С целью исследования природы АВПД в месторождениях УВ нефтегазоносных областей Украины нами с помощью ЭВМ проведен анализ по выявлению связей коэффициентов аномальности начальных пластовых давлений с общей пористостью и объемным весом коллекторов, глубиной залегания и степенью смятия пластов горных пород, температурой и значениями геотермической ступени.

Коэффициентом аномальности начального пластового давления (Ка) мы называем отношение начального пластового давления (Рн) к величине условного гидростатического давления Ру = 0,1 Нg, где Н - глубина пласта; g- плотность воды, принимаемая равной единице [1].

Корреляционных связей между Ка и почти всеми из перечисленных параметров, которые позволили бы сделать теоретические или практические выводы, выявить не удалось. Исключение составил лишь тот параметр, который связан со степенью смятия пластов в складки. Результаты исследований на ЭВМ согласуются с проведенными геологическими наблюдениями.

Известно, что АВПД встречаются в коллекторах, как с высокой межзерновой пористостью, так и с низкой, в разных породах, на различных глубинах и соответственно при неодинаковых температурах в пласте.

Значения начальных пластовых давлений в осадочной толще закономерно возрастают с глубиной. Однако величины Ка от этого почти не зависят. Данные бурения скв. 1 Луги и скв. 1 Шевченково в Карпатах, которые пробурены соответственно до глубин 6223,7 и 7520 м, показывают, что с погружением пласта, а следовательно, с повышением температуры значения начальных пластовых давлений увеличиваются, тогда как Ка возрастает только в отдельных интервалах.

АВПД могут быть встречены и на малых глубинах. Это подтверждает, например, случившееся со скв. 57 на площади Коршев-Испасс в Предкарпатье, где на глубине всего лишь 120 м и соответственно при низких значениях температур в тортонских глинах во время бурения произошел выброс газа, вследствие чего был выдавлен из скважины 100-метровый кондуктор и на месте буровой образовалась воронка диаметром 36 м. Впоследствии выяснилось, что здесь была вскрыта незначительная сжатая в складку линза песчанистых пород с залежью газа непромышленного значения.

Связь величины геотермической ступени (ее уменьшения вследствие более быстрого повышения температуры с глубиной) со значениями Ка на вскрытых скважинами глубинах не обнаруживается, так как степень влияния температурных условий на увеличение Ка зависит и от химического состава УВ залежей. При одном и том же повышении температуры давление в углеводородных смесях с большим процентным содержанием метановых фракций возрастает на большую величину, чем в углеводородных смесях, состоящих в основном из высокомолекулярных соединений. Общую зависимость Ка от указанных двух параметров вывести затруднительно.

Расчеты показывают, что Ка в залежах УВ могут возрастать только при значительных температурных аномалиях. Так, например, на известном Долинском нефтяном месторождении, где среднегодовая температура воздуха равна +9 °С и мощность слоя с постоянной температурой 3 м, геотермическая ступень на глубине 2303 м равна 40,4 м. Среднее же значение геотермической ступени для Внутренней зоны Предкарпатского прогиба составляет 45,1 м. Разница на 4,7 м в значениях геотермических ступеней повышает пластовое давление в месторождении всего лишь в 1,02 раза.

Кроме указанного аномальные давления в коллекторах, возникшие в повышенных температурных условиях, могут сохраняться только при надежной изолированности природного резервуара. В противном случае увеличившие в этих условиях свой объем газы уйдут по трещинам во вмещающие породы; давление в коллекторе будет снивелировано.

Выше уже отмечалось, что в нефтегазоносных областях Украины на вскрытых скважинами глубинах проявляется зависимость Ка от интенсивности смятия пластов в складки (i), равной отношению амплитуды последних (h) к их площади (S) внутри замкнутой изогипсы (т.е. i = h/s в м/км²). Выявленная закономерность позволила сделать некоторые выводы, касающиеся АВПД в месторождениях УВ и процессов внутрирезервуарной миграции флюидов при складкообразовании.

На рис. 1 , рис.2 , рис. 3 , рис. 4 показаны зависимости Ка=f(i), выведенные для залежей УВ нефтегазоносных областей Украины, по данным замеров Рн на различных глубинах, в том числе и на ВНК.

Математическая формула зависимости Ка = f(i), полученная на ЭВМ, в общем виде выглядит так: Ка=Ai+B±C, где А и В - постоянные коэффициенты для конкретной нефтегазоносной области, С - среднеквадратическая погрешность при уровне значимости 0,95 по критерию Стьюдента.

Учитывая, что Ка=Рн/Ру, начальное давление Рн=Ру*Ка, или Рн = 0,1 H(Ai+B±C).

Подставив в приведенную формулу значения параметров А, В и С, эмпирически выведенных при помощи ЭВМ для конкретной области, получим следующие соотношения, позволяющие ориентировочно прогнозировать начальные пластовые давления в коллекторах на заданных глубинах залегающих под непроницаемыми покрышками:

а) для Внутренней зоны Предкарпатского прогиба и Скибовой зоны Карпат:

б) для внешней зоны Предкарпатского прогиба (платформенного его склона):

в) для ДДВ:

г) для Южно-Украинской нефтегазоносной области:

В этих формулах i учитывается как безразмерный коэффициент.

Выведенные формулы, отвечающие зависимости Рн=f(H, i), состоят из двух членов. Первый из них 0,1 Н - численно равен значению условного гидростатического давления, второй член формулы, заключенный в скобки, учитывает повышение давления в пласте при смятии его в складку.

При проверке указанных выше формул (в первом случае для этого были привлечены данные по 21 залежи, во втором - 25, в третьем - 49, в четвертом - 12),среднеарифметическая погрешность составила соответственно ±4.4, ±7, ±3.8 и ±13%. Обращает внимание заметное возрастание погрешности в последнем, четвертом случае, т.е. по залежам Крыма и Керченского полуострова. Это объясняется тем, что пластовое давление обусловливается здесь большим числом факторов: разгрузкой пластовой энергии из коллекторов по трещинам во вмещающие породы и на поверхность, связью коллекторов с нижележащими горизонтами, грязевым вулканизмом и др.

Коэффициенты аномальности начальных пластовых давлений в нефтегазовых залежах, приуроченных к антиклиналям, находятся в зависимости от параметра i, видимо, вследствие внутрирезервуарной миграции флюидов при складкообразовании.

Известно, что при складкообразовании величины нормальных к поверхности слоев деформирующих сил на крыльях значительно больше в сводовых частях складок [2]. Вследствие этого происходит нагнетание в шарнирах складок пластичных пород между пластами жестких, что приводит к формированию подобной и дисгармоничной складчатости. При таком распределении величин деформирующих сил флюиды, насыщающие коллекторы, также неминуемо начнут двигаться в пористой среде от крыльев к сводам складок. Их движению в указанном направлении будет способствовать то, что на крыльях структур при складкообразовании возникают в основном трещины сплющивания и экранирующие взбросо-сбросы. По направлению же к сводам складчатых структур раскрытость трещин и более крупных тектонических разрывов увеличивается. В замковых частях складок в местах максимального изгибания пластов в антиклинали у кровли коллекторов образуются только раскрытые трещины.

Ухудшение коллекторских свойств на крыльях структур отмечается повсеместно. Это обстоятельство связано не только с химическими процессами, происходящими в коллекторе в зоне ВНК (закупорка пор окисленной нефтью, цементация пустот, полостей и трещин карбонатами), но в первую очередь с различием характера образовавшихся трещин. Известно, что в структурах, сложенных чисто водоносными породами, в сводовых частях коллекторские их свойства также всегда выше, чем на периферии.

Через раскрытые трещины в сводах может происходить частичный выход флюидов во вмещающие породы и некоторая разгрузка пластовой энергии из залежей, что приводит к разуплотнению вмещающих пород. Возможность этого проверялась нами экспериментально [3]. В некоторых случаях, если разрывы велики, а покрышки не обладают достаточными изолирующими свойствами, указанный процесс приводит к формированию в пластах аномально низких пластовых давлений (АНПД). При наличии же надежных покрышек образуются разуплотненные с повышенными внутрипоровыми давлениями зоны, в пределах которых, как известно, имеются обычно коллекторы с АВПД.

Установленные зависимости Ка = f(i) и Рн=f(H, i) позволяют считать, что в рассматриваемых областях флюиды скапливались в уже окончательно сформированных ловушках. Скорее следует полагать, что происходило одновременное изгибание пластов в локальные складки, формирование (а в некоторых случаях переформирование) залежей УВ и при этом возникновение избыточного пластового давления в пределах каждой структуры.

Такое объяснение согласуется, на наш взгляд, с фактом приуроченности АВПД в подавляющем большинстве случаев к залежам, связанным с антиклинальными структурами.

Для возникновения избыточных давлений в коллекторах при тектоническом их сжатии необходимым условием является наличие надежных покрышек. Скорость тектонического сжатия коллекторов, как правило, выше темпа эмиграции из них флюидов по разного рода трещинам и нарушениям и это ведет к появлению АВПД. При сильной нарушенности покрышек (например, Сагайдакское месторождение) или при очень малой их мощности (например, Спасское месторождение) это условие не соблюдается, и тогда возникает АНПД. Для указанных месторождений Ка=0,9 (см. рис. 1 и рис. 3 ).

Полученные зависимости Ка = f(i) позволяют также сделать следующие выводы.

Наиболее четко зависимость Ка = f(i) обнаруживается там, где до настоящего времени продолжается проявление тектогенеза и рост складок в осадочных образованиях при тангенциальном сжатии горных пород и вследствие вертикальных подвижек блоков в фундаменте или при росте соляных куполов.

Это видно при сравнении графиков Ка=f(i) рассматриваемых областей Украины. Так, во Внутренней зоне Предкарпатского прогиба и на прилегающих площадях Скибовой зоны Карпат, которые являются составными частями тектонически активной Карпатской области, зависимость Ка=f(i) более четкая, чем во Внешней зоне Предкарпатского прогиба, которая представляет собой опущенный край более устойчивой Волыно-Подольской плиты.

В залежах УВ ДДВ увеличение аномальности пластовых давлений отмечается в юго-восточном направлении, где осадочные образования наиболее интенсивно дислоцированы и находятся в непосредственной близости к складчатому Донбассу. Здесь форма некоторых месторождений по величинам удлинений приближается к брахиантиклинальной. На Шебелинском месторождении, где Ка отклоняется от общей зависимости Ка = f(i) в сторону увеличения (см. рис. 3 ), структура характеризуется удлинением 2,6 (т. е. является типичной брахиантиклиналью), что позволяет предположить действие на этом участке ДДВ помимо вертикально направленных тектонических усилий благодаря подвижкам блоков в фундаменте впадины или роста соляных куполов, также и сжимающих тангенциальных усилий при складкообразовании. Исходя из полученных для залежей УВ ДДВ зависимостей Ка = f(i) можно заключить о максимальной тектонической активности юго-восточной части впадины.

В Южно-Украинской нефтегазоносной области, судя по полученным зависимостям, наиболее интенсивно тектогенез, приводящий к складкообразованию, проявляется до настоящего времени на Керченском полуострове, о чем свидетельствует сохранение аномальных пластовых давлений в ряде месторождений, несмотря на постоянно происходящую разгрузку пластовой энергии из залежей при выжимании флюидов по тектоническим трещинам на поверхность вместе с брекчией грязевых вулканов. Для некоторых площадей Керченского полуострова, видимо, характерна гидродинамическая связь нефтегазовых залежей с расположенными ниже образованиями по тектоническим разрывам. Об этом свидетельствует тот факт, что здесь местами отмечается с глубиной быстрое увеличение Ка в коллекторах. Примером может служить Мошкаревско-Куйбышевское газонефтяное месторождение, где на глубине 1767 м и при параметре i = 60,1 Ka=1,56. На глубине же 2133 м Ка в данном месторождении возрастает до 1,88 при i = 80. Линия зависимости Ка = f(i) искривляется в сторону резкого увеличения Ка.

В связи с изложенными данными об изменении аномальности пластовых давлений с глубиной, на Керченском полуострове перспективными, видимо, следует считать еще не вскрытые низы меловых отложений и более древние образования.

На Тарханкутском полуострове полученные зависимости для залежей УВ не свидетельствуют о происходящих здесь интенсивных тектонических движениях. Здесь на ряде площадей темп эмиграции УВ из залежей выше скорости смятия пластов-коллекторов в складки или их деформации, в связи с чем в залежах возникли пластовые давления ниже условных гидростатических.

1. Жданов М.А. Нефтегазопромысловая геология и подсчет запасов нефти и газа. М., Недра, 1970.
2. Кропоткин П.Н. О происхождении складчатости. - Бюл. МОИП. Отд. геол., т. 25, вып. 5, 1950, с. 3-29.
3. Результаты лабораторных экспериментов по разуплотнению горных пород флюидами под давлением/А.А. Орлов, В.П. Клочко, Т.В. Будзенко, Е.И. Лискевич. - Докл. АН УССР, 1980, № 1, с. 33-34.

Рис. 1. График зависимости Ка=f (i) для структур Внутренней зоны Предкарпатского прогиба.

Месторождения: 1 - Старо-Самборское (3460), 2 - Бориславское, первый структурный ярус (1800), 3 - Бориславское, Попельский участок, второй структурный ярус (2350), 4 - Иваниковское - Помярковский и Иваниковский блоки (2748), 5 - Оров-Уличнянское (3134), 6 - Стынявское - Долголукский блок, олигоцен (3785), 7 - то же, эоцен (3805,5), 8 - Струтыньское (1900), 9 - Выгода-Витвицкое (3350), 10 - Северо-Долинское, олигоцен (3017,5), 11 - то же, эоцен (3255), 12 - Долинское, олигоцен (2303), 13 - то же, эоцен (2500), 14 - Спасское (1870), 15 - Космачское (3100), 16 - Росильнянское (3002), 17 - Гвиздецкое, олигоцен, по уравнению 3 (1985,5), 18 - то же, по уравнению 2 (1985,5), 19 - то же, эоцен (2219), 20 - Пнивское (2110), 21 - Битковское, второй структурный ярус: Битковско-Пасечнянский и Бабче-Старуньский блоки (2475). Цифра в скобках означает глубину залегания пласта, которой соответствуют значения Ка и i на графике

Рис. 2. График зависимости Ка=f(i) для структур Внешней зоны Предкарпатского прогиба, включая Велико-Мостовскую площадь Волыно-Подолии.

Месторождения: 1 - Залужанское (2075,5), 2 - то же (2910), 3 - Свидница (700), 4 - Кохановка (1275), 5 - Ходновичи (1170), 6 - Пынянское (2058), 7 - Садковичи (1345), 8 - Рудки, нижний сармат (1056), 9 - то же, юра (1505), 10 - Опары (774), 11 - Кавско (851), 12 - Медыничи (1393), 13 - Бильче-Волица (1030), 14 - Угерско (1091), 15 - Дашава (720,5), 16 - Кадобно (687), 17 - то же (734), 18 - Калушское (350), 19 - то же (550), 20 - то же (600), 21 - Грыповка (1155), 22 - Косовское (76), 23 - Ковалевско-Черешенское (2025), 24 - Краснопутненское (826), 25 - Велико-Мостовское (2394). Цифры в скобках - см. рис. 1

Рис. 3. График зависимости Ka=f (i) для структур ДДВ.

Месторождения: 1 - Монастырищенское (3355) 2 - Прилукское (1602), 3 - Мильковское (3000), 4 - Леляковское (1850), 5 - Богдановское (2495), 6 - Гнединцевское (1730), 7 - то же (3350), 8 -Великобубновское (3105), 9 - Чижевское (3750), 10 - Глинско-Розбышевское (3748), 11 - Новотроицкое (3400), 12 - Чернухинское (2957), 13 - Качановское (3085), 14 - Рыбальское (3384), 15 - Бельское (3950), 16 - Кибинцевское (1590), 17 - Малосорочинское (2257), 18 - Сагайдакское (1698), 19 - Потичанское (1720), 20 - Лиманское (1700), 21 - Зачепиловское (1350), 22 - Решетняковское (3244), 23 - Машевское (4060), 24 - Опошнянское (3695), 25 - Солоховское (3450), 26 - Новогригорьевское (2000), 27 - Перещепинское (2640), 28 - Пролетарское (1837), 29 - Восточно-Новоселовское (1922), 30 - Николаевское (2693), 31 - Михайловское (782), 32 - Ефремовское (3000), 33 - Западно-Сосновское (4000), 34 - Кегичевское (2882), 35 - Шебелинское (2450), 36 - Миролюбовское (2420), 37 - Голубовское (1112), 38 - Левинцовское (750), 39 - Западно-Крестищенское (3400), 40 - Мелиховское (3100), 41 - Верхнелановское (3400), 42 - Западно-Медведовское (3190), 43 - Кременовское (2215), 44 - Спиваковское (457), 45 - Волоховское (3060), 46 - Краснопоповское (489), 47 - Боровское (1510), 48 - Вергунское . (1165), 49 - Ольховское (1169). Цифры в скобках - см. рис. 1

Рис. 4. График зависимости Ka=f (i) для залежей УВ Крыма, характеризующихся значениями Ка выше 0,95.

Месторождения: 1 - Карлавское (3342), 2 - Краснополянское (1096), 3 - Западно-Октябрьское (3380), 4 - Октябрьское (2709), 5 - Задорненское (613), 6 - Джанкойское (545,5), 7 - Стрелковское (415), 8 - Белокаменское (309), 9 - Мысовское (420), 10 - Мошкаревско-Куйбышевское (1767), 11 - то же (2133), 12 - Глебовское (1090). Цифры в скобках - см. рис. 1.