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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.48. Кривые распределения температур горных пород в

меридиональном геологическом разрезе Западно-Сибирского

бассейна (по А.Р. Курчикову, Б.П. Ставицкому).

Границы: а - поверхности фундамента; б - разновозрастных

отложений; в - линии равных температур, "С. Месторождения: 1 -

Семаковское, 2 - Ямбургское, 3 - Северо-Уренгойское, 4 - Уренгойское,

5 - Губкинское, 6 - Вэнгаяхинское, 7 - Вэнгапурское, 8 -Северо-

Варьеганское, 9 - Варьеганское, 10 - Эй-Еганское, 11 - Черногорское;

12 -Самотлорское, 13 - Вартовско-Соснинское, 14 - Ломовое, 15 -

Кпючевское, 16 -Лугинецкое, 17 - Останинское, 18 - Казанское;

разведочные площади: 19 -Олимпийская, 20 - Кенгская, 21 -

Пихтовская

Температурные условия существенно влияют на свойства флюидов

- воду, нефть, газ. Учет этих изменений в пластовых и поверхностных

условиях необходим при подсчете запасов нефти и газа и при

разработке залежей углеводородов. В последнее время значительно

повысился интерес к термальным водам, используемым как в

теплоэнергетике, так и в бальнеологии. К термальным обычно относят

воды с температурой, превышающей 20°С, которая составляет

максимальную среднегодовую температуру воздуха на земном шаре.

Лечебные свойства вод нефтяных и газовых месторождений, которые

в подавляющем большинстве термальные, определяются

преимущественно высокой минерализацией, содержанием в них

различных химических элементов и составом водорастворенных газов

(углекислоты, сероводорода, азота и т.п.). В ряде случаев воды

нефтяных и газовых месторождений обогащены йодом, бромом,

железом и другими микроэлементами, имеющими лечебное и

промышленное значение.

14* -211

Для нефтегазовой гидрогеологии наибольший интерес

представляют термальные воды гидрогеологических бассейнов,

содержащих залежи УВ. Как отмечалось выше, диапазон изменения

температуры в нефтегазоносных бассейнах очень велик. С

теплоэнергетических позиций термальные воды подразделяются на

низкопотенциальные, температура которых ниже 70°С,

среднепотенциальные - 70-100°С и высокопотенциальные -

выше 100°С.

Б.Ф. Маврицкий предложил классификационную схему термальных

вод, из которой в таблице 12 представлена только ее часть,

относящаяся к нефтегазоносным бассейнам.

Таблица 12

Генетическая классификация термальных вод нефтегазо-

носных бассейнов (по Б.Ф. Маврицкому, с упрощением)

Бассей

ны

Минимальная

температура

Максимал

ьная

Типичн

ые

Межгор

ных

До 100 в

палеозое, до 200

350

Челекен

ское

Краевы

То же 300 Махачк

а-

Платфо

рм

До 75

(реже более

75) в палеозое, до

450 Омское

Для использования термальных вод в качестве источника тепловой

энергии важно знание тепловой и энергетической мощностей их

месторождений, т.е. количества теплоты или электроэнергии, которое

можно получить при их эксплуатации (классификация

эксплуатационных запасов теплоэнергетических вод и перспективы их

комплексного освоения рассмотрены А.А. Шпаком, Н.В.

Ефремочкиным, Л.В. Боревским, 1989). Наибольшей тепловой и

энергетической мощностью характеризуются месторождения

термальных вод в районах современного вулканизма. Месторождения

термальных вод пластового типа, преобладающие в нефтегазоносных

бассейнах (межгорных впадинах, краевых прогибах, платформах), как

правило, характеризуются очень большими размерами, но их

полезная тепловая мощность лимитируется гидродинамическими

особенностями. К наиболее перспективным месторождениям

пластового типа следует относить такие, геотермический градиент

которых не ниже 3 °С/100 м. В таких случаях можно получить воду с

температурой 100 °С и выше с

-212

глубин менее "2,5 - 3 км. Подобные месторождения термальных вод

могут обеспечивать потребность в теплоте нескольких микрорайонов

крупных городов и населенных пунктов с числом жителей до 50 тыс.

человек, крупные сельскохозяйственные объекты.

В.Ф. Маврицким и А.А. Шпаком оценены потенциальные запасы

термальных вод СНГ, а также определены районы, где в первую

очередь могут использоваться термальные воды - это южные районы

Западной Сибири, Предкавказье, Сахалин и некоторые другие.

8.5. Движение вод в нефтегазоносных бассейнах

При изучении нефтегазоносности недр наряду с геологическим

важное значение приобретает и гидрогеологическое районирование.

Общепризнан факт, что важнейшим элементом гидрогеологического

районирования является гидрогеологическая структура,

характеризующая пространственное распределение вод в земной

коре и их взаимоотношение с вмещающими породами. К этим

структурам относятся бассейны вод, или гидрогеологические

бассейны.

Из приведенной на рис. 49 схемы видно, что гидрогеологические

бассейны на континентах подразделяются на бассейны пластовых вод

(часто называемые артезианскими) и бассейны

Рис.49. Схема гидрогеологического бассейна. Породы: 1 - коллекторы;

2 - водоупоры; 3 - магматические; 4 - метаморфические;

5 - система трещин в магматических породах; 6 - тектонические

нарушения;

7 - направление движения пластовых вод; 8,9 - области

соответственно питания и разгрузки вод. А - бассейн пластовых вод; Б

- суббассейн грунтовых вод; В - бассейн трещинных и жильно-

трещинных вод; природные водонапорные системы:

а - инфильтрационные, б - элизионные

-213

трещинных и жильно-трещинных вод (по терминологии ряда авторов -

гидрогеологические массивы трещинных и жильно-трещинных вод).

Под бассейном пластовых вод понимается крупная впадина

(прогиб, синеклиза), выполненная преимущественно осадочными

породами (встречаются туфогенные и эффузивные коллекторы,

например, в Восточной Сибири, Грузии, на Сахалине), залегающими

на породах фундамента (ложе бассейна), в пределах которой

имеются водоносные пласты (горизонты, комплексы с напорными

водами) и водоупорные толщи. При наличии мощных региональных

водоупоров, ограничивающих снизу и сверху водоносные комплексы,

в разрезе бассейна пластовых вод могут быть выделены

гидрогеологические этажи.

В верхней части бассейна пластовых вод часто расположен

суббассейн грунтовых вод со свободной поверхностью (безнапорной),

основную же часть занимают напорные воды. Бассейны пластовых

вод характерны преимущественно для равнинно-платформенных

условий, а также для предгорных и межгорных впадин.

Бассейны трещинных и жильно-трещинных вод приурочены обычно

к складчатым областям и кристаллическим щитам. Скопления вод

связаны с трещинными зонами. В покровных отложениях нередко

имеют место и порово-пластовые воды. Бассейны трещинных вод

часто находятся и в фундаменте -ложе бассейнов пластовых вод.

Крупные гидрогеологические бассейны, которые занимают

огромные территории и имеют сложное строение, следует именовать

гидрогеологическими мегабассейнами. К числу таких мегабассейнов

можно отнести Прикаспийский (свыше 500

2 7

тыс.км ), Западно-Сибирский (около 3 млн.км ), мегабассейн в

пределах Восточной Сибири (свыше 10 млн.км

), включающий Ангаро-

Ленский, Тунгусский, Лено-Енисейский и Якутский

гидрогеологические бассейны, характеризующиеся общими

особенностями строения и сложной взаимосвязью друг с другом.

Гидрогеологические бассейны могут содержать в своих недрах

залежи нефти и газа. Если в гидрогеологическом бассейне имеются

залежи нефти, газа, газоконденсата, то его следует относить к

нефтегазоносным бассейнам. Границы нефтегазоносного бассейна

должны совмещаться с границами гидрогеологического бассейна. Это

положение вытекает из современных представлений о роли

гидрогеологических условий в миграции, аккумуляции и консервации

скоплений нефти и газа. При нефтегазогеоло-гическом районировании

широко используют понятия "нефте-газоносная провинция",

"нефтегазоносная область", "нефтегазо-носный район". В ряде

случаев границы нефтегазоносных

-214

Рис.50. Схема классификации геогидродинамических систем

провинций и нефтегазоносных гидрогеологических бассейнов

совпадают. Это относится к таким нефтегазоносным гидрогеоло-

гическим бассейнам, как Тимано-Печорский, Прикаспийский,

Днепровско-Донецкий. В отдельных случаях в пределах нефте-

газоносных провинций выделяют не один, а два и более бассейнов.

Так, в рамках Предкавказско-Крымской нефтегазоносной провинции

выделяют два нефтегазоносных гидрогеологических бассейна -

Западно-Предкавказский и Восточно-Предкавказский и т.д. Условия

движения вод в нефтегазоносных гидрогеологических бассейнах могут

быть весьма различными и обусловлены типом геогидродинамических

систем.

Под геогидродинамической системой понимают систему

литосферных вод вместе с вмещающими их пластовыми и

трещинными зонами, которая характеризуется общими (сходными)

условиями возникновения движения вод (рис.50). Следовательно,

здесь основной принцип выделения типа геогидродинамической

системы - механизм создания напора в водоносной толще.

Среди геогидродинамических систем выделяют системы грунтовых

(безнапорных) и напорных вод.

Геогидродинамические системы грунтовых вод тесно связаны с

физико-географическими и геоморфологическими условиями в

пределах верхней части земной коры. Разные уровни грунтовых вод,

обусловленные климатическими факторами (количеством

выпадающих осадков) и рельефом местности, приводят к

образованию грунтовых потоков.

Геогидродинамические системы напорных вод (водоносные

системы) подразделяются на инфильтрационные и эксфиль-

трационные. Развитие представлений и природных водонапорных

системах при некотором различии в терминологии отражено в

-215

работах В.Н. Щелкачева, Г. Б. Пыхачева, В.Н. Корценштейна, А.М.

Овчинникова, А.А. Карцева, С. Б. Вагина и др.

В природной инфильтрационной системе напор создается в

результате инфильтрации атмосферных и поверхностных вод в

коллекторы и действия образуемой этими водами нагрузки

(гидростатической). Поэтому водонапорные системы этого типа могут

быть названы также гидростатическими. В нефтегазоносных пластах,

входящих в этот тип водонапорных систем, пластовые давления

соответствуют гидростатическим (рис."51). Движение вод

осуществляется от области питания к зоне разгрузки, расположенной

гипсометрически ниже.

Инфильтрационные водонапорные системы являются открытыми

системами. Основная форма энергии - потенциальная энергия

жидкости в поле силы тяжести. Для инфильтрационных водона-

порных систем пластовое давление р определяется по формуле:

P=Hpg,

где Н - пьезометрический напор; р - плотность жидкости; g -

ускорение свободного падения.

Природные эксфильтрационные водонапорные системы харак-

теризуются созданием напоров в водоносных (нефтега-зоводоносных)

пластах (горизонтах, комплексах) вследствие

Рис.51. Схема инфильтрационной водонапорной системы. Породы: 1 -

коллекторы; 2 - водоупоры; 3 - направление движения вод; 4 -

пьезометрический уровень. Области: I - питания и создания напора, II

- 1Г области открытой и скрытой разгрузки

Рис.52. Схема элиэионной геостатической водонапорной системы: 1 -

породы-коллекторы; 2 - уплотняющиеся глины и глинистые породы; 3 -

направление движения пластовых вод; 4 - пьезометрический уровень.

Области: I - питания и напора, II и II' - соответственно открытой и

скрытой разгрузки

-216

перетока жидкости из одних пластов (или частей) в другие (или их

части) без пополнения жидкостью извне. К эксфильтрационным

относятся элизионная (элизио - уплотняю, греч.) геостатическая

(литостатическая), элизионная геодинамическая и термодегидра-

тационная водонапорные системы.

В элизионной геостатической водонапорной системе напор

создается при выжимании вод из уплотняющихся осадков и пород в

коллекторы и частично при уплотнении самих коллекторов с

выжиманием вод из одних частей в другие (рис.52). Элизионные

геостатические водонапорные системы приурочены к

прогибающимся участкам земной коры, выполненным достаточно

мощным комплексом осадочных образований. Они представляют

собой закрытые или полураскрытые системы. Сообщение с земной

поверхностью или совсем отсутствует или осуществляется только в

зонах разгрузки. Основная форма энергии - потенциальная энергия

упругой деформации жидкости, накапливающейся в коллекторах в

результате уплотнения отложений и выжимания из них вод.

Вследствие уплотнения осадков и пород в коллекторах образуется

избыточное количество жидкости бцэб- Приращение давления

происходит в соответствии с законом:

Qmб I Р* ^общ'

где Ь.р - приращение давления; р*- коэффициент сжимаемости

жидкости; Уобщ - общий объем жидкости в водонапорной системе.

В элизионной литостатической водонапорной системе пластовое

давление равно: рэл = (Н р + ^p)-g. Наиболее

интенсивный процесс уплотнения отмечается обычно в самых

погруженных частях впадин, где и расположена область питания, а

движение вод происходит в сторону бортовых зон бассейна. В

водонапорных системах этого типа пластовое давление может быть

выше гидростатического - и истинного, и условного. При этом под

условным гидростатическим давлением понимают давление столба

воды (с плотностью 1 г/см

) от плоскости замера до земной

поверхности над точкой замера. В случае, если пластовое давление

выше условного гидростатического (отношение Рпл^Руг > 1).

то

его

часто

называют аномально высоким

пластовым давлением (АВПД). На самом деле это давление

характерно и нормально для этого типа природной водонапорной

системы и его правильнее называть сверх гидростатическим.

-217

В элизионных геодинамических водонапорных системах, встре-

чающихся преимущественно в областях интенсивной складчатости и

повышенной сейсмичности, напор вод создается в результате

геодинамического давления. Тектоническое сжатие приводит к

возникновению высоких пластовых давлений. В складчатых областях

и предгорных прогибах отношение пластового давления к условному

гидростатическому нередко составляет 1,8-2. Подобные явления

отмечены в Западно-Таджикской депрессии (А.А. Карцевым, С. Б.

Вагиным, И. В. Яворчук), в Пред карпатском прогибе (А.А. Орловым) и

в других районах.

В пределах некоторых водонапорных систем могут создаваться и

зоны с пластовым давлением ниже условного гидростатического.

Такое явление, в частности, может иметь место в областях развития

тектонических растяжений - как в зоне интенсивной складчатости, так

и на платформе. Ю.И. Яковлевым и Р. Г. Семашевым на материалах

по Восточной Сибири выделены природные водонапорные системы,

названные ими системами депрессионного типа. Механизм

образования таких водонапорных систем заключается в частичном

поглощении (засасывании) вод из осадочного чехла в раздробленные

породы разломных зон верхней части фундамента. Тектонические

движения приводят к появлению трещинной пористости. Отток вод в

породы в свою очередь приводит к возникновению в осадочных

отложениях депрессионных зон или пьезоминимумов, где пластовые

давления ниже условных гидростатических. Для водонапорных систем

подобного типа аномально низкие пластовые давления (АНПД), т.е.

давления ниже условных гидростатических, естественны и поэтому их

следует именовать субгидростатическими.

В термодегидратационных водонапорных системах напоры вод

создаются в результате появления избыточного количества жидкости

вследствие выделения вод из минералов в зонах с очень высокими

температурами. Термодегидратация минералов сопровождается

выделением химически связанных ' вод в свободную фазу. Обычно

это явление наблюдается в наиболее погруженных частях

гидрогеологических бассейнов, где температура превышает 150°С.

Выделение химически связанных вод при термодегидратации

приводит к опреснению подземных вод в этих наиболее

погруженных зонах гидрогеологических бассейнов. Подобное явление

отмечается в Предкавказье и в Мургабской впадине

Каракумского гидрогеологического бассейна.

В нефтегазоносных бассейнах с большой мощностью осадочного

чехла могут быть различные геогидродинамические системы. На

рис.53 показано их расположение в разрезе бассейна

-218

ЕЗ' [ПШЗг ГГПз ЕЕИ ГГЛ^

Рис.53. Схема гидродинамической зональности в бассейнах

пластовых вод: 1 -кристаллический массив; 2 - водонапорная система:

3 - трещиноватость; 4 -направление движения вод; 5 - инфильтрации

метеогенных вод. Зоны: I -распространения грунтовых

геогидродинамических систем, II - распространения

инфильтрационных природных водонапорных систем, III -

распространения элизионных природных водонапорных

геостатических систем, IV - возможного распространения

термодегидратационных природных водонапорных систем; ЗГВ -

зеркало грунтовых вод

и отмечен характер изменения давлений в каждой системе. Так, в

суббассейне грунтовых вод (рис.53, I) может происходить снижение

уровней за счет изменения рельефа. В результате образуется

грунтовый поток. В инфильтрационной водонапорной системе (рис.53,

II) снижение напоров обусловлено разностью гипсометрических

отметок области питания и разгрузки и положением пьезометрической

поверхности. В инфильтрационной водонапорной системе при

наличии высокогорной зоны создания напора пластовое давление

может превышать условное гидростатическое, а при наличии

низкогорных холмистых или равнинных зон создания напора

пластовое давление приближается к условному гидростатическому.

В элизионных геостатических водонапорных системах создаются

сверхгидростатические давления (рис.53, III). В этих системах при

наличии мощного комплекса осадков и их компрессии отношение

пластового давления к условному гидростатическому может

изменяться от 1,2 до 2,0. Примером

-219 -

может служить подсолевой комплекс в Прикаспийском

гидрогеологическом мегабассейне. Так, на западном его борту, на

Астраханском газоконденсатном месторождении, в карбонатных

отложениях подсолевого комплекса пластовое давление

сверхгидростатическое, так как отношение д^д к ру г.. составляет

от 1,3 до 1,6.

В термодегидратационной водонапорной системе (рис.53, IV) в силу

наличия трещиноватости в коллекторе и в покрышке создается

сверхгидростатическое давление, но в результате прорыва флюидов

по трещинам кривая изменения пластового давления имеет сложную

конфигурацию.

Все эти особенности необходимо учитывать при проводке и

испытании продуктивных отложений и особенно при разработке

нефтяных и газовых залежей.

8.6. Формирование вод в нефтегазоносных бассейнах

Формирование подземных вод - сложный природный процесс,

изучение которого имеет важное теоретическое и практическое

значение для нефтегазовой гидрогеологии, так как подземные воды

оказывают большое влияние на всю историю существования

углеводородов в недрах. При этом важное значение приобретает

выяснение генезиса воды как растворителя и происхождения состава

растворенных веществ (ионов, солей, газов), накапливающихся

в подземных водах нефтегазоносных бассейнов.

Рассматривая пути появления вод в литосфере, следует отметить

два источника возникновения молекул воды - экзогенный и

эндогенный. Подземные воды, образующиеся в результате

поступления вод в горные породы из внешних геосфер -гидросферы и

атмосферы - экзогенные, а за счет возникновения молекул воды в

недрах земли - эндогенные. Эндогенные воды формируются в горных

породах и магматических очагах в результате различных химических

реакций.

В генетической классификации, разработанной А.А.Карцевым (рис.54),

экзогенные воды подразделяются на две группы:

седиментогенные и инфильтрогенные.

Седиментогенные воды - это воды, захваченные осадками с

момента их образования. В бассейне осадконакопления (море,

лагуна) первоначально образуются илы, обычно содержащие до 80-90

% воды. По мере погружения и накопления покрывающих

-220 -