть и газ в конечном счете скапливаются в наиболее приподнятой части ловушки (т.е. там, где потенциальная энергия наименьшая), а водонефтяной контакт является горизонтальным.

В общем случае ловушка представляет собой область с пониженной потенциальной энергией [28], в направлении которой обладающие плавучестью нефть и газ движутся из областей высокой потенциальной энергии. Нефть и газ отделяются друг от друга (сепарируются) в соответствии с их плотностями и удерживаются в ловушке до тех пор, пока ловушка остается областью наименьшего значения уровня потенциальной энергии, т. е. до тех пор, пока не изменятся пластовые условия в результате тектонических нарушений, изменения регионального наклона слоев, а следовательно, и скорости движения пластовых вод или, наконец, пока залежь не будет вскрыта скважиной - все эти факторы приводят к возобновлению движения нефти и газа и снижению эффективной емкости ловушки.

Когда огромные объемы воды с рассеянными в ней нефтью и газом попадают в ловушку, в последней удерживаются лишь нефть и газ, а вода удаляется. Легче всего вода проходит через купола и антиклинали. Тектонически экранированные и многие литологические и стратиграфические ловушки [ловушки выклинивания] обычно запечатаны с одной или нескольких сторон, и в связи с этим они отклоняют или даже останавливают движение флюидов, достигающих этих ловушек. Объем воды, несущей незначительные количества нефти и газа и мигрирующей через ловушки, редко бывает настолько большим, чтобы заполнить ловушку этими углеводородами до ее современного уровня. Поэтому наиболее вероятно, что большая часть нефти и газа, содержащаяся ныне в залежах, попала в ловушки независимо от движения воды. Основной транспортирующей силой нефти и газа, по-видимому, является их плавучесть, обусловливающая миграцию нефти и газа в наиболее высокие участки продуктивных пластов как по направлению движения пластовых вод, так и против него.

Складкообразование не только приводит к возникновению приподнятых локальных участков, характеризующихся относительно пониженным пластовым давлением, но способствует снижению пластового давления и в дальнейшем, так как при смятии в складки кластических пород они растрескиваются и меняется соотношение в них несцементированных зерен, что обусловливает локальные увеличения объема пород. Расширение горной породы приводит к соответствующему увеличению объема порового пространства, а это влечет за собой снижение пластового давления [29]. Можно допускать, что пластовое давление в связи с этим уменьшается по направлению к своду антиклинали. Если такое уменьшение достаточно интенсивно, оно будет действовать в том же направлении, что и силы всплывания нефти и газа, т.е. будет способствовать их аккумуляции.

⇐ Предыдущая 40 41 42 43 444546 47 48 49 Следующая ⇒