Каналин В.Г., Вагин С.Б. Нефтегазопромысловая геология

Подождите немного. Документ загружается.

При разведке следует уделять внимание оценке характеристик

геологической неоднородности и использовать их при оценке

конечного коэффициента нефтеотдачи.

Правильное проведение исследований залежей и насыщающих их

флюидов при разведке является их паспортизацией, необходимой для

интерпретации тех процессов, которые будут происходить на всем

протяжении разработки.

Следует отметить, что пренебрежение исследованиями залежей с

относительно малыми запасами на дату разведки часто приводит к

тому, что в дальнейшем при изменении соотношения относительных

запасов по залежам они оказываются неизученными, несмотря на

то, что вскрыты сотнями скважин. Их доразведка на разрабатываемых

площадях связана с большими трудностями ввиду нарушения

гидродинамического равновесия и наличия пластов с пластовым

давлением, превышающим первоначальное пластовое давление.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ (к главе 7)

1. Понятия о категориях запасов.

2. Понятия о группах запасов.

3. Классификация запасов нефтяных и газовых месторождений.

4. Основные категории запасов.

5. Характеристика прогнозных ресурсов.

6. Понятие перспективных ресурсов.

7. Требования, предъявляемые к исходным данным при подсчете

запасов.

8. Основные методы подсчета запасов нефти.

9. Основные методы подсчета запасов газа.

10. Охарактеризуйте возможность использования различных

методов подсчета запасов нефти.

11. Охарактеризуйте возможность использования различных

методов подсчета запасов газа.

12. Объемный метод подсчета запасов нефти и его возможности.

13. Характеристика подсчетных параметров, используемых в

объемном методе. 14 Методические приемы оценки конечной

нефтеотдачи при

подсчете запасов. 15. Требования, предъявляемые к разведочным

скважинам при

подсчете запасов.

Раздел Ш

Нефтегазовая гидрогеология

Эта отрасль знаний занимается изучением гидрогеологических

условий формирования, сохранения и разрушения углеводородов. В

ее задачу входит обоснование нефтегазопоисковых гидрогеоло-

гических показателей с целью эффективного выявления в недрах

залежей нефти и газа. Важное место в нефтегазовой гидрогеологии

занимают вопросы, связанные с разведкой и разработкой нефтяных и

газовых месторождений, основами хранения газа и нефти в

гидролитосфере и проблемой охраны окружающей среды.

Начало изучения вод нефтяных месторождений относится к концу

XIX в., к периоду становления нефтяной промышленности. В России к

числу первых исследователей вод нефтяных месторождений следует

отнести Н.И. Андрусова, К. В. Харичкова, А. И. Потылицына, Д. В.

Голубятникова; в Америке - Т. Ханта, Ч. Пальмера, Ш. Роджерса. В

1934 г. была опубликована работа К.Л. Малярова "Воды нефтяных

месторождений". Годом позже появилась обобщающая большой

фактический материал книга В.А. Сулина "Воды нефтяных

месторождений", затем "Гидрогеология нефтяных месторождений"

(1948) и монография об основах классификации природных вод

(1948). Широкий размах бурения, в том числе и на нефть и газ,

позволил получить много сведений о подземных водах крупных

регионов страны. Это нашло отражение в 50-томном описании

"Гидрогеология СССР"(1966-1978гг.). В эти же годы бурно

развивается нефтегазовая гидрогеология, которая оформляется в

самостоятельную отрасль гидрогеологии. Фундаментальные работы

в нефтегазовой гидрогеологии выполнены за последние десятилетия

в нашей стране и за рубежом Г.М. Сухаревым, А.А. Карцевым, В.Н.

Корценштейном, В.А. Кротовой, М.И. Субботой, Л.М.

Зорькиным, Л.Н. Капченко, А. Коллинзом, по

водорастворенным органическим веществам - А.С. Зингером, Е.А.

Барс, В.М. Швецом, в области палеогидрогеологических

реконструкций - С. Б. Вагиным, Я.М. Ходжакулиевым,

12 Каналин 177

Л.А. Абуковой, в нефтегазопромысловой гидрогеологии А. Р.

Ахундовым, Ю.П. Гаттенбергером, А.М. Никаноровым, Л. Кейзом и др.

Глава О

Воды нефтяных и газовых месторождений в системе природных

вод

Нефть и углеводородные газы формируются в водной среде.

Образовавшиеся залежи нефти и газа в течение всего времени своего

существования окружены подземными водами и таким образом тесно

с ними связаны. Скопления углеводородов являются элементами

природных водонапорных систем и поэтому при изменении

гидрогеологических условий в течение геологической истории

испытывают превращения, сказывающиеся, во-первых, на составе

нефтей и газов, а во-вторых, на физико-химических свойствах

окружающих их вод. Этим объясняются некоторые специфические

свойства вод нефтяных и газовых месторождений. Вместе с тем они

носят черты вод данного пласта или комплекса, определяемые

геогидродинамическими, гидрогеохимическими и

гидрогеотермическими условиями, что указывает на их

принадлежность к природным водам литосферы и конкретно

рассматриваемого нефтегазоносного бассейна.

8.1. Виды вод и условия их залегания

В земной коре воды находятся в горных породах в разных формах.

Выделяются следующие виды вод (рис. 36): свободная

гравитационная (жидкая), свободная капиллярная (жидкая),

сорбционно-замкнутая, стыковая (пендулярная), рыхлосвязанная

(лиосорбированная), прочносвязанная (адсорбированная),

цеолитная, кристаллизационная и конституционная.

В зависимости от термобарических условий вода может быть

жидкой, твердой (лед) и парообразной.

- 178 -

Свободная (гравитационная) вода находится в капельножидком

состоянии в проницаемых породах в сверхкапиллярных порах. Она

передвигается под действием гравитационной силы и способна

передавать гидростатическое давление. Свободная капиллярная вода

находится в капиллярных порах и при их сплошном заполнении может

передавать гидростатическое давление, а при частичном заполнении

пор она подчиняется менисковым силам. Сорбционно-замкнутая вода

(преимущественно в глинах) представляет собой капельно-жидкую

воду, изолированную от основной массы свободной воды,

насыщающей породу слоями связанной или стыковой воды.

Физически связанные воды в породах удерживаются на поверхности

минеральных частиц силами молекулярного сцепления и

водородными связями, образуя слой в несколько десятков или даже

сотен молекул. Внутренний слой этих вод прочно связан с

поверхностью минеральных частиц (прочносвязанная вода), во

внешнем слое эти связи ослабевают (рыхлосвязанная вода). В местах

сближения минеральных частиц по-

Рис.36.

Взаимоотношения между

различными видами вод

и минеральными ком-

понентами пород (по

А.А. Карцеву):

1 - минеральные

частицы пород; 2 - ми-

нералы с включениями

воды; виды воды:

3 - адсорбированная, 4 -

лиосорбированная, 5 -

капиллярная, 6 -

стыковая (пендулярная),

7 - сорбционно-

замкнутая, 8 - свободная

гравитационная, 9 -

молекула воды в виде

пара

12* - 179 -

роды слой связанных и капиллярных вод утолщается, и образуется

стыковая (пендулярная) вода.

В нефтяных и газовых залежах в продуктивной части их прочно-

связанная, рыхлосвязанная и стыковая воды составляют так назы-

ваемую остаточную воду, т.е. оставшуюся в поровом пространстве

после его заполнения нефтью или газом. Содержание остаточной

воды изменяется от 0 до 15 % в гидрофобных и до 50 % в гидро-

фильных коллекторах. Среднее содержание остаточной воды в

гидрофобных коллекторах 7-10 %, а в гидрофильных от 10 до 30%,

По степени прочности связи с веществом минералов выделяют

цеолитную, кристаллизационную и конституционную воды.

Цеолитная вода содержится в минералах в непостоянных коли-

чествах, например, в цеолитах, опале SiO;? n НзО. К цеолитной воде

А.А. Карцев (1992) относит связанную воду, находящуюся в

межслоевых промежутках глинистых минералов (монтмо-риллонит,

леверьерит и др.). В монтмориллоните содержится 24 % (от массы

минерала), в леверьерите -17 % межпакетных вод.

Кристаллизационная вода входит в состав кристаллической решетки

в постоянном количестве, но при ее удалении полного разрушения

минерала не происходит. Так, гипс (CaS04-2H20) переходит

при дегидратации в ангидрит (CaSC>4). Конституционная вода (напри-

мер, в слюдах) выделяется лишь при полном разрушении минерала.

Подземные воды в твердом (лед) и в парообразном состоянии

имеют довольно значительное распространение. Подземные льды

встречаются в зоне развития многолетнемерзлых толщ

(криолитозоне), подземные пары - в областях вулканизма. На больших

глубинах находятся жидкие перегретые воды.

Таким образом вода в различных формах заполняет поры и пустоты

горных пород. Компоненты водосодержащей осадочной породы

образуют систему, включающую подсистемы : а) твердую часть

(твердую фазу), т.е. скелет, цемент, обменный комплекс; б) жидкую

часть, т.е. воды, водные растворы, нефть; в) газовую фазу.

Условия залегания вод в земной коре в значительной степени

зависят от характера вмещающих пустот - пор, каверн, трещин, их

связи между собой. В разработанной И. К. Зайцевым, Н.И. Толсти-

хиным и И. В. Кирюхиным (1987) классификации выделяются три типа

вод - пластовые, трещинно-жильные и-лавовые.

К пластовым водам относятся поровые, трещинно-поровые, порово-

трещинные, трещинные и трещинно-карстовые. Пластовые поровые

воды связаны с обломочными зернистыми коллекторами. Их

пористость обусловлена структурой и расположением минеральных

зерен. Это воды песчано-алевролитовых пород, гра-

- 180 -

виино-галечных. отложений горных районов, конусов выноса в

предгорных впадинах и т.п. Пластовые трещинно-поровые воды

характерны для песчаных и других осадочных пород, находящихся на

первых этапах формирования в них трещиноватой структуры. По мере

погружения осадков, уплотнения пород и роста геостатического

давления поры уменьшаются и увеличивается трещиноватость. В

результате этого процесса, протекающего с различной степенью

интенсивности в разных геолого-структурных условиях, трещинно-

поровые воды могут перейти в порово-трещинные и трещинные.

Пластовые трещинные воды распространены в осадочных породах

платформенных областей и в кристаллических массивах. Пластовые

трещинно-карстовые воды характерны для карбонатных и

терригенно-карбонатных пород, содержащих в ряде случаев пласты

или линзы гипса, ангидрита, каменной соли. Это воды

распространены в палеозойских толщах Русской и Сибирской

платформ, в мезозойских отложениях в пределах эпипалеозойских

плит (Предкавказье, Средняя Азия и т.п.). Трещинно-жильные воды

характерны для горно-складчатых областей. Наибольшей

обводненностью обладают карбонатные породы, в меньшей степени -

метаморфизованные терригенные отложения, например, сланцы.

Карстово-жильные воды приурочены к мраморизованным известнякам

в орогенных областях Крыма, Кавказа, Тянь-Шаня, Саян. С зонами

тектонических нарушений связаны источники минеральных вод.

Степень обводненности тектонических зон зависит от подвижности

нарушений и определяется в основном составом вмещающих пород.

Поскольку в нефтегазоносных областях Сибирской платформы

трапповый магматизм широко распространен, изучение трещинных

вод, циркулирующих по контактам трапповых интрузий и осадочных

пород, необходимо для выявления гидродинамических и

гидрогеохимических условий, способствовавших или

препятствовавших формированию и сохранению залежей нефти и

газа.

Лавовые воды приурочены к эффузивным телам. Водообиль-ность

эффузивных пород зависит от тектонической трещино-ватости.

Максимальная водообильность характерна для пористых туфов.

Лавовые воды распространены в областях развития туфо-генных и

осадочных образований в пределах малого Кавказа, Камчатки,

Забайкалья и др. Вода в земной коре встречается почти повсеместно

и характеризуется многообразием условий залегания. Они различны в

пределах суши, морей и океанов. Специфические условия залегания

вод характерны для криолитозоны и районов современного

вулканизма.

По условиям залегания подземных вод на континентах верхнюю

часть литосферы разделяют на зону аэрации и зону

- 181 -

Рис.37. Условия залегания вод на континентах:

а - почвенные воды; б - коллекторы; в - водоупор; г - капиллярная

кайма (капиллярно-поднятые воды); а - разгрузка грунтовых вод; е -

водоносный горизонт;

ж - направление движения инфильтрующихся вод; э - направление

движения грунтовых вод.

Зоны: I - аэрация, II - насыщения; 1 - верховодка; 2 - грунтовые воды; 3

- напорные воды; 4 - уровень грунтовых вод

[Е]

ЕЭ^ Е®

СЕЭ

ЕЗ^

Рис.38. Схема соотношения подземных вод и мерзлых толщ (по Б.И.

Писарскому и Н.Н. Романовскому):

1 - пески; 2 - гравийно-галечные отложения; 3 - суглинки; 4 - щебень и

дресва; 5 -известняки; 6 - песчаники; 7 - сланцы; 8 - граница

многолетнемерзлых пород; 9 - тектонические нарушения.

Воды: А - надмерзлотные деятельного слоя, 6 - несквозного

подозерного талика; В -сквозного питающего тектонического талика, Г

- сквозного подруслового талика, Д -межмерзлотные, Е -

внутримерзлотные, Ж - подмерзлотные контактирующие, напорные, 3

- неконтактирующие напорные

насыщения (рис. 37). В зоне аэрации, соприкасающейся с атмос-

ферой, часть пор и пустот в породах заполнена воздухом и водой (в

том числе и парообразной). В зоне аэрации распространены

почвенные воды, воды, инфильтрирующиеся сквозь коллектор,

парообразная вода и верховодки. Верховодки образуются, когда

инфильтрующаяся вода скапливается на поверхности водоупоров,

имеющих локальное распространение, например, на линзах глин или

суглинков в толще песков. Поверхность (зеркало) грунтовых вод

является границей зоны аэрации и зоны насыщения.

» .Грунтовыми водами (термин предложен в 1900г. С.Н.Никитиным)

именуют воды, приуроченные к водоносному горизонту, залегающему

на первом от земной поверхности выдержанном водоупоре. Сверху

горизонт фунтовых вод ограничен свободной поверхностью, т.е. зер-

калом фунтовых вод. След сечения зеркала фунтовых вод

вертикальной плоскостью называется уровнем фунтовых вод.

Разность в уровнях фунтовых вод приводит к их движению,

образованию фунтового потока.

Ц^

зоне

насыщения, располагающейся ниже уровня грунтовых вод,

поры и пустоты пород заполнены водой (за исключением объемов,

занятых углеводородами). Мощность зоны насыщения изменяется в

широких пределах. Нижняя ее граница в осадочных бассейнах

определяется глубиной залегания ненарушенных пород фундамента,

не обладающих водопроницаемостью. Ориентировочно на глубинах,

превышающих 11-12 км, температура воды приближается к

критической, и вода в соответствующих термодинамических условиях

находится в надкритическом состоянии (парообразном). В зоне

насыщения распространены преимущественно напорные воды.

Переходный характер между грунтовыми и напорными имеют

безнапорные межпластовые воды, напор которых развит локально. В

коллекторах, ограниченных сверху и снизу водоупором,

распространены воды, обладающие гидростатическим напором.

Условия залегания вод в криолитозоне имеют свои характерные

особенности. Они заключаются в том, что вода в толще мерзлых

пород (криолитозоне) может находиться во всех трех фазах:

твердой (лед), жидкой и газообразной (пар). Мерзлые породы, яв-

ляющиеся водоупорами, при оттаивании превращаются в водо-

проницаемые. Воды в многолетнемерзлых породах подразделяются

на: надмерзлотные, межмерзлотные, внутримерзлотные и воды

таликовых зон. Выделяются также подмерзлотные воды (рис.38).

Надмерзлотными называются воды, распространенные над по-

верхностью толщи мерзлых пород. Они соответствуют грунтовым

водам, водоупорным ложем которых служат мерзлые породы. К

межмерзлотным относятся жидкие воды в слоях, ограниченных сверху

и снизу толщами многолетнемерзлых пород.

- 183 -

Внутримерзлотные воды располагаются в мерзлой толще в виде

линз и прослоев и имеют спорадическое распространение. К

подмерзлотным относятся жидкие воды, залегающие ниже подошвы

многолетнемерзлых толщ. В ряде случаев в многолетне-мерзлых

породах имеются зоны развития жидких вод, которые называются

таликами. Талик - это участок протаявшей или никогда не

замерзающей породы с гравитационной водой, расположенной среди

многолетнемерзлых пород. Несквозные талики образуются в поймах и

на террасах речных долин (подрусловые талики), под озерами и

озерными террасами (подозерные талики) и т.п. Сквозные талики

могут связывать между собой надмерзлотные и межмерзлотные воды,

а также подмерзлотные воды. Их образование может быть

обусловлено проникновением в мерзлую толщу положительно

температурных вод (иногда термальных) по разломам или зонам

трещиноватости и т.д.

В последние годы в зоне развития многолетнемерзлых пород

открыты и разрабатываются многочисленные месторождения нефти и

газа. Особенности мерзлой толщи сказываются на физико-химических

свойствах углеводородов. Понижение температуры приводит к

переходу свободной воды в связанное гидратное состояние и при

наличии метана образуются газогидраты. Сформировавшиеся

газовые залежи при снижении температур вследствие охлаждения

отдельных участков земной коры, по М.К. Калинко (1981 г.), могут

переходить в залежи газогидратов.

Влияние криолитозоны необходимо учитывать при бурении

скважин, освоении продуктивных горизонтов, разработке залежей

углеводородов, а также при транспортировке нефти и газа по

трубопроводам.

В районах современного вулканизма подземные воды образуют

водоносные системы со специфическими гидрогеологическими ус-

ловиями. К ним относятся горячие (термальные) воды, паровые струи

и пароводяные смеси (парогидротермы). Они распространены в

активных складчатых областях и известны на Камчатке и Курильских

островах, в Исландии, Италии, США, Японии, Новой Зеландии.

Формами проявления гидротермальной деятельности являются

гейзеры и фумаролы.

Условия залегания вод под морями и океанами изучены пока еще

слабо. В пределах прибрежно-шельфовых областей и дна внутренних

морей условия залегания подземных вод отличаются тем, что здесь

отсутствует зона аэрации. Водоносные породы, погружаясь под дно

моря, в большинстве случаев гидравлически связаны с сушей.

Условия залегания вод в глубоких океанических котловинах, прогибах

и рифтах определяются их строением и составом слагающих пород. В

разрезе океанов выделяются три слоя.

- 184 -

Рис.39. Схема условий разгрузки вод и образования источников.

Условия разгрузки вод: а - пластовых, б - трещинно-жильных, в - зоны

тектонических нарушений и образования термоминеральных

источников, г - трещинно-карстовых, д - лавовых. 1 -водоносный

горизонт; 2 - водоупор; 3 - метаморфические породы; 4 - трещино-

ватость; 5 - карбонатные породы; 6 - магматические породы; 7 - I, II, III

разновозрастные эффузивные толщи; 8 - тектонические нарушения; 9

- инфильтрация; 10 -нисходящий источник; 11 - восходящий источник;

12 - направление движения вод

Верхний слой состоит из чередующихся рыхлых глинистых,

кремнистых и карбонатных осадков, общей мощностью до километра.

Ниже располагается слой, представленный прослоями базальтовых

лав и консолидированных глинистых, кремнистых, карбонатных и

песчаных пород. Мощность этого слоя тоже может достигать

километра. Фундаментом служит базальтовый слой. В верхней части

разреза распространены иловые воды. Предполагается, что в

среднем слое развиты порово-трещинные, трещинно-поровые, в

нижнем - трещинно-жильные и трещин-ные воды. Разгрузка

подземных вод при дренировании водоносных горизонтов

(комплексов) осуществляется посредством источников. Источниками

(родниками, ключами) называются естественные выходы подземных

вод на земную поверхность (рис.39).

185