книги из ГПНТБ / Тхостов Б.А. Начальные пластовые давления в нефтяных и газовых месторождениях

ченных в породах, в первую очередь углекислого калия и натрия,

углекислого кальция и магния, сернокислого натрия, сернокис­ лого кальция и магния, хлористого натрия и хлористого маг­

ния и кальция, а также других солей.

В результате выщелачивания солей концентрация их в глу­

бинных водах возрастает, а поровое пространство горных пород

увеличивается.

При постоянном объеме жидкости и возрастающем объеме порового пространства в пласте отмечается снижение пластового

давления. Наоборот, выпадение солей из пересыщенных водных растворов может вызвать локализацию отдельных участков пласта и повышение в них давления. Однако выщелачивание пли вторич­ ное отложение солей вряд ли, может иметь решающее значение в образовании или серьезном изменении величины пластового давления.

Некоторые авторы [1, 17, 45] считают, что на состояние пла­ стового давления в тех или других природных условиях оказывает влияние и ряд других факторов. В частности, указываются тем­ пература и замечаемые в недрах процессы распада высокомолеку­ лярных углеводородов. Полной ясности, однако, в этом вопросе не существует.

Действительно, с одной стороны, взаимосвязаны изменение температуры и разложение высокомолекулярных углеводородов, с другой — оба эти явления в какой-то мере и сами зависят от состояния давления в пласте.

Тем не менее, если взять каждое явление изолированно,

т. е. предположить, что распад высокомолекулярных углеводо­

родов при неизменной температуре и постоянном давлении про­ исходит в силу каких-то третьих условий, то в результате этого распада будет увеличиваться объем углеводородов, а при постоян­ ном объеме расти давление. Правда, весьма трудно доказать в при­

родных условиях, обычно характеризующихся большим числом переменных, количественное выражение процесса роста

давления.

Что касается влияния температуры на состояние пластовых давлений, то оно, само по себе, серьезного практического значе­ ния для большинства нефтяных и газовых месторождений не имеет.

Рассмотрим существо вопроса. Согласно законам физики рост пластовой температуры должен сопровождаться расшире­ нием жидкостей и газов, заключенных в пласте.

При постоянном объеме, т. е. полной локализации залежи

глинами или другими непроницаемыми породами, расширение нефти и газа должно сопровождаться повышением давления в за­ лежи. Иначе говоря, изначально высокая температура или после­ дующее повышение температуры могут вызвать какое-то повыше­ ние давления в залежах.

Предположим, что мы имеем залежь нефти или газа абсолютно изолированную, благодаря тектоническим процессам, ироисхо-

дившим после формирования залежи. Кроме того, допустим, что

имеем какое-то локальное тепловое воздействие на эту залежь.

Р — давление газа при изменившихся условиях температуры;

t— величина повышения температуры сравнительно с началь­ ными условиями.

составит еще меньшую величину, если допустить хотя бы весьма

слабую связь залежи с поверхностью, т. е. возможность изменения

объема залежи от теплового расширения. Для повышения давле­ ния в изолированной газовой залежи на 14%, как это было пока­ зано выше, необходимо увеличение температуры на 40°. Это

увеличение, принимая для простоты расчета геотермическую сту­ пень равной 25 м/град, может быть достигнуто при погружении пласта на 1000 м. Отметим при этом, что такие размеры относи­ тельного погружения реальны и на самом деле наблюдаются даже в условиях платформы, не говоря о складчатых областях.

Чтобы получить ясное представление о сравнительной роли температуры в образовании пластового давления, покажем, что

то же погружение в 1000 м может вызвать рост пластового давле­ ния за счет напора контурных вод на 100 ата. А если допустить погружение изолированной залежи, не имеющей сообщения с днев­ ной поверхностью, то рост давления будет еще больше за счет действия горного или геостатического давления и может соста­ вить 200—230 ата.

Еще меньше будет эффект образования или повышения давле­

ния от теплового расширения нефтей или вод.

Это подтверждается практическими примерами. Так, в нефтя­ ных месторождениях Озек-Суат, Зимняя Ставка, расположенных в.Ставропольском крае в пределах Затеречной равнины, темпера­

20

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАЛЕЖЕЙ ПО ТЕКТОНИЧЕСКИМ ЗОНАМ И ВОЗРАСТУ

В настоящей работе собран материал о начальных пластовых давлениях по 322 нефтяным и газовым залежам различных нефте­ газоносных районов. Территориально эти залежи располагаются в пределах СССР — на западе и востоке Украины, в Предкавказье,

на Апшеронском полуострове и Прикуринской низменности Азер­

байджана, на западе Туркмении, в Ферганской долине и Бухар­ ском районе Узбекистана, Поволжье, Урале и Приуралье, а

также за рубежом — в Канаде, США, Иране, Индии, Франции

и ДР-

Рассмотренные месторождения приурочены к древним (палео­

зойским) и молодым (мезозойским) платформенным и геосинкли-

нальным областям.

В тектоническом отношении они связываются с крупными сводовыми валоподобными поднятиями, погружениями их и раз­ деляющими поднятия впадинами — в платформенных областях— внутренними и периферийными частями предгорных прогибов, межгорных впадин и погружениями складчатых систем — в геосинклинальных областях.

расположены на Русской, Северо-Американской и Африканской платформах и Днепровско-Донецкой впадине.

Месторождения, относящиеся к мезозойским отложениям, располагаются главным образом в пределах молодой мезозойской платформы, примыкающей с юга к Русской платформе. Эта плат­ форма протягивается от Черного до Каспийского морей и носит название Предкавказской.

На восточном берегу Каспия мезозойская платформа носит название Каракумской. В окраинных погруженных зонах ее

обнаружены нефтяные и крупные газовые месторождения.

22

всего 1,10—1,11, хотя встречаются и меньшие значения этого коэффициента, например, 1,005 Дмитриевское месторождение, 1,06 Зольненское.

Для месторождений, приуроченных к девонским отложениям Жигулевско-Пугачевского свода, как правило, характерно незначительное превышение начального пластового давления над

условным гидростатическим. Максимальное значение коэффи­ циента превышения 1,12 отмечено по Степановскому месторожде­

нию Саратовской области, Коханскому и некоторым другим

месторождениям Куйбышевской области, расположенным на скло­ не и более погруженных частях свода, в частности на восточном продолжении Жигулевских дислокаций, в пределах КинельЧеркасского района.

В залежах, приуроченных к каменноугольным отложениям, также имеется превышение пластового давления над условным гидростатическим, причем и здесь наибольшие значения коэф­ фициента превышения составляют не более 1,12 (Красный Яр, Белозерское).

Более низкие, в среднем по всем залежам, коэффициенты превышения пластового давления над условным гидростатиче­ ским — отмечаются в девонских залежах месторождений, при­ уроченных к Татарскому своду. Здесь в большинстве случаев можно указать соответствие начального пластового и условного гидростатического давлений.

Отклонения, однако, имеются и в ту и в другую сторону. На­ чальное пластовое давление в некоторых случаях меньше услов­ ного гидростатического, в других, наоборот, пластовое давление

превышает значение условного гидростатического давления. Так, в Шкаповском месторождении коэффициент, выражающий отно­

шение пластового и условного гидростатического давлений,

равен 0,97, в Ново-Елховском — 0,99, Туймазинском — 0,99, Серафимовском — 0,94 и т. д., а в Бондюжском месторождении, расположенном в юго-восточной окраинной части северного ку­ пола Татарского свода, этот коэффициент составляет 1,12.

Вкрупнейшем Ромашкинском месторождении пластовое дав­ ление соответствует или почти соответствует условному гидро­ статическому давлению.

Сравнительно больший разброс первоначальных значений

пластовых давлений имеется на Больше-Кинельском валу, рас­

положенном на юго-восточном погружении Татарского свода.

Здесь наряду с месторождениями, в которых отношение пласто­ вого и условного гидростатического давления меньше 1,0 (напри­ мер, Журавлевско-Степановское), имеются месторождения, в ко­ торых это отношение достигает 1,16 (например, Султангуловское).

Вместорождениях, связанных с каменноугольными отложе­

ниями, приуроченными и к окраинным зонам и склонам Воро­

24

ско-Рязанской впадины (Колотовское, Урицкое, Радищевское, Песчаный Умет и др.) начальные пластовые давления примерно соответствуют условным гидростатическим (см. приложение 2).

Таким образом, в девонских и каменноугольных отложениях Русской платформы не зафиксировано ни одного нефтяного или

газового месторождения, в котором бы начальное пластовое давление превышало значение условного гидростатического дав­

ления на 20%, хотя гипсометрическое положение выходов палео­ зойских пород на поверхность, например на Среднем Урале,

который многими принимается как область питания, и позволяло

бы ожидать такое превышение давления.

Из приведенных фактических определений начальных пласто­ вых давлений, произведенных глубинным манометром, наибольшее значение коэффициента превышения пластового давления над

отличаются от величин условного гидростатического давления чаще всего на 1—5%.

Таким образом, в целом для Русской платформы начальные пластовые давления в нефтяных и газовых месторождениях, приуроченных к девонским и каменноугольным отложениям, примерно соответствуют глубине залегания пластов, т. е. значе­ нию условного гидростатического давления, или отличаются от него на небольшую величину (рис. 1 и 2).

Зависимость эта, однако, не строгая и не может быть выражена для многих месторождений прямой линией, хотя во всех случаях чем больше глубина, тем больше давление. Абсолютные величины

и характер изменения начальных пластовых давлений связаны с генезисом их. В данных условиях главную роль генетического фактора в образовании пластового давления играет напор крае­ вых вод в пластах, являющийся результатом палеоисторического развития гидрогеологического режима.

Обобщающая крупная работа по гидрогеологической характе­ ристике Русской платформы написана В. А. Кротовой [13]. Она, как и многие другие исследователи, приходит к выводу о

том, что «на всей изучаемой территории хорошо выражена...

закономерность увеличения минерализации вод с глубиной», причем: «Увеличение минерализации вод с глубиной не происхо­ дит плавно, а имеет скачки или резкие изгибы на кривых, выра­ жающих эту зависимость...».

Резкие изменения минерализации вод с глубиной связываются В. А. Кротовой с участками внедрения и разгрузки глубинных

в зонах нарушений высокоминерализованных вод выдавлива­ нием по трещинам или зонам дробления из более глубоких гори­ зонтов под влиянием напора пресных вод в области питания.

25

глубиной залегания девонских залежей Русской платформы.

свое; 11, 12 — Жирновское; 13 — Коробковское; 14 — Красный Яр; 15 — Белозерскос: 16 — Колотовекое; 17, 18— Урицкое; 19 — Зимовское; 20 — Радищевское; 21, 22 — Дже­

больское; 23 — Бахметьевское.

26

Для рассматриваемой территории областью питания В. А. Кро­ това и другие исследователи считают передовые хребты Урала, их предгорья, Уфимское плато и Тиман. По их мнению, питание

водоносных горизонтов девона и карбона осуществляется в райо­ нах выхода пород на дневную поверхность. Сильная разрушен­ ность и трещиноватость пород, включая и породы нижнего палео­

зоя, способствует инфильтрации атмосферных вод на большие глу­

бины. В. А. Кротова полагает, что по падению слоев атмосферные воды поступают в Предуральский прогиб, пополняя запасы под­

земных вод палеозоя.

Областями разгрузки вод считают Балтийское, Белое и Кас­ пийское моря, расположенные за пределами Русской платформы. Однако в качестве «главной области дренажа и разгрузки вод изу­ чаемой территории» [13, стр. 231] В. А. Кротова рассматривает Волгу, приводя для подтверждения этого форму пьезометри­ ческих поверхностей водоносных горизонтов девона и карбона, в частности наклон их в сторону Волги. На этом же основании областью разгрузки вод считается Мелекесская впадина. Спра­ ведливо отмечая в отличие от некоторых других исследователей, что пути миграции вод очень сложны, В. А. Кротова полагает, что «одна и та же частица воды при перемещении от области пи­ тания к области разгрузки может испытать все виды движения и переходить из одних стратиграфических толщ в другие» (стр. 220).

Несколько по-другому представляет себе гидрогеологический режим Русской платформы М. А. Гатальский [8].

Он указывает, что связь области питания с глубокими водо­ носными горизонтами не должна рассматриваться как непосред­ ственное поступление воды сверху вниз. Фильтрация воды, по его мнению, очень затруднена и практически возможна только

по тектоническим трещинам.

Вместе с тем он полагает, что давление воды по пластам пере­ дается с большой скоростью и обеспечивает соответствующее

положение пьезометрических уровней глубоких водоносных го­

ризонтов.

Далее М. А. Гатальский приходит к выводам, которые не­ обходимо рассмотреть, так как они имеют важное значение для

решения задачи о природе пластовых давлений в нефтяных и га­ зовых месторождениях Русской платформы.

1. Гидростатические уровни всех водоносных толщ палеозоя в общем повторяют современный рельеф дневной поверхности.

2. Абсолютные отметки гидростатического уровня вод четвер­ тичных отложений оказывают существенное влияние на поло­

жение гидростатических уровней подземных вод всех водоносных горизонтов палеозоя.

3. Все водоносные толщи структуры первого порядка гидрав­ лически связаны между собой» [8].

В. А. Кротова [13] считает, что «эти положения М. А. Га-

тальского находят подтверждение п в пределах ряда районов

27

исследуемой территории» (стр. 222). Рассматривая, с другой сто­ роны, в качестве области питания не местные возвышенности в.рельефе, где питанием подземных вод (по М. А. Гатальскому)

обусловливается фонтанирование скважин из всех водоносных го­ ризонтов разреза, а, как указано выше, крупные положительные

орографические элементы, как-то Урал, Уфимское плато и Ти­

ман. По М. А. Гатальскому все горизонты разреза структур пер­ вого порядка Русской платформы имеют «гидравлическую» (пра­ вильнее говорить гидродинамическую) связь между собой.

Большинство исследователей считает, что гидродинамические условия газоводонефтеносных комплексов разреза палеозоя Рус­ ской платформы определяются наличием областей питания, где происходит инфильтрация вод и областей разгрузки, куда про­ исходит сток подземных вод. Такая простая схема гидродинами­ ческой связи предусматривает снижение пьезометрических уров­

ней и давлений в направлении — область питания — область раз­ грузки. На самом деле эти два понятия остаются в значительной степени гипотетическими, т. е. распределением пьезометрических уровней в силу сложности его, они однозначно не доказываются, а других, более очевидных фактов нет.

Сложную форму пьезометрической поверхности объясняют обычно наличием местных областей питания и разгрузки, обу­ словливающих образование локальных зон повышенных и пони­ женных пьезометрических уровней.

Чтобы разобраться в справедливости этих суждений, необхо­ димо дать определение понятиям область питания и область

разгрузки подземный вод.

Под областью питания какого-либо водоносного литологиче­ ского комплекса понимают территорию, запятую выходами пород этого комплекса на дневную поверхность в приподнятом зале­ гании, в пределах которой происходит инфильтрация атмосфер­ ных осадков через проницаемые пласты, тектонические нарушения и трещины — на глубину. Путями движения вод от области пита­ ния считают:

а) проницаемые пласты, чаще всего пески и песчаники, сохра­ няющие проницаемость на значительных расстояниях, реже из­ вестняки, мергели и другие породы, обладающие трещинова­

тостью;

б) тектонические нарушения или трещины значительной протяженности. Последние обычно соединяют дневную поверх­ ность с пористыми проницаемыми пластами, выклинивающимися на глубине.

В соответствии с таким пониманием областями питания палео­

зойских отложений Русской платформы могут являться (как указано выше) Урал, Приуралье, Тиман, Воронежский свод и другие места приподнятого залегания водоносных горизонтов, могущих сообщаться с дневной поверхностью непосредственно или через тектонические нарушения и трещины.

28