книги из ГПНТБ / Тхостов Б.А. Начальные пластовые давления в нефтяных и газовых месторождениях

Б. А. ТХОСТОВ

НАЧАЛЬНЫЕ ПЛАСТОВЫЕ ДАВЛЕНИЯ В НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НЕФТЯНОЙ И ГОРНО-ТОПЛИВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Москва 1960

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важных особенностей нефтяных и газовых залежей, принципиально отличающей их от скоплений других полезных ископаемых, является наличие в них естественной энергии,

достаточной для частичного, а иногда и почти полного извлече­ ния нефти или газа. Эта энергия проявляется в виде пластового давления — движущей силы нефти или газа в пласте.

Начальное пластовое давление в преобладающем большинстве существующих нефтяных и газовых залежей соответствует гидро­ статическому давлению или немного отличается от него. Поэтому в практике разведочного дела начальное пластовое давление

обычно принимают равным величине гидроста'тического давле­ ния, понимая под этим давление столба воды высотой, равной глубине залегания пласта. Это допущение предполагает, что выход пласта на поверхность и устье скважины, для которой хо­ тят определить давление, находятся на одном уровне. Такое пред­ варительное определение допустимо при, дай$шении первых .раз­

ведочных скважин на новых площадях, когда отсутствуют ка­

кие-либо другие более конкретные указания о возможной вели­ чине начального пластового давления. Однако встречается все больше случаев, когда начальное пластовое давление намного отличается в ту или другую сторону от соответствующего гидро­ статического давления.

Многие отечественные и зарубежные исследователи, считая закономерным соответствие начального пластового давления ги­ дростатическому, большое превышение начального пластового давления над гидростатическим называют «аномальным».

На самом деле, как это будет показано ниже, причины образо­ вания аномально повышенных давлений те же, что и «нормальных» пластовых давлений. Величины давлений различны потому, что различны геологические условия, влияющие на образование пла­ стовых давлений.

В зависимости от геологических условий разное значение при­ обретает каждая из этих причин. Следует отметить, что под гео­ логическими условиями надо понимать не только современное тектоническое строение, литологическую характеристику осадков, существующую гидрогеологическую обстановку, но и палеоисторическое развитие их.

КРАТКИЙ ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ

Большинство исследователей на основе обобщения опыта

разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений счи­ тает, что пластовое давление и величина его обусловливаются исключительно напором воды в данном пласте. В соответствии с этими взглядами наиболее полное понимание сущности и вели­ чины пластового давления дается в книге М. Ф. Мирчинка

«Нефтепромысловая геология» [23].

В начале главы о пластовом давлении М. Ф. Мирчинк пишет, что величина пластового давления определяется напором краевых вод, и выражает эту величину в общем виде .следующим уравне­ нием:

в 1 ата.

Исходя из принятого определения, делается следующий вывод: «Величина пластового давления находится в прямой связи с глу­

биной залегания пластов, т. е., иначе говоря, нефтяные гори­ зонты, залегающие глубже, имеют большее пластовое давление»

[23].

Рассмотрев значения пластовых давлений, зафиксированные на ряде отечественных (грозненских и бакинских) и зарубежных месторождений нефти, М. Ф. Мирчинк отмечает, что «практике

совершенно не известны случаи, чтобы пластовые давления зна­ чительно превосходили (например, в 1,5—2 раза) гидростати­ ческие» [23].

Начальное пластовое давление может колебаться, по мнению М. Ф. Мирчинка в пределах 0,7—1,2 от гидростатического дав­ ления.

Следовательно, также будет изменяться и коэффициент уве­

личения давления в атмосферах на 10 м глубины от 0,7 до 1,2. Этого мнения придерживается большинство исследователей.

5

Сделанные М. Ф. Мирчпнком общие определения природы и величины пластового давления действительны для большинства нефтяных и газовых месторождений.

В настоящее время неправильно утверждать, что практике совершенно не известны случаи, чтобы пластовые давления зна­ чительно превосходили (например, в Р/г—2 раза) гидростати­ ческие. Факты, как это будет показано ниже, опровергают это мнение. Случаи значительного превышения пластового давления над гидростатическим, вероятно, имелись и раньше, но из-за не­ достаточно высокой организации промысловых исследований за­ фиксированы не были.

Количество нефтяных и газовых залежей с «нормальным пла­ стовым давлением», определяемым напором краевых вод, намного превышает количество залежей, имеющих «аномально» повышен­ ное давление. Однако нельзя принимать в качестве общего поло­ жения прямую зависимость пластового давления от напора крае­ вых вод, т. е. утверждать, что во всех случаях нефтяные гори­

зонты, залегающие глубже, имеют большее пластовое давление. Примеры, когда при бурении скважин были зафиксированы давления, превышающие в 1,5—2 раза гидростатическое давле­ ние, определяемое столбом воды, равным по высоте глубине зале-, гания пласта, впервые в отечественной литературе привел и попытался объяснить В. С. Мелик-Пашаев [21], наблюдавший их на нефтеносных структурах Апшеронского полуострова, ослож­

ненных явлением грязевого вулканизма.

Он считал, что причинами «аномально» повышенных давлений могут являться.

1.Значительное превышение выхода пласта над устьем сква­

жины.

2.Значительная денудация складки, которая последовала

после формирования залежи нефти и привела к уменьшению глубины залегания пласта от поверхности при сохранившемся

давлении.

Однако «аномально» высокие давления, встречаклциеся в про­ дуктивной толще Апшеронского полуострова, как далее указы­ вает В. С. Мелик-Пашаев, этими причинами объясняться не могут, так как южная граница распространения осадков продук­ тивной толщи представлена в виде выклинивающихся на боль­ шой глубине горизонтов, полностью исключающих возможность создания значительных давлений. На западе же продуктивная толща (Ленгебизская гряда), развитая в более глинистой фации,

снизкой проницаемостью коллекторов, не способна к передаче

давления даже на малые расстояния. Имея в виду эти особенности

продуктивной толщи, аномально высокие пластовые давления В. С. Мелик-Пашаев объясняет строением грязевулканических структур, в которых они им наблюдались. Он считает, что ха­ рактерные для грязевулканических структур большие продоль­ ные нарушения и кратерные стволы обеспечивают контакт полу­

6

жидкой сопочной грязи, удельный вес которой превышает 2,0,

со всеми горизонтами разреза. Эта сопочная грязь всей своей массой оказывает давление на проницаемые пласты, повышая

в них давление.

Сопочная грязь действительно имеет высокий удельный вес, однако огромная вязкость и то обстоятельство, что эта «грязь» представляет собой механическую смесь твердых частиц с водой,

не позволили бы ей проникнуть на сколько-нибудь значитель­ ные расстояния в пласт и, следовательно, оказать действие на перераспределение и повышение давлений в пласте. Этому пре­

пятствует также проницаемость коллекторов, обычно невысокая в пластах, имеющих аномально повышенные пластовые давления.

Кратер грязевого вулкана или другие пути, через которые сопоч­ ная «грязь» могла бы оказывать давление на различные горизонты разреза грязевулканических структур, можно сравнить со сква­ жиной, заполненной глинистым раствором.

бурящихся скважин, заполненных тяжелым глинистым раствором

при незакрепленном стволе, оказало серьезное повышающее влияние на пластовое давление.

Водной из позднейших работ [22] В. С. Мелик-Пашаев ука­ зывает на ряд примеров аномально высоких пластовых давлений

ппорождающих их причин: рост складок и значительные вер­

тикальные перемещения отдельных частей их после формирова­ ния залежей, в результате чего сохраняются повышенные давле­ ния; наличие тектонических трещин, связывающих данный пласт

снижезалегающими газоносными пластами; большая высота газовой залежи.

Вданном случае трудно оспаривать причины, рассматри­

ваемые В. С. Мелик-Пашаевым в качестве сил, порождающих аномально высокие пластовые давления.

Можно, однако, утверждать, что только при исключительном стечении обстоятельств возможно сохранение давлений в отдель­

ных тектонических блоках структур при их вертикальном пере­ мещении. Кроме того, нельзя согласиться, как это будет показано ниже, также с мнением В. С. Мелик-Пашаева [22] о том, что горное давление в большинстве случаев не оказывает влияния на величину пластового давления. Скорее наоборот, в большинстве случаев именно горное давление в сочетании с условиями общего

тектонического плана территории определяет наивысшие гипсо­ метрические отметки седиментационных вод, напор которых в конечном итоге образует пластовое давление в большинстве нефтяных и газовых залежей.

Месторождение, в котором целый ряд горизонтов имеет ано­ мально повышенное, по сравнению с гидростатическим, давление,

7

описал Б. С. Воробьев [6]. Он утверждает, что прямой зависи­

мости между пластовым давлением и глубиной залегания пласта не существует, ссылаясь при этом па залежи нефти в Кировобад­ ском районе (табл. 1), где отмечено почти двукратное превыше­ ние пластового давления над гидростатическим.

Таблица 1

Б. С. Воробьев выделяет в зависимости от соотношения пла­ стового и гидростатического давлений три типа залежей, которые с его точки зрения охватывают все возможные случаи. Остано­ вимся на характеристике выделяемых им типов.

Тип I. Выход пласта на поверхность находится ниже устья сква­ жины (начальное пластовое давление меньше гидростатического).

Тип II. Устье скважины и выход пласта на дневную поверх­

ность находятся на одном уровне, т. е. имеют одинаковые отметки относительно уровня моря (пластовое давление равно гидроста­

тическому).

Тип III. Выход пласта На дневную поверхность или наивыс­ шая точка его выше, чем устье скважины (пластовое давление

больше гидростатического).

Месторождения первых двух типов считаются Б. С. Во­ робьевым [61 обычными для пененлепизированных областей, в то время как третий тип более характерен, по его мнению, для место­ рождений предгорных областей.

Б. С. Воробьев показал, что не существует во всех случая^

прямой зависимости между глубиной залегания пластов и пласто­ вым давлением, хотя в огромном большинстве месторождений такая зависимость отмечается.

С другой стороны, неправильно, как это делает Б. С. Во­ робьев, связывать величину пластового давления исключительно с пьезометрическим уровнем жидкости, т. е. напором краевых вод в пласте. Действительно, если предположить, что превышения пластового давления над гидростатическим, приведенные в табл. 1,

8