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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.45. Карта приведенных гидроизобар:

1 - выход нефтегазоводоносного пласта на земную поверхность; 2 -

гидроизобары, Мпа; 3 - залежь нефти; 4 - линия тока воды; 5 -

скважины, по данным которых рассчитаны приведенные давления

(и других) - Дт2=(Й2 р2

р2

Z^}g, в скважине и, через которую

проведена плоскость сравнения, рцрп = ^пРпё •

Ввиду того, что на плотность воды влияет температура пласта,

появляется необходимость введения соответствующих поправок.

Нужно также учитывать и наличие водорастворенных газов. Методика

расчета таких поправок имеется в специальных руководствах.

На основании расчета приведенных давлений строят карту

гидроизобар (или гидроизопьез). На этой карте (рис.45) можно

показать направления тока, т.е. определить направления движения

подземных вод, а также рассчитать гидравлический уклон на любом из

участков, или определить среднюю величину гидравлического уклона

для всего пласта. Зная величину гидравлического уклона, а также

величины вязкости жидкости и проницаемости (определяемые в

лаборатории и рассчитываемые), можно подсчитать скорость

фильтрации на любом из участков водоносного пласта. Следует

однако отметить, что скорость фильтрации v не равна действительной

скорости движения

-203

подземных вод и, так как она характеризует лишь фильтрационный

поток. Средняя действительная скорость движения вод по порам и

трещинам в породах будет равна частному от деления скорости

фильтрации на коэффициент эффективной пористости т, который

равен отношению объема сообщающихся пор ко всему объему

породы. Таким образом, действительная скорость движения жидкости

будет равна:

U =— .

Расход потока можно подсчитать по формуле

Q=F

kпpp

или, умножив площадь поперечного сечения фильтрующих пород на

скорость фильтрации:

Q=vF.

Залежи нефти и газа являются частью нефтегазоводоносных

пластов и находятся в гидродинамическом поле, изменения

параметров которого влияют на размещение и сохранение скоплений

углеводородов. Поэтому изучение гидродинамических условий

необходимо при поисках, разведке и разработке месторождений

нефти и газа.

8.4. Основы гидрогеотермии

Гидрогеотермия - раздел гидрогеологии, посвященный изучению

закономерностей теплопереноса и теплообмена в водоносных

толщах земной коры. Гидрогеотермические исследования имеют

большое значение, так как позволяют оценить роль природных вод в

формировании и распределении теплового поля, т.е. участие

природных вод в термическом режиме Земли. С другой стороны,

знание температур водных растворов литосферы позволяет

использовать воды в энергетических и лечебных целях, а также при

поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений.

Переходя к общим вопросам гидрогеотермии, необходимо

подчеркнуть, что тепловой режим подземных вод зависит от

-204

распределения и интенсивности тепла и условий теплопереноса. К

внешним (космическим) источникам энергии относится солнечная

радиация. Поток солнечной радиации зависит от географической

широты местности и изменяется во времени. Большая часть энергии

этого потока поглощается Землей, что приводит к периодическому

изменению температуры на ее поверхности и в прилегающих слоях.

Глубина проникновения солнечной радиации увеличивается с

возрастанием амплитуды и периода колебания температуры на

земной поверхности. Так, Н.М. Фроловым выделены суточные,

годовые и геологические циклы, продолжительностью от земных

суток до галактического года.

К внутренним (планетарным) источникам относится, главным

образом, энергия радиогенного тепла, образующегося в результате

распада радиоактивных элементов (урана, тория и др.). В литосфере

теплоперенос осуществляется главным образом за счет

теплопроводности и конвекции. Общий тепловой поток q представляет

собой сумму кондуктивной <?вд и конвективной q^

составляющих теплопереноса:

^=^кд+^кв-

Кондуктивная теплопроводность горных пород имеет атомно-

молекулярный характер, возникает в неравновесных системах при

наличии градиента температур и описывается уравнением Фурье:

9кд

- /l-gradr,

где <7вд - кондуктивная составляющая теплового потока, (Вт/м

);

Л - коэффициент теплопроводности среды, в которой

распространяется тепло, (Вт/м-°С); grad Т - приращение температуры

ДГв интервале глубин АЯ (°С/м).

Числено величина К соответствует количеству тепла, проходящему

в единицу времени через единицу площади при снижении

температуры на 1°С на единице длины и измеряется в Вт/(м-°С).

Коэффициент теплопроводности пород К зависит от состава пород, их

петрофизических свойств, термодинамических условий и

определяется по данным лабораторных исследований. Среди

осадочных пород наибольшей теплопроводностью обладают

каменная соль, ангидрит, наименьшей - глины. Песчаники,

алевролиты, известняки и доломиты имеют среднюю тепло-

проводность.

-205

Конвекция - это передача тепла в горных породах движущимся

потоком подземных вод. Водные растворы являются важнейшим

фактором перераспределения тепла в недрах Земли.

Конвективная составляющая теплопереноса имеет следующее

выражение:

^кв = с v t,

где 9кв' конвективная составляющая плотности теплового потока; v

- скорость фильтрации, (м/с); с - удельная теплоемкость, Дж/(кг/°С); t -

температура подземных вод, °С.

Многочисленными исследованиями установлено, что

увеличение скорости фильтрационного потока приводит

пропорционально к росту или снижению теплового воздействия вод.

Охлаждающее влияние инфильтрационных вод, движущихся из

области питания водоносных горизонтов, приводит к появлению

гидрогеотермических аномалий отрицательного знака. Под

гидрогеотермической аномалией понимается отклонение какого-либо

геотермического показателя (температуры, величины теплового

потока и т.п.) от значений соответствующих показателей,

характерных (фоновых) для данного нефтегазоводоносного

горизонта или комплекса. При движении вод из более погруженных

частей гидрогеологического бассейна могут возникать

гидрогеотермические аномалии положительного знака.

Основными геотермическими параметрами при изучении теплового

режима подземнЫх""вод являются геотермический градиент и

геотермическая ступень.

Геотермический градиент - прирост температуры на единицу

глубины:

r=(?2-fi)/(/i2 -/О,

где г, и ^ - температуры пород, определенные на глубинах ]\ и

hi-

Обычно геотермический градиент относят к интервалу глубин 100 м,

в этом случае он выражается в °С/100'м.

Геотермическая ступень - расстояние по вертикали в м, в диапазоне

которого температура изменяется на 1 °С:

(7=(/i2-W2-?l).

-206

Геотермический градиент, отнесенный к интервалу в 100 м, и

геотермическая ступень связаны соотношением: Гчоо

100/G.

В вертикальном разрезе земной коры имеет место геотермическая

зональность. Большинство исследователей выделяют две зоны:

гелиотермозону, включающую верхнюю оболочку земной коры, в

пределах которой гидрогеотермический режим формируется под

воздействием солнечной радиации, и геотермозону.

Геотермозона включает в себя нижние слои земной коры и верхнюю

мантию. Гидрогеотермический режим в пределах геотермозоны

зависит от внутренних, эндогенных источников тепла.

За нижнюю границу гелиотермозоны обычно принимают

нейтральный слой. Под нейтральным слоем понимается слой годовых

теплообменов, температура которого на его нижней границе

относительно постоянная для каждой точки поверхности Земли. Это

означает, что в конкретной точке Земли в зависимости от климата,

рельефа, гидросети и .т.п. на определенной глубине устанавливается

относительно постоянная температура. Выше и ниже этого слоя

температура изменяется: в первом случае от солнечной радиации, во-

втором - от эндогенных факторов. Глубина залегания нейтрального

слоя колеблется от десятка до нескольких десятков метров, но для

большей части территории страны толщина слоя годовых

теплообменов близка к 25м.

Специалисты, занимающиеся изучением толщи

многолетнемерзлых пород (геокриозоны), вместо термина

нейтральный слой используют понятие "слой нулевых годовых

амплитуд", глубина залегания которого в областях развития мерзлых

толщ зависит от мощности сезонноталого или сезонномерзлого слоя.

Температура подземных вод нефтегазоносных бассейнов

изменяется в широких пределах: от отрицательных значений в

области развития криолитозоны до нескольких сот градусов в

наиболее погруженных частях осадочных бассейнов и прогибов.

Величины геотермического градиента в осадочном чехле

разновозрастных структур изменяются в широком диапазоне.

Наиболее полные сводки данных по изменению геотермических

градиентов в осадочном чехле разновозрастных структур приведены

Б.Ф. Маврицким (1971) и в книге "Тепловой режим недр СССР" (1970).

На основании этих данных и более поздней информации составлена

таблица 11.

-207 -

Таблица 11

Величины геотермических градиентов (числитель - пределы,

знаменатель - среднее) в нефтегазоносных регионах

Регион,

структура

Интерв

ал

Г,

°С/100

Исследовате

ли

Печорская

синеклиза

0,5-2,5

1,3-4,1

Г.Н.

Богданов, Д.

2,7

Волго-

Уральская

0,5-2,5

0,7-2,9

Д. И.

Дьяконов, Б.

1,8

Днепровско-

Донецкая

0,5-3,5

1,4-3,5

М.Ф. Беляков,

А.Е. Бабинец,

2,7

Припятский

прогиб

0,5-3

1-2,4

М.Ф. Беляков,

Г. В.

1,4

Прикаспийская

мега-синеклиза

0,5-3

0,5 - 3,7

B.C

. Жеваго и

др.

Центральное

Предкавказье

$3,5

3-4,4

В.Н.

Корценштейн,

Ф.А.

3,7

Восточное

Предкавказье

(Терско-

<2,5

3-5

Г.М. Сухарев,

В.Н.

Николаев

(в

Бухаро-

Хивинский

2-4

В.Н.

Корценштейн

Южно-

Мангышлакска

$2,5

3-4,5

В.Н.

Корценштейн,

3,75

Сурха н-Да

рьинская

<2,0

2-4

Б.А. Бедер, В.

Крат

Куринская

впадина

$2,5

3-4

М.А.

Абрамович,

3,5 •

Рионская

впадина

$3,0

2,2-3

Д. В.

Голубятников

2,6

Западно-

Сибирская

$3,5

2,7-4

Б.Ф.

Маврицкий

3,4

-208

Из таблицы 11 видно, что в областях докембрийской складчатости в

чехле платформ геотермический градиент составляет 1,8 - 2,7°С/100

м, в областях палеозойской складчатости на платформах он выше (3-

5 °С/100 м), в области развития кайнозойской складчатости 3 - 4

°С/100 м. Наиболее высокие значения геотермического градиента

отмечены в межгорных впадинах и прогибах. Так, в Куринской впадине

его значение в среднем 3,5 °С/100 м, а в Восточном Предкавказье в

Терско-Каспийском прогибе достигает 5 °С/100м. Знание величины

геотермического градиента в районе, где проводятся исследования,

позволяет прогнозировать температуру на глубинах, еще не

вскрытых бурением, или на глубинах, где по техническим причинам

еще не было проведено замеров.

В этом случае температура на заданной глубине ^ (

где ?i - фактическая температура на глубине замера Н^, °С;

Н - заданная глубина экстраполяции, м; Гдр- среднее значение

геотермического градиента, °С/м.

Уже отмечалось, что в перераспределении тепла в

нефтегазоносных комплексах пластовые воды играют большую роль.

Они могут приводить к охлаждению недр, если двигаются от области

питания в глубь бассейна, или к повышению температуры, если поток

вод направлен из более глубоких частей бассейна к краевым зонам.

Перераспределение тепловой энергии происходит и по

тектоническим нарушениям, если они являются проводящими, так

как это способствует проникновению вод с повышенной температурой

вверх по разломам и образованию гидрогеотермических аномалий

(рис.46). Такие гидрогеотермические аномалии выявлены в

Каракумском гидрогеологическом бассейне на Зеагли-Дарвазинском

поднятии, в Восточном Предкавказье в пределах Терского и

Сунженского антиклинориев, в Нижнем Поволжье и других регионах.

Исходным материалом для гидрогеотермических исследований

служат замеры температуры в скважинах, проводимые

электрическими и для контроля ртутными термометрами. На основе

обработки полученных данных строят гидрогеотермические разрезы,

отражающие закономерности распределения температур

свойствам

породах)

однородных по

теплофизическим

определяется по следующей

формуле:

t^^h+WH-Hi)

Каналин

-209

t°C

so-

во-

70-

Рис.46. Схема образования гидрогеотермической аномалии в пласте

А:

1 - направление движения вод по разлому; 2 - водоносный пласт; 3 -

соленосная толща; 4 - пласт известняка; 5 - глинистый пласт; 6 - пласт

алевролитов

Рис.47. Распределение температур в продуктивных частях разреза

Уренгойского месторождения (по В.Н. Корценштейну)

в водоносных и нефтегазоводоносных толщах нефтяных и газовых

месторождений (рис.47). Составляют также карты геоизотерм, карты-

срезы, на которых показывают изменения температур на

определенных гипсометрических отметках (например, на глубинах -

500, 1000 м и т.д.), карты геотермических параметров,

гидрогеотермические профильные разрезы (рис.48) и т.п.

Получаемые гидрогеотермические данные широко используются

при решении вопросов нефтегазовой геологии. Сведения о

геотермическом режиме недр позволяют судить о процессах

нефтегазообразования и нефтегазонакопления в осадочной толще

земной коры, так как температурные условия оказывают решающее

влияние на степень преобразования органического вещества, на

фазовое состояние углеводородов, их миграционные свойства и, в

конечном итоге, на условия формирования скоплений углеводородов.

-210