К оглавлению

Классификация залежей углеводородов по фазовому состоянию и соотношению объемов газообразной и жидкой фаз в пласте

А.Н. МУСТАФИНОВ

Большинство существующих классификаций залежей нефти и газа основано на структурно-морфологическом принципе. Эти классификации имеют большое значение в решении поисковых задач. В меньшей мере разработана классификация залежей нефти и газа, учитывающая количественные соотношения газообразной и жидкой фаз углеводородов в пласте и имеющая важное значение при решении вопросов, прежде всего связанных с разработкой залежей.

В существующих классификациях недостаточно отражены газоконденсатные и нефтегазоконденсатные залежи, не полностью охарактеризован ряд особенностей контактовых соотношений газа и нефти с водой. Определенное значение при разработке рациональной классификации следует придавать установлению единой терминологии, которая отвечала бы современному уровню научных знаний о залежах нефти и газа.

При описании геологии и разработки нефтяных и газовых месторождений обычно придается большое значение фазовому состоянию углеводородов в пласте. Однако основные особенности залежей, связанные с фазовым состоянием и объемным соотношением газообразной и жидкой фаз углеводородов в пласте, еще не обобщены в единую систему, учитывающую всю совокупность природных условий.

В связи с развитием разведочных работ в различных геологических условиях выявилось большое разнообразие газовых, нефтяных, газонефтяных и газоконденсатных залежей, классификация которых по указанным выше положениям имеет научное и практическое значение.

Независимо от того, в какой пористой среде - песчанике, известняке или в рифогенном массиве - содержатся углеводороды и какую структурную форму приобрели породы-коллекторы, залежи углеводородов различаются по их фазовому состоянию в пласте.

Выделяются два класса залежей по фазовому состоянию углеводородов: залежи однофазных углеводородов и залежи углеводородов двухфазной системы.

К первому классу относятся газообразные, жидкие и твердые углеводороды, которые соответственно образуют:

а) газообразные-газовые и газоконденсатные залежи; б) жидкие - нефтяные залежи; в) твердые (а также в полутвердом или пластическом состоянии) - битумные, асфальтовые, гудронные и другие залежи.

В подкласс залежей газообразных углеводородов вместе с газовыми входят и газоконденсатные залежи, поскольку конденсат в пластовых условиях до начала эксплуатации находится в однофазном, газовом, состоянии.

Нефтяные залежи относятся к подклассу жидких углеводородов. Если в нефти содержится большое количество растворенного газа, но нет газовой шапки, то залежь не считается газонефтяной, так как в данном случае мы имеем однофазное, жидкое состояние.

В определенных условиях, при утрате растворенного газа нефть становится тяжелой и в дальнейшем при полном окислении - нетекучей и затем твердой; в этом случае залежь относится к подклассу твердых углеводородов.

Во второй класс входят газонефтяные или нефтегазоконденсатные залежи, образующиеся при совместном залегании в пласте газообразных и жидких углеводородов и представляющие собой гидродинамически общую двухфазную систему, находящуюся (до начала разработки) в относительном равновесии. К этому же классу залежей углеводородов двухфазной системы относятся и нефтегазоконденсатные залежи, в которых в отличие от газонефтяных конденсат в пластовых условиях находится в газовом состоянии.

В классе залежей однофазных углеводородов и в классе залежей двухфазной системы газовые, нефтяные, газонефтяные и нефтегазоконденсатные залежи, подстилающиеся пластовой водой, делятся на три типа (I, II, III). Залежи этих типов различаются по характеру контакта газовой и нефтяной залежи с пластовой водой, по полноте заполнения структурной ловушки, газом или нефтью, а при двухфазной системе, кроме того, по соотношению объемов газа (газоконденсата) и нефти в пласте.

Характер контактов залежей газа и нефти с пластовой водой связан со структурной формой ловушки и объемом, занимаемым углеводородами в пласте.

В случае антиклинальной складки залежи нефти или газа заполняют всю основную часть ловушки: сводовую и значительную часть пласта, приуроченную к крыльям структуры, так что продуктивная залежь контактирует с пластовой водой лишь в далекой погруженной крыльевой части поднятия. В этом случае залежь является замкнутой, так как не имеет водоплавающей части. Такого типа залежи связаны со структурами (с крутыми углами падения крыльев), характерными для складчатых областей и лишь в некоторых случаях - для платформенных условий (I тип - замкнутые залежи).

В пологих структурах платформенных областей залежи газа и нефти заполняют не весь объем структурной ловушки, вследствие чего они частично или полностью подстилаются водой.

В одних геологических условиях залежь газа или нефти занимает небольшой объем ловушки в сводовой части структуры. В этом случае залежь не имеет безводной части, является водоплавающей и называется незамкнутой залежью (тип II).

В других условиях залежь газа или нефти имеет в своде безводную часть, непосредственно контактирующую с непроницаемыми породами, подстилающими продуктивный пласт, которая окаймляется ореолом водоплавающей части залежи, располагающейся обычно в пределах пологих крыльев поднятия. Такого типа залежи в отличие от полностью водоплавающих незамкнутых залежей относятся к полузамкнутым (тип III). Водоплавающая часть такой залежи в некоторых случаях бывает настолько значительной, что в ней сосредоточивается от 35 до 85% запасов газа или нефти. Подсчет запасов нефти или газа указанных залежей следует проводить раздельно для чисто нефтяной и водоплавающей частей, поскольку многие параметры пласта в них имеют различные значения. При проектировании системы разработки их необходимо учитывать и особенности чисто нефтяной и водоплавающей частей залежей.

Указанная особенность контактов залежей нефти и газа с пластовой водой, а также полнота заполнения структурной ловушки газом или нефтью характерны и для класса залежей двухфазной системы.

Естественно, что при двухфазной системе залежей, как правило, с пластовой водой контактирует нефтяная залежь. Однако существует более сложная форма контактов, когда пластовая вода подстилает нефтяную и газовую залежи одновременно (например, газонефтяная залежь в калинской свите перми Ново-Степановско-Калиновского месторождения).

Для залежей двухфазной системы, газонефтяных и нефтегазоконденсатных, кроме отмеченных выше особенностей, большое значение приобретает соотношение в них объемов газа и нефти. В таких системах принципиально следует различать три вида соотношений объемов нефти и газа в пласте. Первый вид этого соотношения в системе характеризуется тем, что объем, занимаемый газом, значительно превосходит объем нефтяной залежи, так что в ряде случаев нефтяная залежь настолько мала, что не имеет промышленного значения. Такой вид системы носит название «газовая залежь с нефтяной оторочкой» или «газоконденсатная залежь с нефтяной оторочкой». В некоторых случаях нефтяная оторочка подстилает не всю залежь газа, а лишь часть ее. Ряд газовых залежей имеют нефтяные оторочки, сдвинутые к периферии структуры, где образуют иногда значительную свободную от газа нефтяную залежь. Наблюдается более сложный характер формирования залежи, когда одна часть залежи контактирует с пластовой водой, другая - с нефтью.

В некоторых случаях нефтяная оторочка бывает настолько мала, что при подготовке газовой залежи к разработке остается незамеченной, и залежь ошибочно считают чисто газовой или газоконденсатной.

Между тем наличие даже весьма малой нефтяной оторочки, подстилающей газовую залежь, является основанием считать ее газонефтяной или нефтегазоконденсатной, т.е. она относится к двухфазной системе. В этом случае процесс вытеснения газа, естественно, будет протекать по иному принципу и коэффициент газоотдачи будет другой. Поэтому установление нефтяной оторочки газовых залежей очень важно.

Второй вид соотношения объемов нефти и газа в системе характеризуется тем, что объем нефтяной залежи значительно больше объема газа. Такая система называется нефтяной залежью с газовой шапкой.

К третьему виду принадлежат залежи двухфазной системы, в которых объем газа (газоконденсата) и нефти резко не отличаются. При таком сочетании каждая залежь имеет самостоятельное, как правило, промышленное значение и называется газонефтяной или нефтегазоконденсатной (например, газонефтяная залежь в мэотических слоях Анастасиевско-Троицкого месторождения, нефтегазоконденсатная залежь VII и VIIa горизонтов Карадага).

Описанные особенности газовых, газоконденсатных, нефтяных и нефтегазоконденсатных залежей представлены на рисунке.

В приведенной схеме классификации выделены залежи нефти и газа с подстилающей пластовой водой, поскольку большинство залежей нефти и газа связано с обширной законтурной областью. Объем, занимаемый газом или нефтью в пласте, как правило, незначителен и несоизмеримо меньше объема подстилающей воды. Вместе с тем газ, нефть и вода в пласте образуют энергетическую систему, основные запасы которой определяются энергией воды, заполняющей пласт. Однако законтурные воды не всегда могут быть активными. В ряде случаев продвижение законтурных вод крайне незначительно. Поэтому следует различать малоэффективные и высокоэффективные законтурные воды.

В практике встречаются и другие залежи нефти и газа, отличающиеся от описанных выше, - это литологически или тектонически ограниченные залежи, изолированные от законтурных зон и, следовательно, не имеющие подстилающих пластовых вод. Такие залежи, не представляющие для разведки и разработки большого интереса, не выделяются в самостоятельный тип, а включаются в первый тип в виде отдельной группы. Для них могут быть характерны те же соотношения объемов газа и нефти в пласте, что и для описанных замкнутых залежей I типа с пластовой водой.

В схеме классификации для удобства условно показаны наиболее простые формы сводовых залежей. Кроме того, встречаются залежи нефти и газа, приуроченные к моноклиналям и к другим структурным формам, в которых сохраняются те же условия, какие описаны для залежей нормальных антиклинальных складок.

Изучение факторов, обусловливающих различие залежей углеводородов, описанных в настоящей классификации, представляет интерес с точки зрения выяснения геологических условий формирования залежей, построения рациональных систем разведки и, особенно, разработки месторождений и улучшения методов подсчета и учета запасов газа, газоконденсата и нефти.

ЛИТЕРАТУРА

1. Брод И.О. Залежи нефти и газа, формирование и классификация. Гостоптехиздат, 1951.

2. Брод И.О., Еременко Н.А. Основы геологии нефти и газа. Гостоптехиздат, 1957.

3. Еременко Н.А. Геология нефти и газа. Гостоптехиздат, 1961.

4. Дурмишьян А.Г. Вопросы геологии и разведки газоконденсатного месторождения Карадаг. Азнефтеиздат, 1960.

ИГ и РГИ

Рисунок Схема классификации залежей углеводородов по фазовому состоянию и соотношению объемов газообразной и жидкой фаз в пласте.

1 - нефть; 2- газ; 3 - вода.