Модель бассейна, предложенная в статье, описывает физические и химические явления, которые контролируют образование промышленных скоплений УВ в процессе эволюции осадочного бассейна. Модели бассейнов могут способствовать синтезу геологических, геохимических и геофизических данных. Уточняя оценку перспектив нефтегазоносности, эти модели могут являться одним из основных путей повышения эффективности разведочных работ. Однако большая часть нефтяной индустрии еще не извлекла полностью пользу из прогресса знаний об образовании нефти.

Модуль теплопереноса используется для моделирования термической эволюции осадков. Эволюция температурного режима зависит от поступающего теплового потока и процессов теплопереноса по осадочному разрезу. Тепловой поток является суммой двух составляющих: радиогенного тепла и внутрикорового глубинного теплового потока. Доля радиогенного тепла в основном оценена по замерам на поверхности радиогенной продукции и теплового потока. Эта оценка недостаточно точна. Другой метод состоит в связи радиогенной продукции с сейсмическими характеристиками, но он не имеет теоретического обоснования.

Основные механизмы теплопереноса в осадках - теплопроводность пород и конвекция. Удельная теплопроводность определяет вариации геотермического градиента с глубиной и в основном зависит от соотношения песок/глина, присутствия эвапоритов и уплотнения. В описываемой модели удельная теплопроводность пород была рассчитана в зависимости от пористости по эмпирической формуле.

Кондуктивный теплоперенос в основном вертикальный, но может быть важной и латеральная составляющая; соляные купола или кристаллические массивы также влияют на горизонтальную составляющую. Быстрое осадконакопление сокращает тепловой поток на поверхности и уменьшает геотермический градиент. Этот эффект особенно заметен для скоростей седиментации свыше 100 м/млн. лет. Большие скорости эрозии увеличивают тепловой поток близ поверхности. Конвекция в осадочных бассейнах определяется региональной гидродинамикой. Ширина термической аномалии, созданной циркуляцией вод в резервуаре, определяется формулой, включающей термическую диффузию и время циркуляции вод.

Модуль циркуляции вод и АВПД учитывает два вида потоков: потоки, возникающие в региональной гидродинамике в проницаемых комплексах разреза, и потоки отжимаемых вод при уплотнении пород, доминирующие в слабопроницаемых породах. Однофазное движение в пористой среде описывается законом Дарси, однако, вариации проницаемости осадочных пород составляют 10 порядков, и поэтому аргументы применения той или иной формулы должны основываться на теоретических моделях пористого пространства или экспериментальных результатах.

В модуле "образование УВ" кинетические модели образования нефти были улучшены включением в них данных лабораторного моделирования. Использованы кинетические законы, закон Аррениуса, что позволило описывать более точно влияние времени и температуры. Параметры модели могут быть эталонированы для различного типа материнского ОВ. Кинетическая модель позволяет принять в расчет вторичное расщепление органических молекул и отжатие УВ.

В модуле "миграция" вторичная миграция рассматривается в процессе отделения от воды нефти или газа. Однако для первичной миграции доминирующий механизм на сегодня неясен. Видимо, большая роль принадлежит микротрещиноватости, а также эмиграции в фазе газовых растворов. Движение двухфазных потоков в пористой среде в основном описано законом Дарси, хотя известно, что эта формула является приблизительной. Полное моделирование миграции требует принятия в расчет трехфазного потока: вода - нефть - газ, но он пока не был изучен в рамках данной модели.

Большое значение имеет природа УВ: в интервале метан-вязкая нефть вязкость меняется в пределах 10 порядков величин, и в общем случае вязкостные характеристики благоприятствуют миграции газа по сравнению с нефтью. Модель воспроизводит отжатие УВ из материнских глинистых пород при достижении концентрации УВ в 10...20 %, Рост давления вследствие образования УВ может иногда благоприятствовать отжатию, вызывая трещиноватость, – этот процесс также учтен в модели.

Характеристики фундамента могут быть уточнены, если имеются данные о радиогенном тепловом потоке. Основными характеристиками движения пластовых вод являются те, которые позволяют определить проницаемость и коэффициенты зависимости пористость - избыточное давление. Расчет генерации УВ требует кинетических параметров: параметры крекинга органических молекул, энергии активации. Нефтематеринский потенциал пород дополняет баланс генерации УВ.

Алгоритм числового решения основан на схеме конечных объемов: для каждого элемента массива описывается суммарный итог модулей теплопереноса, движения вод, генерации УВ и т.д. совместно со смежными элементами по горизонтали и по вертикали. Основные неизвестные рассчитываются в центре каждого звена. При расчетах временных процессов промежутки времени прогрессивно увеличиваются начиная, как правило, с малого интервала (100...10000 лет). Модули теплопереноса, уплотнения и движения вод были тестированы сравнением с аналитическими решениями и показали высокую и удовлетворительную точность.

Возможности модели бассейна иллюстрируются тремя примерами. Грабен Викинг в Северном море имеет осадочный чехол мезозойско-кайнозойского возраста, который включает терригенную толщу триаса, аллювиально-дельтовые песчаники и морские глины юры, глины мелового возраста и третичные осадки. Суммарная мощность чехла более 5000 м. Профиль пересекает 4 структуры, где обнаружены залежи УВ.

Поэтому было выдержано общее соотношение песок/глина. Основные типы пород были скомбинированы так, чтобы представить все аллювиально-дельтовые фации. Моделирование созревания ОВ показало, что образование нефти начинается с глубины 2500 м на Хэндил и 3500 м на Бекапай. Обе структуры характеризуются АВПД на глубинах 3000 м на Хэндил и 3300 м на Бекапай. На базе моделирования уплотнения и движения пластовых вод установлено, что аккумуляции Хэндил и Бекапай сформированы за счет латеральной миграции из смежных синклиналей, что важно для поисков стратиграфических ловушек на флангах структур.

Модель показала только остаточное насыщение в глинистой покрышке мелового – третичного возраста. Избыточное давление в резервуаре SM-2 обусловило возникновение гидравлической трещиноватости, концентрирующейся в своде структуры, что и вызвало значительный отток газовых УВ. Однако сейсмические профили не выявляют путей утечки газа. Объяснение заключается в том, что в настоящее время отток УВ весьма незначителен, но был более активен в прошлом, и модель выявила этапы, как заполнения ловушки, так и оттока.

В заключение отмечается, что модель бассейна базируется на совокупности физико-химических явлений, определяющих формирование промышленных скоплений УВ в процессе эволюции бассейна. Модульное построение модели позволяет рассматривать различные явления самостоятельно и адаптировать исследования в зависимости от числа и качества исходных данных. Использование модели возможно для тестирования различных гипотез и выбора наиболее подходящих из них для выводов о перспективах поисково-разведочных работ в регионе.

Наибольший интерес модели данного типа представляют для бассейнов средней степени изученности, так как они содержат достаточно изученные зоны и неразбуренные перспективные районы. Однако с помощью модели легко разработать региональную схему и для малоизученных, и для хорошо изученных бассейнов с целью синтеза всего комплекса геологической и геохимической информации, которая будет являться полезным "путеводителем" в геологоразведочных работах.

Референт Н.В. Колесникова