|
Во многих залежах водо-нефтяной контакт
наклонный. Наклон контакта обычно измеряется несколькими футами на милю, но
иногда достигает 800 футов на 1 милю и даже больше, т. е. примерно
соответствует наклону в 8°. Наклон контакта нефти и газа с водой приводит к
смещению залежей вниз, в сторону одной из периклиналей ловушки; это может
оказаться весьма существенным фактором для разведки залежи: если наклон
водо-нефтяного контакта (ВНК) установлен на ранней стадии разведки, можно
избежать бурения излишнего количества непродуктивных скважин. Если наклон ВНК
очень велик, то залежь может быть смещена так далеко, что наиболее высокая
часть структуры окажется непродуктивной или будет содержать только газ, а вся
нефтяная залежь расположится на периклинали структуры. В процессе поисковых
работ такие залежи могут быть пропущены, если скважины ориентировались лишь
на присводовую часть структуры. В некоторых случаях наклон ВНК становится
настолько большим, что залежь нефти или нефти и газа полностью вытесняется из
данной структуры. Такая ловушка называется промытой и является непродуктивной.
Ниже приводятся некоторые примеры наклонных ВНК.
Залежь Кейро в округе Юнион, штат Арканзас, представляет особенный
интерес, поскольку наклон ВНК в этой залежи произошел, по-видимому, в
результате искусственно созданного градиента гидравлического потенциала,
образовавшегося вследствие разработки в течение 10-20 лет расположенного по
соседству месторождения Шулер [2]. Залежь Кейро расположена примерно в 3 милях (5 км) выше по региональному наклону от крупного месторождения Шулер, хотя
гипсометрически эта залежь ниже, чем сводовая часть месторождения Шулер. В
обоих случаях продуктивны оолитовые известняки Рейнолдс формации Смаковер
(юра). Однако месторождение Шулер было открыто на 20 лет раньше, чем залежь
Кейро. В течение этого времени пластовое давление в разрабатываемом горизонте
месторождения Шулер снизилось на 35 атм и здесь было добыто свыше 7
млн. баррелей нефти и 10 млн. баррелей воды. Очевидно, снижение пластового
давления на месторождении Шулер привело к образованию градиента
гидродинамического потенциала в направлении этого месторождения,
распространившегося во все стороны от него и захватившего район залежи Кейро:
после открытия этой залежи оказалось, что плоскость ВНК в горизонте Рейнолдс
наклонена в сторону месторождения Шулер. Наклон ВНК составляет примерно 100 футов на 1 милю.
12-10.
Структурная карта и геологический разрез месторождения Колс-Леви, Калифорния
(Davis, Journ. Petrol. Technol., pp. 12, 13, Figs. 1, 2, 1952).
Изолинии
кровли репера «N» проведены через 200 футов. Залежь 21-1 приурочена к одному из выклинивающихся вверх по восстанию песчаных пластов зоны Стивене (миоцен). На
разрезе виден наклон водо-нефтяного контакта в восточном направлении.
Смещение ВНК видно также и на структурной карте.
Залежь на
месторождении Нортуэст-Лейк-Крик в бассейне Биг-Хорн в Вайоминге приурочена к
известнякам Фосфориа и песчаникам Тенслип, смятым в длинную узкую антиклиналь
(длиной 7 миль и шириной 0,5 мили). Залежь нефти в песчаниках Тенслип смещена
вниз по погружению складки в северо-западном направлении [30], как это
показано на 12-9. Еще один пример смещенной залежи приведен на 12-10:
песчаники зоны Стивене (верхний миоцен) на месторождениях Норт-Колс-Леви и
Саут-Колс-Леви, округ Керн, Калифорния. Наклонные ВНК установлены на
месторождениях Френни и Сейдж-Крик в Вайоминге [31] (12-11 и 12-12), в залежи
Уит в округе Ловинг в Техасе [32] и на месторождении Кашинг в округе Крик,
Оклахома [33].
Причины
образования наклонных водонефтяных контактов могут быть
различными [34]. Одной из таких причин считали запаздывание приспособления
первоначального ВНК к последнему региональному наклону слоев. Однако это
объяснение не вполне удовлетворительно, поскольку во многих регионах
последнее складкообразование произошло миллионы лет назад, т.е. прошло
достаточно много времени для того, чтобы приспособление положения ВНК к новым
гидродинамическим условиям полностью закончилось, в особенности если иметь в
виду столь короткое время, которое потребовалось для образования наклонного
ВНК в залежи Кейро в Арканзасе.
В некоторых случаях наклон ВНК только кажущийся. Неправильное положение
ВНК, обусловленное различными причинами, ошибочно принимается за его наклон.
Например, в одних скважинах подошвенная вода может вскрываться на более
высоком уровне, чем в других, в результате различных фациальных изменений
коллектора, развития мелких разрывов и трещин, неравномерности темпа отбора
жидкости в разных скважинах, негерметичности обсадных труб, прорыва краевых
вод и образования конусов обводнения. В других случаях в одной и той же залежи,
характеризующейся различной водонасыщенностью из-за изменений пористости и
проницаемости пород, гипсометрически более высокие скважины могут давать
только воду, тогда как другие скважины, вскрывшие пласт несколько ниже, ‑
чистую нефть.
Как показывают специальные исследования¹, наклон водонефтяного
контакта, обусловленный влиянием капиллярных сил, обычно невелик.
В случае отсутствия пор капиллярного размера водо-нефтяной контакт в
гидростатических условиях представляет собой гладкую ровную поверхность,
которую можно назвать плоскостью свободной воды или нулевой плоскостью
капиллярного давления. В капиллярных порах вода поднимается до различной
высоты под воздействием капиллярного давления. Высота подъема зависит от
размера пор над нулевой плоскостью и от плотностей воды и нефти в
соответствии с уравнением
h = 2γ cos Θ / (ρw‑ρo)rg
,
где h - высота подъема воды над нулевой плоскостью (см), Θ
- краевой угол смачивания, ρw и ρo
- плотности воды и нефти, γ ‑ межфазное натяжение между нефтью
и водой, g - ускорение силы тяжести (930 см/сек²), r
‑ радиус капилляра (в см). Из этого уравнения видно, что высота
подъема воды, преодолевающей сопротивление нефти, обратно пропорциональна
радиусу капилляра при условии, что другие параметры остаются неизменными
(12-13).
Основным фактором, обусловливающим наклон водонефтяного или
газоводяного контактов, является, по-видимому, гидродинамический градиент,
проявляющийся в залежи и обусловливающий наклон потенциометрической
поверхности. В этих условиях плоскости ВНК и ГВК наклоняются в направлении
водного потока. Интенсивность наклона определяется величиной
гидродинамического градиента и разностью в плотностях флюидов. (Более
подробно с явлениями, связанными с наклонным положением водо-нефтяных и
газо-водяных контактов, читатель может познакомиться в других специальных
работах [40]).
12-13.
Подъем в капиллярной трубке воды, преодолевающей сопротивление нефти в
гидростатических условиях (S.Т. Yuster, Tech. Paper 3564. Trans. Am. Inst. Мin. Met. Engrs., 198, p. 150. 1953).
В трубке с
меньшим радиусом вода поднимается выше, чем в трубке с большим радиусом. До
тех пор пока сохраняются гидростатические условия и не изменяется размер
капилляров, водо-нефтяной контакт будет представлять собой ровную гладкую плоскость.
Если вдоль водо-нефтяного контакта наряду с грубозернистыми песчаниками
располагаются и тонкозернистые разности, ВНК начинает подниматься на
несколько футов или более в направлении тонкозернистых песчаников.
Если потенциометрическая поверхность горизонтальна, то пластовое
давление во всех точках на одной высоте одинаково и водо-нефтяной контакт
горизонтален. Когда потенциометрическая поверхность наклонена, действует
гидродинамический градиент, направленный перпендикулярно этой поверхности.
Вода в этом случае движется сквозь породы вниз по наклону
потенциометрической поверхности (см. 12-2). На 12-14 показано, что наклон
потенциометрической поверхности составляет h
футов на расстоянии АС (I), или dh/dl.
Это значит, что вода движется по пласту от точки F к точке G,
поскольку уровень потенциометрической поверхности в точке G ниже, чем
в точке F. Небольшое различие в плотностях нефти и воды приводит к
тому, что наклон водо-нефтяного контакта становится большим, чем наклон
потенциометрической поверхности, но направление этих наклонов совпадает. Вода
продолжает двигаться, а нефть остается в положении статического равновесия.
Степень наклона водо-нефтяного контакта может быть выражена уравнением
где pw и ро - плотности воды и
нефти, dZ/dl ‑ наклон водо-нефтяного контакта, dh/dl ‑
наклон потенциометрической поверхности. Если последняя величина известна,
можно рассчитать наклон ВНК. На 12-15 показана номограмма для графического
определения угла наклона ВНК при различных значениях наклона
потенциометрической поверхности и различных значениях плотности нефти. В
нижней части фигуры приведен порядок величины скорости водного потока для
различных значений проницаемости песчаных коллекторов. На графике видно, что
угол наклона увеличивается с увеличением плотности нефти. Для легких нефтей и
газов наклон этот относительно невелик. Векторная диаграмма 12-16 показывает,
что тяжелые нефти характеризуются большим наклоном при одном и том же
гидродинамическом градиенте. В гидростатических условиях поверхность
водо-нефтяного контакта горизонтальна, т.е. направлена под прямым углом к
вертикальному направлению сил всплывания.
12-14.
Схематический разрез, показывающий соотношения между наклонами плоскости ВНК
и потенциометрической поверхности.
Стрелками
показано направление движения воды.
|