К оглавлению журнала

 

УДК 553.98.061.7:551.7

©В.И. Корчагин, 1999

СТРАТИГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ГЛОБАЛЬНЫХ ПОКРЫШЕК И ИСКУССТВЕННЫЕ ЛОВУШКИ НЕФТИ И ГАЗА

В.И. Корчагин (ВНИГНИ)

Хорошо известное положение о том, что все промышленные скопления нефти и газа приурочены к осадочным бассейнам, породило доминирующую в настоящее время гипотезу об органическом происхождении нефти и природного газа. Естественно, для формирования достаточно крупных (промышленных) скоплений нефти и газа необходимы надежные покрышки, которые, однако, не наблюдаются ни в магматических, ни в метаморфических породах. Совершенно очевидно, что только среди осадочных отложений есть покрышки, непроницаемые для нефти и газа.

Среди покрышек можно выделить два типа. Первый – реальные покрышки, способные самостоятельно удерживать весь этаж нефтегазоносности [2]. Второй – полупокрышки, проявляющиеся внутри нефтегазоносного резервуара под реальной покрышкой и представленные самыми разнообразными породами.

Реальные покрышки сложены двумя типами осадочных пород – глинами и солями, которые, однако, далеко не всегда таковыми являются. Более того, очень редкие пачки определенного возраста обладают свойствами реальных покрышек. Среди мощных толщ глин и солей реальными непроницаемыми покрышками являются только относительно маломощные их прослои. Наряду с реальными покрышками и коллекторами в разрезе нефтегазоносных бассейнов (НГБ) стали выделять породы, обладающие достаточной проницаемостью для просачивания нефти и газа, но не способные их аккумулировать [4].

Свойства пород-покрышек могут быть определены физико-химическими методами, однако отсутствуют способы проверки их непроницаемости во времени. Самым верным показателем хорошего качества покрышек является наличие непосредственно под ними либо на определенном удалении крупных залежей нефти и газа. Некоторые глинистые толщи пород имеют все признаки покрышки и достаточно большую (до 1 км и более) мощность, но в залегающих под ними коллекторах или вовсе не содержится залежей нефти и газа, или они незначительны, что служит признаком их проницаемости для нефти и газа. То же можно сказать и о сульфатно-галогенных покрышках.

Имеются достаточно многочисленные примеры, когда реальные покрышки непосредственно перекрывают кристаллические породы фундамента, что способствует сохранению в них больших и даже гигантских залежей нефти и газа.

Возможно, что среди многочисленных факторов, контролирующих пространственное распространение залежей нефти и газа, наличие реальной покрышки является основным.

Если это так, то нефтегазоносный потенциал любого бассейна определяется качеством, числом и площадью распространения покрышек.

Можно отметить определенную закономерность: сочетание надежных покрышек с высокоемкостными коллекторами и, наоборот, связь полупокрышек с плохими коллекторами.

Сравнительный анализ стратиграфического распространения некоторых покрышек и коллекторов, содержащих крупные запасы нефти и газа, в целом ряде НГБ показывает, что они выдержаны стратиграфически и устойчиво сохраняют свои свойства.

Наиболее качественные покрышки приурочены к определенным стратиграфическим подразделениям и проявляются как синхронные во многих НГБ мира.

Несмотря на кажущуюся простоту, установить распространение реальных покрышек довольно сложно. Реальным критерием их может служить только объем промышленных запасов под (и реже над) ними.

Глобальное распространение одновозрастных пород-резервуаров и покрышек, вероятнее всего, объясняется эвстатическими колебаниями уровня Мирового океана [4]. Начало трансгрессивных и конец регрессивных этапов характеризуются, как правило, формированием надежных покрышек, а конец трансгрессивных и начало регрессивных – коллекторов [3].

Имеется количественная оценка распределения залежей нефти и газа по стратиграфическим комплексам, основывающаяся на анализе всех месторождений нефти и газа б. СССР. В разрезе осадочного чехла фанерозоя выделяются максимумы концентрации залежей в одних подразделениях и их практически полное отсутствие – в других. Эти ритмы в распределении УВ отражают стратиграфическую приуроченность наиболее непроницаемых покрышек. Именно на этих стратиграфических уровнях встречаются покрышки, носящие глобальный характер, которые отмечаются и за пределами этой территории. Не все они восстановлены достаточно надежно, но для определения точного положения основных стратиграфических комплексов-покрышек имеются все предпосылки.

Глобальные покрышки только в некоторых НГБ проявляются как очень надежные, способные удержать весь этаж нефтегазоносности. Но и в таких НГБ на периферических участках происходят фациальные замещения и, как правило, ухудшаются их свойства. Некоторые, относительно редкие, покрышки практически непроницаемы для нефти и газа, и выше них залежей нет. Однако чаше встречается тип покрышек, которые удерживают большие, иногда гигантские залежи нефти и газа, но стратиграфически выше них также имеются залежи.

Сравнивая разные НГБ с одновозрастными продуктивными комплексами, можно отметить, что устойчивое распределение коллекторов и покрышек в разрезе сохраняется не только для крупных стратиграфических подразделений, но и для дробных, таких как ярус и подъярус. Некоторые литологические пачки, составляющие только часть подъяруса, сохраняют строго определенную стратиграфическую позицию в далеко отстоящих друг от друга НГБ и содержат огромные ресурсы нефти и газа. Обычно такие продуктивные горизонты перекрываются пачками пород, столь же широко распространенными и являющимися хорошими покрышками.

Многие стратиграфические подразделения-резервуары сохраняют свои свойства даже в случае различного вещественного состава, в одних НГБ они сложены преимущественно песчаниками, в других – известняками. Подобная же картина наблюдается и с покрышками, в одних случаях они представлены глинами, в других – галогенными породами.

Раннекембрийская покрышка удерживает венд-кембрийский нефтегазоносный комплекс. Он отчетливо проявился на территории Восточной Сибири. В Лено-Тунгусской провинции основной покрышкой, перекрывающей практически все залежи нефти и газа, служит соленосная толща усольской свиты ранне-кембрийского возраста. Однако над ней залегает довольно мощная толща сульфатно-галогенных пород, и потому стратиграфическое положение этой покрышки остается недостаточно обоснованным. Несомненно, что раннекембрийская покрышка имеет глобальный характер и способна удерживать крупные скопления нефти. Так, нижнекембрийские глины удерживают крупнейшую по запасам залежь нефти в Алжире на месторождении Хасси-Месауд. Вероятно, это одна из реальных глобальных покрышек.

Позднедевонская покрышка отчетливо проявилась в Днепровско-Припятской провинции. Здесь она представлена соленосными породами, причем проявившимися в два этапа: один из них позднефранский – евлановско-ливенский (ливенский), а другой позднефаменский – даньковско-лебедянский. В Припятской области эта покрышка выступает как самостоятельная, способная удержать залежи нефти. В Днепровско-Донецкой области она выделяется в совокупности с вышележащей внутрипермской покрышкой. Позднедевонская покрышка удерживает залежи газа в относительно небольшом Чу-Сарысуйском НГБ. В Волго-Уральской и Тимано-Печорской провинциях она является дополнительной внутриэтажной покрышкой.

Внутрипермская (кунгурская) покрышка. В относительно короткое время (около 5 млн лет) в Прикаспийской, Волго-Уральской, на некоторой части Тимано-Печорской и в Днепровско-Донецкой провинциях накапливались соли, которые и являются основной покрышкой, удерживающей весь этаж нефтегазоносности. Именно на этом этапе сформировалась одна из наиболее значимых реальных покрышек в истории Земли.

В каменноугольных отложениях содержатся несколько горизонтов, которые во всех палеозойских НГБ сохраняют свойства покрышки. Однако они обычно проявляются только при наличии внутрипермской глобальной покрышки. Одна из наиболее крупных концентраций залежей каменноугольных отложений приурочена к турнейским и визейским отложениям, а региональной покрышкой служат серпуховские отложения. В большинстве вышеназванных провинций они сложены глинами, алевролитами или глинистыми известняками. Среднекаменноугольные отложения почти повсеместно представляют собой коллекторы и обычно содержат значительные запасы нефти и газа, а покрышкой для них служат глинистые, глинисто-карбонатные и глинисто-сульфатные отложения верхнего карбона.

В мезозое выделяются три этапа, во время которых формировались глобальные покрышки. Один из них относительно слабо проявившийся – внутритриасовый, другой крупнейший в истории – позднеюрский и третий – возможно самый крупный – позднесеноманский.

Судя по концентрации залежей нефти и газа, нижняя мезозойская покрышка сформировалась в конце среднего и начале позднего триаса. Однако в некоторых НГБ залежи триасовых отложений являются следствием перетока из нижележащих отложений через ослабленную внутрипермскую покрышку.

Одна из наиболее надежных покрышек образовалась в конце юрского периода - в кимериджский и титонский века. Во многих НГБ позднеюрская покрышка выступает в роли дополнительной в едином юрско-нижнемеловом этаже нефтегазоносности. Таковы Западно-Сибирский, Амударьинский, Персидского залива и другие НГБ. В них основным флюидоупором являются верхнесеноманские глины. Однако в ряде НГБ, таких как Баренцевоморский, Прикаспийский, Мангышлакский, позднеюрская покрышка является самостоятельной.

В конце сеномана на огромной территории сформировалась глинистая пачка, обладающая уникальными свойствами покрышки. Это темно-серые почти черные бескарбонатные глины с характерной бореальной фауной. Они перекрывают весь юрско-нижнемеловой этаж нефтегазоносности в таких НГБ, как Западно-Сибирский, Амударьинский, Персидского залива, Западно-Канадский, прилегающие к Скалистым горам, Мексиканского залива и др. Эта покрышка удерживает гигантские запасы нефти и газа во всех этих НГБ.

В начале кайнозоя сформировалась классическая пара – песчаники и известняки палеоцена и глины эоцена. Однако, несмотря на значительную мощность и огромную площадь распространения глинистой покрышки эоцена, залежи в подстилающих отложениях относительно скромные в общем балансе запасов. В раннем олигоцене в некоторых НГБ формировались покрышки, удерживавшие залежи всего сенон-палеогенового этажа нефтегазоносности.

В неогеновом периоде существовало несколько этапов, во время которых формировались глобальные покрышки в НГБ Средиземноморско-Альпийского пояса и Тихоокеанского кольца. В отложениях верхнего олигоцена и нижнего миоцена содержится значительная часть залежей, которые перекрываются покрышкой нижнего миоцена.

Наиболее крупные скопления нефти и газа находятся в среднемиоценовых и нижнеплиоценовых отложениях. Типичным примером НГБ с таким стратиграфическим интервалом продуктивных отложений может служить Южно-Каспийский. В конце раннего и начале позднего плиоцена существовала покрышка, удерживающая весь неогеновый этаж нефтегазоносности.

Искусственные ловушки нефти и газа в настоящее время могут рассматриваться в порядке обсуждения. На протяжении XX в. потребляется все больше и больше энергии, причем доля нефти и газа в общем балансе потребляемых ресурсов постоянно возрастает. Любой постоянный рост, особенно такой быстрый, как рост потребления нефти и газа, обычно заканчивается кризисом. Частные энергетические кризисы уже неоднократно проявлялись в некоторых странах и регионах. Этим объясняется постоянный поиск новых видов энергии или способов увеличить существующие. В настоящее время практически все жидкие и газообразные горючие ископаемые извлекаются из природных резервуаров – месторождений и залежей нефти и газа.

Вероятно, созрела необходимость использовать для извлечения нефти и газа не только естественные, но и искусственные ловушки, создавая их в наиболее благоприятных местах. Существует устоявшееся представление о том, что залежи нефти и газа сформировались почти одновременно с вмещающими породами. Если следовать этому положению, то их возраст составляет миллионы лет, а их формирование происходило в условиях, уже не существующих в настоящее время. Однако появляется все больше и больше фактов о том, что процессы формирования нефти и газа происходят постоянно.

Вместе с тем вертикальная миграция флюидов признается практически всеми исследователями вне зависимости от их представлений о происхождении нефти и газа – органическом или неорганическом. Вопрос сводится к оценке темпов и масштабов миграционных процессов. Способов определения темпов вертикальной миграции нефти и газа нет, но выявлена устойчивая связь месторождений нефти и газа с разломами [1, 5]. Правда, не все разломы нефте- или газоподводящие. Только некоторые из них обладают такой способностью, причем даже при наличии подтока УВ-флюидов его интенсивность сильно варьирует. Может оказаться, что в некоторых участках скорость подтока достаточно высока для практического использования. Не исключено, что в большинстве разрабатываемых месторождений существует приток нефти и газа из нижележащих пород, чем и обусловлен длительный процесс извлечения этих полезных ископаемых. Традиционно это объясняется разными коэффициентами извлечения, однако не исключен и подток флюидов. При таком варианте естественна длительная устойчивая добыча нефти на мелких месторождениях, эксплуатация которых продолжается около сотни лет. В этом случае можно предполагать, что добыча и подток нефти и газа достигли равновесия.

Если говорить о газопроявлениях, то в большей или меньшей степени они постоянно встречаются в некоторых участках земной коры – в районах с интенсивной тектонической активностью, вулканической деятельностью и др. Не исключено, что для формирования промышленных скоплений газа и нефти в благоприятных условиях с искусственной ловушкой потребуется несколько лет или десятилетие.

Оптимальное место для создания искусственных ловушек газа на начальном этапе может быть определено с помощью газовой съемки.

Искусственные ловушки нефти могут создаваться в районах распространения полей битумов, свидетельствующих о наличии подтока нефти и отсутствии надежной покрышки.

Основными требованиями для искусственной ловушки, так же как и естественной, должны быть: определенная достаточно большая площадь; соответствующий структурный план; расположение в приразломной зоне; наличие хорошо проницаемых коллекторов и непроницаемых покрышек. Подобные благоприятные структуры существуют довольно часто, и среди всего комплекса требований к искусственной ловушке наиболее важным является создание искусственной покрышки.

Одним из основных условий для создания искусственных ловушек является наличие нефтегазоносных разломов с достаточно высоким потенциалом. В тех случаях, когда такие разломы проходят через осадочные бассейны с мощным чехлом и хотя бы одной из вышерассмотренных реальных глобальных покрышек, то в них формируются месторождения нефти и газа. Но за пределами осадочных бассейнов нефть и газ не сохраняются. Для их улавливания необходимо сооружение искусственной ловушки, основным компонентом которой является искусственная покрышка. В этом случае резко расширяется территория перспективных земель, которая в настоящее время считается совершенно бесперспективной.

Вероятно, наиболее благоприятными условиями для сооружения искусственных ловушек будет мелководный шельф.

Литература

  1. Гаврилов В.П. Влияние разломов на формирование зон нефтегазонакопления. – М.: Недра, 1975.
  2. Ильин В.Д., Бородяев Б.Г., Сараева Г.Д. О понятиях "покрышка", "природный резервуар", "ловушка" и "залежь" в геологии нефти и газа //Стратиграфия и палеонтология триасовых отложений Мангышлака и Устюрта. - М., 1984. - С. 128-139.
  3. Карогодин Ю.Н. Ритмичность осадконакопления и нефтегазоносность. - М.: Недра, 1974.
  4. Кеннет Дж. Морская геология. – М.: Мир, 1987. - Т.1.
  5. Малышев Н.А. Влияние разломов на нефтегазоносность Печорского осадочного бассейна //Проблемы геологии европейского Севера СССР: Тр. Ин-та геологии Коми филиала АН СССР. - Сыктывкар, 1983. - Вып. 42. -С. 24-41.

Abstract

The article reports a stratigraphic position in Phanerozoic section the most pronounced traps holding oil and gas reservoirs. These cap rocks are globally distributed. Oil and gas potential of sedimentary basin is much governed by the presence of even if one of global cap rock, while reserve distribution in the sequence is first of all controlled by cap rocks.

It is suggested a possibility and even a necessity in the nearest future to construct artificial traps for gathering and utilization of oil and gas from oil and gas flows.