Гидродинамические ловушки

За последние годы была установлена еще одна возможность образования ловушек [81]. Когда в водоносном пласте существует градиент гидравлического потенциала, обусловливающий движение воды вниз по падению, гидродинамические силы могут создать препятствие для перемещения углеводородов вверх. по пласту. В этом случае плавучесть углеводородов способствует аккумуляции их в залежь. Размер залежи будет зависеть от нескольких переменных, таких, как плотность воды и углеводородов, литология водоносного горизонта и величина градиента гидравлического потенциала в водоносном горизонте.

Для пояснения механизма этого процесса приведем следующую аналогию. Представим себе наклонно расположенную трубку (фиг. 7-63, А), которая заполнена водой, движущейся вниз. Внутри трубки находятся поплавки, каждый из которых обладает достаточной плавучестью, чтобы подниматься вверх по трубке, преодолевая направленную в противоположную сторону силу течения воды. Если бы трубка была слегка сужена, как показано на фиг. 7-63, Б, градиент гидравлического потенциала увеличивался бы, соответственно увеличивалась бы и скорость потока воды через ее суженную часть. В этом случае плавучесть поплавков оказалась бы недостаточной, чтобы преодолеть течение воды по узкому участку трубки, даже несмотря на то что размеры ее вполне для этого достаточны. Поплавки будут собираться ниже суженной части трубки до тех пор, пока их суммарная подъемная сила не станет настолько велика, чтобы расположенные в верхней части скопления поплавки получили возможность двигаться через сужение. Количество поплавков, оставшихся после этого в нижней части трубки, будет зависеть от величины градиента гидродинамического давления в суженном участке и общей подъемной силы всех скопившихся поплавков. Поплавки могут быть уподоблены нефти и газу, а сужение трубки - зоне снижения проницаемости в расположенной вверх по восстанию части водоносного пласта. Если бы движение воды было направлено вверх по трубке, поплавки, и так обладающие естественной плавучестью в этой водной системе, двигались бы вверх вместе с водой и прошли бы узкую часть трубки даже с большей скоростью, чем та, с которой

Фиг. 7-63. В трубке А поток воды направлен вниз, но плавучесть поплавков достаточна для их движения против течения. В трубке Б сужение диаметра трубки обусловливает увеличение градиента гидравлического потенциала и скорости потока, в результате возникает локальная, направленная вниз сила, превышающая плавучесть поплавков и вызывающая скопление их ниже сужения. 1 - двигающиеся вверх поплавки, 2 - поток воды.

они могут перемещаться в гидростатических условиях, и скопления поплавков не происходило бы.

Поток воды, проходящий через суженную часть трубки в описанном опыте, видимо, можно сравнить с движением воды во многих водоносных пластах. Поэтому вверх по восстанию большинства водоносных горизонтов не наблюдается полной потери проницаемости, за исключением особых случаев. Например, поверхности несогласия не могут полностью блокировать флюиды и препятствовать их перемещению выше срезанного водоносного пласта, даже если мощность его невелика. Подобным же образом можно полагать, что тонкие прослойки песков и отдельные песчаные тела, располагающиеся по периферии области развития песчаной толщи, создают возможность для движения пластовых вод. Градиент гидравлического потенциала распространяется вплоть до плоскостей среза водоносных пластов, что также может указывать на движение воды через эти плоскости. Единственной действительно непроницаемой преградой для движения воды могут, пожалуй, являться покрышки или барьеры, образованные такими породами, как каменная соль, ангидрит или очень плотные известняки.

По мере того как возрастает количество замеров гидростатических давлений, становится ясным, что градиент гидравлического потенциала во многих водоносных пластах существует не только в латеральном направлении, но и в вертикальном, вкрест слоистости, а также между водоносными пластами, разделенными прослоями глинистых пород и известняков [82]. Несомненно, этот градиент должен непрерывно изменяться с изменением характера тектонических поднятий, горообразования, процессов эрозии и осадконакопления. Разрывные нарушения могут препятствовать движению подземных вод или, наоборот, создавать новые пути их миграции. Изучение пластовых давлений в ряде водоносных пластов многих седиментационных бассейнов показывает, что пластовые воды обычно находятся в динамическом состоянии. Эта область науки часто называется гидродинамикой. Гидродинамика широко применяется в геологии нефти и газа. Наиболее характерные примеры ее применения будут приведены в дальнейшем.