Классификация ловушек углеводородов

Для образования промышленных скоплений нефти и газа необходимо наличие ловушек, в которые могут попадать, а затем накапливаться углеводороды, мигрирующие в природных резервуарах. Ловушка — это часть природного резервуара, в которой, благодаря уравновешенности гидравлических сил (из за отсутствия перепада пластовых давлений), может происходить аккумуляция нефти и газа и образоваться их залежь. Движение (миграция) УВ в ловушке отсутствует, поэтому газ, нефть и вода распределяются в ней по плотности, согласно закону гравитации. Главным фактором формирования ловушек, в самом широком смысле, является тектоника, а в более узком смысле, — структурно-тектонический фактор. Это подчеркивал еще И. М. Губкин (1932).

Наиболее простой ловушкой является антиклинальный изгиб пластового резервуара. Основными параметрами такой ловушки являются: толщина коллектора, площадь по замкнутому контуру (изогипсе) и высота, измеряемая от кровли коллектора в своде складки до замка ловушки. Замок ловушки (точка высачивания УВ) — это гипсометрически наиболее глубокая часть экрана (покрышки), определяющая предельное заполнение ловушки нефтью или газом по замкнутой изогипсе.

На этапе становления геологии нефти как науки, во второй половине XIX века, трудами Г. В. Абиха, Г. А. Романовского, В. Логана, А. Уайта и других исследователей была сформулирована антиклинальная или структурная теория залегания нефти. Её возникновение объясняется тем, что большинство открытых в то время месторождений было связано именно с антиклинальными структурами. Еще раньше, в 1847 г., Г. В. Абих и затем в 1877 г., Д. И. Менделеев высказали предположения о связи нефти с разломами. В первые десятилетия ХХ века были установлены ловушки других генетических и морфологических типов, поэтому возникла необходимость их классификации. Классифицировать ловушки нефти начал американский геологнефтяник Ф. Клапп. Их классификацией он занимался с 1910 по 1929 год. Затем их классификации уделили внимание И. М. Губкин (1932), И. О. Брод (19 371 962), А. Леворсен (1967) и многие другие геологинефтяники России. В настоящее время известны десятки генетических, морфологических и генетикоморфологических классификаций ловушек. Генетические классификации учитывают условия образования ловушек, морфологические классификации форму ловушек, а генетикоморфологические классификации условия их образования и форму.

Целью классификации ловушек является установление и систематизация условий образования и развития различных форм ловушек, а также закономерностей их размещения в недрах. Знание процессов образования ловушек важно при их прогнозировании в перспективных нефтегазоносных комплексах, а знание морфологии ловушек необходимо при их выявлении, подготовке к поисково-оценочному бурению и определении системы размещения скважин.

В настоящее время известно, что в природных резервуарах существуют структурные, литологические, стратиграфические и гидродинамические ловушки.

Ловушки структурного типа образуются в результате пликативных и дизъюнктивных тектонических деформаций горных пород, и разделяются на сводовые (антиклинальные) и тектонически экранированные ловушки. (рис. 3, а, б).

Рис. 3. Разрез и план сводовой (а) ловушки и дизъюнктивно (тектонически) экранированной (б) ловушки в пластовом резервуаре: 1 — пластовый резервуар; 2 — изогипсы кровли пласта коллектора; 3 — залежь в плане; 4 — тектоническое разрывное нарушение.

Тектонически экранированные ловушки образуются в антиклинальных структурах и на моноклиналях, при наличии тектонических разрывов. Более правильно их следует называть дизъюнктивно экранированными, так как своды и антиклинали тоже представляют собой тектонические экраны на пути движения нефти и газа. При моноклинальном залегании природного резервуара ловушка может образоваться только при условии, если тектонический разрыв (экран) представляет собой не прямую плоскую поверхность, а кривую или ломаную поверхность (рис. 4).

Ловушки структурного типа имеют ведущее значение в нефтегазовой геологии, поскольку с ними связано около 80% залежей УВ, выявленных на Земле.

Рис. 4. Схема образования тектонически экранированных ловушек на моноклинали при изогнутом тектоническом экране (а), при пересечении двух нарушений (б); при прямом тектоническом экране 1 — изогипсы пластаколлектора; 2 — линии пересечения тектонического (в) ловушка не образуется. экрана с кровлей пласта; 3 — образовавшаяся ловушка; 4 — возможное направление миграции нефти и газа.

Ловушки литологического типа образуются в результате выклинивания пород коллекторов по восстанию слоев (рис. 5) или их замещения одновозрастными слабопроницаемыми породами, а также при появлении повышенной локальной трещиноватости горных пород, или при наличии песчаных линз внутри глинистых толщ (см. рис. 1, г).

Рис. 5. Литологически экранированная ловушка: 1 — линия выклинивания пласта коллектора. Остальные условные обозначения см. на рис. 3.

В последних двух случаях понятия природный резервуар и ловушка совпадают. Ловушки стратиграфического типа образуются в результате денудационного срезания пород коллекторов и их несогласного перекрытия флюидоупорами (рис. 6, а, б).

Рис. 6. Стратиграфически экранированные ловушки: а — в присводовой части антиклинальной структуры; б — на моноклинали (непроницаемые породы представлены известняками).

К этому типу ловушек З. А. Табасаранский (1993) относит и рифовые тела, перекрытые гипсами, ангидритами или другими слабопроницаемыми породами (рис. 7).

Рис. 7. Ловушка, приуроченная к рифовому массиву: 1 — кавернозные и трещиноватые карбонатные породы; 2 — отложения, перекрывающие рифовое тело.

Вероятно, рифогенные ловушки можно выделить в самостоятельный генетический тип, как это делают некоторые исследователи.

Гидравлические (гидродинамические) ловушки образуются в результате гидродинамического напора встречного потока вод, оказывающего противодавление на мигрирующие УВ. Таким образом, они образуются в результате появления экрана, созданного нисходящими высоконапорными водами, циркулирующими по пластам коллекторам, поверхностям стратиграфических несогласий и тектоническим нарушениям (А.А. Карцев, З. А. Табасаранский, 1957; Ю. П. Гаттенбергер, 1973; Н. А. Еременко, И. М. Михайлова, Б. М. Яковлева, 1978 и др.).

На рисунке 8 показаны гидродинамические условия в природных резервуарах, при которых образуются различные типы гидравлических ловушек и соответственно залежей нефти и газа (левая часть рисунка) и условия, при которых ловушки и залежи сформироваться не могут (правая часть рисунка).

Ловушки литологического, стратиграфического и гидродинамического типа обычно называют неструктурными или неантиклинальными ловушками. Их выявление вызывает наибольшие трудности при проведении геологоразведочных работ. В 70х — 80х годах Г. А. Габриэлянц разработал генетическую и морфологическую классификации неструктурных ловушек.

В генетической классификации ловушки разделены по условиям образования на седиментационные и постседиментационные. Под седиментационными понимаются ловушки, которые формировались в процессе осадконакопления под воздействием структурно-седиментационных, аккумулятивных и эрозионноаккумулятивных процессов.

Среди постседиментационных ловушек выделяются диагенетические, эпигенетические, химического выветривания, эрозионные и структурно-денудационные ловушки.

Рис. 8. Гидродинамические ловушки и влияние различных гидродинамических условий на формирование залежей нефти и газа I — собственно гидродинамические ловушки: I, а — структурных носов и террас с прямым наклонным водонефтяным контактом (ВНК) или газоводяным контактом (ГВК), I б — на моноклиналях с изогнутой поверхностью ВНК (ГВК) при наличии U-образного изгиба пьезометрической поверхности вод, открытого вниз по падению слоев, I в — смешанные, где накопление нефти (газа) обусловлено как незамкнутым изгибом слоев, так и изогнутой формой ВНК (ГВК); II — гидродинамически экранированные ловушки: II, а — литологогидродинамические, II б — стратиграфогидродинамические, II в — тектоногидродинамические; III — сводовогидродинамические ловушки. 1 — нефть (газ), 2 — вода, 3 — направление движения подземных вод, А В — линия горизонтальной поверхности (по Ю. П. Гаттенбергеру, 1973).

Генетическая классификация должна наиболее широко использоваться на региональном этапе и на стадии выявления объектов поискового бурения, когда на основе литологофациальных и палеогеоморфологических исследований возможно выделение определенных зон в литологостратиграфических комплексах, в которых целесообразно проведение геологоразведочных работ с целью выявления неструктурных ловушек конкретных генетических типов.

На стадии поиска и оценки месторождений (залежей) УВ выбор рациональных систем размещения и оптимального числа поисковооценочных скважин зависит от формы ловушек. Однако большинство классификаций плохо отражают морфологию неструктурных ловушек. В связи этим Г. А. Габриэлянц и М. Б. Павлов разработали морфологическую классификацию, в которой формы ловушек систематизированы и аппроксимированы минимальным числом простых геометрических тел. Ловушки, имеющие сложную форму, представлены в этой классификации комбинацией геометрических тел и отнесены к типу комбинированных.

Ловушки, связанные с неравномерной цементацией, уплотнением, трещиноватостью горных пород, неравномерным развитием палеокарста и некоторые другие отнесены в самостоятельный тип ловушек неправильной формы. Распределение пустотного пространства в них не подчиняется видимой закономерности и не поддается формализации. Генетическая и морфологическая классификации Г. А. Габриэлянца не сопоставимы друг с другом. Например, рифы и эрозионные останцы в генетической классификации относятся к разным группам, а в морфологической классификации они одновременно присутствуют в сегментовидном, конусовидном и призматическом типах ловушек.

В настоящее время компьютерная графика позволяет строить плоские модели или структурные карты природных резервуаров, ловушек и залежей УВ, а затем преобразовывать их в объемные трехмерные модели (блокдиаграммы). Для таких построений существуют различные прикладные программы. Объемные модели позволяют использовать компьютерные технологии для определения рациональной системы заложения поисковооценочных и разведочных скважин и для других целей.

Среди множества классификационных схем ловушек можно выделить чисто генетическую классификацию Н. А. Еременко, в которой выделено пять следующих типов:

• 1) ловушки складчатых областей;
• 2) ловушки разрывных дислокаций;
• 3) ловушки стратиграфических несогласий;
• 4) ловушки литологические;
• 5) различные комбинации перечисленных типов.

Н.А. Еременко подчеркивал, что образование всех этих типов ловушек связано в разной степени с тектоническим фактором. Например, образование ловушек четвертого типа непосредственно связано с изменением литологического состава пород.

Однако в большинстве случаев литологические изменения в осадочной толще являются следствием изменения условий осадконакопления, которые в свою очередь являются функцией тектонических движений.

Н.Б. Вассоевич предложил различать три основных типа ловушек: замкнутые, полузамкнутые и незамкнутые.

Под замкнутыми ловушками понимаются литологически ограниченные ловушки, под полузамкнутыми литологически экранированные, то есть ловушки, связанные с выклиниванием или замещением пород коллекторов непроницаемыми породами, а незамкнутые ловушки связаны со сводами антиклиналей.

В генетикоморфологической классификации В. Б. Оленина ловушки разделены по форме, а затем по генезису. Наиболее важным признаком ловушек В. Б. Оленин считал их форму (табл. 1).

Таблица 1

Классификация ловушек нефти и (или) газа (по В. Б. Оленину, 1974)

Анализ различных классификационных схем показывает, что структурные, литологические и стратиграфические ловушки, так или иначе, находят отражение во всех схемах и являются основными и наиболее широко распространенными генетическими типами ловушек.