Стратиграфические ловушки

«Стратиграфическая ловушка — это такая ловушка, в которой локализация флюида обусловлена стратиграфическими или литологическими, или теми и другими изменениями пород коллектора такими, например, как фациальные изменения, вариации пористости и проницаемости, или надструктурными ограничениями пород коллектора, независимо от их природы».

Из табл. XXXVI видно, что только около 6% известных в мире крупных нефтяных полей связаны с чисто стратиграфическими ловушками, в то время как 11% — с ловушками комбинированного типа.

Эти цифры вероятно, отражают тот факт, что любой может найти нефть в структурных ловушках путем разбуривания геофизически обнаруженных максимумов. Стратиграфические же поля традиционно обнаруживаются либо случайно, либо с помощью тщательного анализа седиментологических данных, полученных при структурном бурении.

Следовательно, меньшее количество стратиграфических ловушек по сравнению со структурными отражает, вероятно, недостаток творческого воображения при разведке, а не их истинное соотношение. Это увлекательный вызов специалистам по прикладной седиментологии. Исчерпывающее описание стратиграфических ловушек и методы их обнаружения даны в книге под редакцией Кинга.

Общее количество разновидностей потенциальных стратиграфических ловушек неопределенно. Тем не менее можно выделить несколько общих их типов (табл. XXXVII). На многих нефтяных залежах присутствуют разные типы ловушек. Ниже будут описаны главные разновидности стратиграфических ловушек.

Седиментационные ловушки встречаются в толщах осадков, не нарушенных главными стратиграфическими несогласиями, там, где отложения коллектора с первичной пористостью латерально переходят в непроницаемые отложения. Седиментационные ловушки наиболее обычны для обломочных отложений, когда в непроницаемых илах или глинистых сланцах присутствуют линзы пористых песков. Самые обычные примеры такого типа это песчаные тела русел и баров. В карбонатных породах, благодаря их восприимчивости к диагенетическим изменениям, стратиграфические ловушки, связанные со сменой фаций, менее обычны. Тем не менее в рифах и прибрежных карбонатных отложениях могут образоваться ловушки, даже если первичная пористость в них изменена.

Ниже описаны три главных типа седиментационных ловушек: русла, рифы и бары.

1. Русла

Ранее показано, что русловые пески, окруженные глинистыми сланцами, встречаются во многих обстановках осадконакопления. Сюда относятся подводные каньоны, приливно-отливные русла, рукава дельт и речные меандры. Следовательно, стратиграфические залежи нефти могут быть обнаружены в различных ситуациях. Много хорошо изученных нефтяных коллекторов, связанных с турбидитовыми русловыми песками, встречено в третичных бассейнах Калифорнии, фиг. 151. Залежи нефти в радиально расположенных телах песков в рукавах дельт известны в пенсильванских отложениях бассейна Аркома в Оклахоме, фиг. 152; стратиграфический контроль залежей нефти установлен в песчаных телах вдоль неровного фронта дельты, фиг. 153. В русловых речных песках более распространены стратиграфические ловушки. Большая часть, однако, приурочена к долинам, врезанным в породы фундамента, и их, следовательно, лучше относить к группе ловушек, связанных с поверхностями несогласия.

Эти примеры иллюстрируют вариации ловушек по морфологии и размерам, обусловленные разнообразием русловых обстановок. Весьма широко варьируют пористость и проницаемость и содержание глинистого материала. Немногие русла выполнены только песками. Временное или окончательное отмирание русла может привести к полному или частичному заполнению их илами. Это бывает как в подводных каньонах, так и в речных долинах.

2. Барные пески

Современные геоморфологи уделяют большое внимание номенклатуре и генезису песчаных тел, образовавшихся в прибрежной полосе. Геологи предпочитают использовать термин «барные пески» для удлиненных тел морских песчаников, заключенных в глинистые сланцы и простирающихся субпараллельно палеоберегу.

Тонкие различия, которые геоморфологи используют для выделения прибрежных баров, кос, отмелей и т. п., редко можно распознать в древних отложениях. Однако чрезвычайно важно отличать пески баров от песков русел, если это связано с нефтяными залежами. Следует ожидать, что русловые пески будут простираться вниз по палеосклону, тогда как бары вытянуты вдоль палеосклона. Критерии различия барных и русловых песков подробно описаны также многими геологами и рассматриваются в этой книге.

Количество примеров стратиграфических ловушек в песках баров огромно. Особенно хорошо описаны они в третичной провинции побережья Техасского залива, в меловых и эоценовых отложениях Скалистых гор и в пенсильванской толще Оклахомы и Канзаса.

На побережье Техасского залива песчаные бары ассоциируются с сильно разрушенными дельтовыми системами, связанными с формациями Верхний Уилкокс, Виксбург и Фрио. Ho изопахитам на нефтяных месторождениях выявлены дискретные песчаные тела, установлены их шнуровидная морфология и параллельное палеоберегам простирание. Чисто стратиграфические ловушки имеются в местах выклинивания песков вверх по падению. Там, где песчаные бары срезаны развивающимися разломами, встречаются комбинированные ловушки. Отдельные тела продуктивных песков редко имеют ширину более 1,6 км и длину более 16 км, но общая протяженность площади распространения песков по простиранию может составлять сотни километров, как это имеет место в формации Фрио.

Ряд отличных примеров стратиграфических седиментационных ловушек известен в позднемеловых бассейнах на восточном склоне Скалистых гор.

В течение позднемелового-раннетретичного времени от Мексиканского залива до Арктики простирался морской пролив, отделяющий восточную часть Северной Америки от поднимающихся Скалистых гор. В этих местах обнаружены осадочные бассейны со стратиграфическими скоплениями нефти. Здесь известен ряд хороших примеров залежей нефти в песках баров в верхнемеловых илистых песчаниках на северо-восточной окраине бассейна Паудер-Ривер (фиг. 154). Речные русла дренировали поднятие Блэк-Хиллз и питали дельты, продвигавшиеся в бассейн. Барьерные пески, образованные при перемыве дельт, отлагались на их окраинах и вдоль берега вдали от главных дельтовых лопастей. Скопления нефти и газа обнаружены как в песках баров, так и выше по падению в русловых песках, врезанных в более древние породы. Наиболее показательно в этом отношении нефтяное поле Белл-Крик с извлекаемыми запасами около 114 млн. баррелей нефти. Поверхность горизонта илистых песков характеризуется равномерным северо-западным падением и отсутствием структурных преград. Мощность песчаного тела в Белл-Крик составляет около 9 м, а размеры по площади 19х6 км. Такие же примерно размеры и генезис имеет месторождение Риклюз, расположенное в 48 км к юго-западу.

В Саскачеване аналогом илистых песчаников являются пески Викинг. Данные бурения показывают, что формация сложена дискретными кулисообразно расположенными телами песков, простирающимися к югу на расстояние сотен километров (фиг. 155). Региональное палеогеографическое изучение показывает, что эти пески были отложены в прибрежной полосе и простираются в соответствии с местной береговой линией.

Аналогичный пример ассоциации барных и русловых стратиграфических ловушек имеется в заливе Энид бассейна Анадарко в Оклахоме. Здесь нефть вмещают пенсильванские песчаники. Часть из них — пески баров, вытянутых параллельно береговой линии, а часть —русловые пески, простирающиеся в направлении бассейна. Эта ситуация представляет собой классическую проблему для прикладной седиментологии. Анализ фаций и обстановок осадконакопления является решающим как для прогнозирования новых месторождений, так и для их последующей разведки и отработки.

3. Рифы

Рифы являются другой важной группой стратиграфических ловушек. Как указано ранее, в номенклатуре линзовидных органогенных карбонатных формаций имеются определенные семантические проблемы. Особенно трудно различать типы погребенных рифов, банок и других построек. Это частично связано с тем, что данные бурения ограничены, а частично из-за повсеместных диагенетических изменений, стирающих первичные черты этих пород.

По этой причине рифовые стратиграфические ловушки объединяют в нашей классификации две группы — фациальные и диагенетические. Рифы по большинству определений — первичные седиментационные образования и, будучи заключенными в глинистые сланцы или эвапориты, они становятся ловушками фациального типа. Тем не менее из-за повсеместного проявления диагенетических процессов их первичная пористость уничтожается и развивается вторичная пористость, которая изменчива по масштабам проявления, морфологии и пространственному распределению. В таких случаях рифы можно рассматривать как диагенетические стратиграфические ловушки. Если стратиграфические ловушки в терригенных породах выявляются в основном с помощью фациального анализа, то рифовые ловушки часто можно установить только по геофизическим данным. Случаи обнаружения рифов сейсмическими методами описаны Эвансом. Гравиметрия также применялась при поисках рифов.

Фациальный анализ играет важную роль на стадиях определения местоположения рифовых стратиграфических ловушек и при их дальнейшей разведке. При определении возможности наличия рифов большую помощь оказывает региональный палеогеографический анализ, при котором, например, может быть найдена граница шельфа и бассейна, благоприятная для образования рифов.

Как только обнаруживается, что рифовая стратиграфическая ловушка является продуктивной, важно определить дальнейшее эффективное направление работ. Здесь необходима тесная связь фациального анализа с петрографией и петрофизикой. На ранних стадиях бурения сначала должны быть определены фации. Затем следует соответственно установить их пористость и проницаемость, а также решить вопрос о степени диагенетических преобразований. В последнем случае необходимо восстановить диагенетическую историю рифа, так как различные участки коллектора могут пересекать фациальные границы.

Исследования такого рода имеют важное значение при производстве работ на рифовых нефтяных полях, особенно в девонских отложениях Альберты в Канаде. На фиг. 156 показаны морфология, фациальный состав и характер распределения стратиграфических нефтяных залежей в девонском комплексе Рейнбоу-Риф в Альберте.

4. Ловушки, связанные с поверхностями несогласия

Давно известно, что углеводороды часто накапливаются около поверхностей несогласия как тектонической, так и стратиграфической природы. Региональные стратиграфические и седиментологические исследования играют важную роль в определении местоположения благоприятных поверхностей несогласия во времени и пространстве.

В табл. XXXVII стратиграфические ловушки несогласия подразделяются на две группы в зависимости от положения пород коллектора выше или ниже поверхности несогласия. При поисках таких углеводородных ловушек, очевидно, необходимо изучить морфологию самой поверхности несогласия. Это относится к области палеогеоморфологии.

В первой группе ловушек, расположенных выше поверхности несогласия, могут быть выделены три главных типа: участки выклинивания, русла и отложения согласных долин.

Участки выклинивания — это простейшая форма ловушек. Они находятся там, где пласт песка выклинивается в сторону от почти плоского несогласия (фиг. 157).

Более сложны по морфологии и, следовательно, более трудны для обнаружения тела песков, которые выполняют русла, врезанные в поверхность несогласия. Русловые стратиграфические ловушки, которые связаны исключительно с фациальными изменениями уже были описаны выше. Между этими двумя типами имеются небольшие различия по масштабу, морфологии и характеру выполнения. Соответственно, имеются и различия в поисках этих двух русловых типов ловушек. В руслах, которые не врезаны в поверхности несогласия, определяющими являются синседиментационные факторы. На русла, которые прорезают поверхность несогласия, и особенно на их ориентировку, сильно влияют разнообразные породы фундамента, через которые они проходят.

В стратиграфической колонке Северной Америки имеются два главных несогласия, имеющих большое значение для поисков нефти и газа. Одно из них — граница между пенсильванской угленосной толщей Оклахомы и Канзаса и карбонатными породами миссисипского возраста. Второе находится в основании мела; поверхность несогласия простирается от Нью-Мехико до Альберты вдоль восточных склонов Скалистых гор. Хорошие примеры ловушек, связанных с несогласиями, имеются в допенсильванских русловых отложениях. Эти ловушки свидетельствуют о том, что важное значение имеет наличие русловых песков выше поверхности несогласия, залегающих над узкими полосами известняков, являющихся предположительно материнскими породами, которые обнаруживаются под поверхностью несогласия.

Предмеловые коллекторы в русловых песках изучали Хармс и Мартин.

Еще более сложное строение имеют песчаные коллекторы сквозных долин. К ним относятся песчаные тела, которые выполняют согласные долины, врезанные в полого падающие осадочные породы с изменяющейся твердостью (фиг. 158). Поиски согласных долин, подобно русловым песчаным ловушкам, обычно трансгрессивно перекрываются серией морских глинистых сланцев, которые часто являются и источником углеводородов, и изолирующим слоем. Однако они отличаются от русловых песчаных ловушек тем, что имеют морское происхождение и вытянуты вдоль локальной линии простирания седиментационной поверхности. Пески согласных долин описаны Бушем в области предпенсильванского несогласия в Оклахоме, их длина составляет до 64 км, хотя ширина превышает 0,8—1,6 км.

Залежи меловых песков согласных долин бассейна Сан-Хуан — менее протяженные, по широкие. В обоих случаях мощность отдельных песчаных тел составляет обычно менее 30 м.

Теперь рассмотрим ловушки среза, в которых скопление углеводородов происходит непосредственно под поверхностью несогласия.

Первичная высокая пористость иногда сохраняется под поверхностью несогласия, но, как показано, развиваются интенсивные процессы образования вторичной пористости (эпидиагенетической), приобретающей ведущую роль. Выветривание песчаников ниже поверхности несогласия может привести к удалению неустойчивых цемента, матрикса и минеральных зерен, а растворение и выщелачивание карбонатных пород к образованию высокой и часто кавернозной пористости. Процессы химического выветривания ведут к развитию пористости также в магматических и метаморфических породах. Растрескивание пород вследствие снятия нагрузки также приводит к увеличению пористости и проницаемости пород ниже поверхности несогласия. Поэтому при поисках ловушек, связанных с поверхностями несогласия, следует учитывать топографию поверхности несогласия и размещение различных пород, обнажающихся на этой поверхности. Так, например, в некоторых случаях пористость может развиваться в карбонатных породах, ранее слагавших топографические высоты. В других случаях более пористыми будут мягкие пески, которые легко размываются при этом ложа палеодолин ограничены сбоку устойчивыми плотными породами (фиг. 159).

Таким образом, после обнаружения местоположения ловушки под поверхностью несогласия необходимо использовать все имеющиеся данные для составления палеотопографической и палеогеологической карт поверхности несогласия. Хорошие примеры ловушек среза известны в миссисипских карбонатных породах ниже пенсильванской поверхности несогласия в бассейне Иллинойс, в песках Вудбайн под меловыми породами Остин в восточном Техасе, и в эоценовой толще ниже миоценовой поверхности несогласия в прибрежном нефтяном поле Боливар в Венесуэле.