ОСНОВЫ_ГЕОЛОГИИ / Геология-курс лекций

81

давлением называется давление столба жидкости между пьезометрическим уровнем и кровлей водоносного горизонта.

В районах развития многолетней мерзлоты на глубине встречаются мощные непроницаемые прослои мерзлых пород, являющиеся водоупорами. Между ними располагаются переохлажденные межмерзлотные воды, которые могут приобретать местный напор, хотя по сути эти воды – грунтовые.

Рис. 8.2. Схема строения артезианского бассейна 1 – водонепроницаемые породы; 2 – водопроницаемые пласты с напорной водой; 3 – фонтанирующие скважины; 4 – направление стока подземных вод

8.2. МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Подземные воды, циркулируя по трещинам и порам горных пород, обогащаются различными минеральными соединениями. В зависимости от количества растворенных солей в 1 л воды они разделяются на:

1)пресные – растворено до 1 г солей;

2)слабо минерализованные (солоноватые) – от 1 до 3 г;

3)среднеминерализованные (соленые) – от 3 до 10 г;

4)сильно минерализованные (повышенной солености) – от 10 до 50 г;

5)рассолы – более 50 г.

82

В зависимости от содержания карбонатов воды разделяются на мягкие (с малым содержанием карбонатов) и жесткие (с повышенным их содержанием).

Воды, используемые в лечебных целях, благодаря повышенному содержанию каких-либо химических компонентов, газов или повышенной радиоактивности, называются минеральными. Степень их минерализации весьма различна, иногда составляет всего 0,5 г/л. На месте выходов минеральных вод, содержащих в своем составе лечебные вещества, построены многочисленные санатории.

Минеральные воды разделяются также на холодные – температура до 20° С; теплые – от 20 до 37° С; собственно термальные – от 37 до 42° С; горячие – температура более 42° С.

Естественный выход подземных вод на поверхность называется источником (ключ, родник). Они могут быть восходящими (выходят наружу с напором) и нисходящими. Источники с высокой температурой воды называются горячими, или термальными (см. рис. 8.2). Температура воды в них достигает 100° С.

8.3.ВОДЫ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Подземные воды играют большую роль в формировании и сохранении месторождений нефти и газа. Нефть всплывает на воде, потому что ее удельный вес меньше воды. Если на пути движения нефти встречается водоупор, образуется нефтяная залежь. Подземные воды, подстилающие нефтяную залежь, запечатывают ее и не дают возможности мигрировать дальше.

В нефтях большинства залежей растворены газы: метан и его производные – этан, пропан, бутан и т. д., азот, углекислый газ, сероводород и некоторые другие, т. е. те же газы, которые растворены и в подземных водах. Обычно в нефтях преобладают углеводородные газы, но не всегда. Бывают случаи, когда большую часть растворенных газов составляет, например, азот.

Выделившийся из нефти газ может скапливаться верхней части ловушки, образуя газовую шапку. Подчас газовая шапка представляет собой самостоятельную залежь, настолько она велика, а нефть образует лишь небольшой слой. Обычно в верхней части ловушки располагается газ, а ниже нефть, которая подпирается пластовой водой (рис. 8.3).

Поверхность, разделяющая нефть и воду, называется поверхностью водонефтяного контакта (ВНК). Она может иметь различную форму. В залежах, приуроченных к структурным ловушкам, при их полном зanoлнении она может иметь кольцеобразную форму в плане. При этом линия пересечения поверхности водонефтяного контакта с кровлей пласта называется внешним контуром нефтеносности, а линия пересечения поверхности водонефтяного контакта с подошвой пласта – внутренним контуром нефтеносности.

83

Рис. 8.3. Условия залегания газа, нефти и воды в ловушке а – залежь нефти с газовой шапкой; б – залежь газа с нефтяной оторочкой; 1 – вода; 2 – нефть; 3 – газ

Контакт нефти и воды в большинстве залежей приближается к горизонтальной поверхности. Но нередки случаи, когда поверхность водонефтяного контакта имеет наклонное положение. На положение поверхности водонефтяного контакта влияет целый ряд факторов, и основным является движение воды. Ведь залежь нефти в ловушке омывается пластовой водой. Поток движущейся воды может быть настолько интенсивным, что приведет к смещению залежей. Оно может достигать десятков метров. Случается, что смещение залежей настолько значительно, что они как бы повисают на крыльях складки. Их так и называют висячими. Пример висячей залежи приведен на рис. 8.4. Такие залежи известны в Скалистых горах в США, на Апшеронском полуострове в Азербайджане.

Рис. 8.4. Смещение залежи нефти движущимися водами а – залежь с наклоном ВНК; б – висячая залежь; 1 – водоносный горизонт; 2 – нефтяная

залежь; 3 – водоупоры; 4 – направление движения подземных вод

Несколько залежей, связанных общим участком земной поверхности и приуроченных к единой тектонической структуре, образуют месторождение нефти. Встречаются месторождения, в которых имеется лишь одна или дветри залежи, но большинство месторождений многопластовые. При разведке и

84

разработке нефтяных месторождений очень важно знать, как распределяются воды по отношению к залежам, особенно в месторождениях многопластовых. Ведь между залежами могут находиться и водоносные горизонты. Кроме того, месторождение подчас разбито тектоническими нарушениями, по которым циркулируют воды. И в самой залежи соотношение нефти и воды может быть разнообразным. Классификация пластовых вод, принятая в нефтепромысловой геологии, показана на рис. 8.5.

тяного пласта с плохими коллекторскими свойствами, ж – тектонические воды; з – верхние воды; 1 – песчаники; 2 – глины; 3 – нефть; 4 – известняки; 5 – разрывное тектоническое нарушение; 6 – почвенный слой

Если пласт полностью насыщен нефтью на всю мощность, ВНК будет иметь форму кольца, внутренняя часть которого называется внутриконтурнрой зоной. Сами воды, подстилающие залежь, называются нижними краевыми водами. Редко, но все же бывает так, что залежь не только подстилается, но в верхней части пласта выше нефти и перекрывается пластовой водой. Эти

85

воды называются верхними краевыми водами. Появление верхних краевых вод может быть связано с тем, что пласт был размыт, его головная часть разрушена, и в него просочились грунтовые и поверхностные воды. Если воды подстилают залежь по всей ее площади, их называют подошвенными.

Предположим, что выше нефтяной залежи располагается водоносный горизонт. Следовательно, по отношению к залежи воды этого горизонта будут верхними. Если водоносный горизонт располагается ниже залежи, то воды этого горизонта будут нижними. В многопластовом месторождении верхние воды для одной залежи могут одновременно быть нижними для залегающего выше нефтяного пласта.

Встречаются залежи с очень изменчивыми коллекторами, пористость и проницаемость которых сильно меняются, причем это изменение приводит к появлению участков в самой залежи, где поровое пространство заполнено не нефтью, а водой. Вероятно, когда нефть заполняла ловушку, она не смогла вытеснить всю воду из линз с плохими коллекторскими свойствами, и вода осталась в залежи. Подземные воды, циркулирующие по разрывным тектоническим нарушениям, называют тектоническими.

В процессе бурения в нефтяной пласт может попасть вода из скважины, которую в этом случае относят к технической воде.

Минерализация пластовых вод нефтяных и газовых месторождений колеблется в широких пределах и увеличивается с глубиной. Как правило, это концентрированные рассолы с содержанием растворенных веществ до 400 г/л. Вязкость воды уменьшается с ростом температуры и возрастает с увеличением ее минерализации. Вязкость воды меньше вязкости нефти, и вода стремится прорваться к скважинам по высокопроницаемым прослоям раньше нефти. При этом в недрах остаются большие целики нефтенасыщенных пород, и конечный процент извлечения нефти уменьшается. По мере разработки месторождения неизбежно отмечается обводненность продукции, содержание воды в нефти постепенно увеличивается вплоть до 99 %. В связи с этим встает проблема утилизации рассолов, так как сброс их в поверхностные водоемы запрещен. Приходится бурить на месторождении специальные нагнетательные скважины и закачивать попутные воды на глубину. Закачка пластовых вод обратно способствует поддержанию пластового давления в залежи.

Как видно, вода в недрах земли всюду сопутствует нефти. Во-первых, нефтяная залежь является частью водонапорного комплекса, а в целом и всей водонапорной системы гидрогеологического бассейна. Во-вторых, вода есть и в уже сформировавшейся залежи нефти. Очень важно отметить, что природные флюиды (вода, нефть и газ) тесно взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуется сложная в физико-химическом отношении среда, причем все изменения этой среды сказываются на каждом из перечисленных флюидов. И, наконец, даже при разработке мы должны учитывать влияние природных подземных вод, а также закачиваемых в пласт вод.

87

3.4.Химическая классификация инералов

3.4.1.Самородные элементы 3.4.2.Сульфиды 3.4.3.Галоиды

3.4.4.Оксиды

3.4.5.Кислородные соли

4.МАГМАТИЗМ И МАГМАТИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

4.1.Примеры вулканической деятельности

4.2.Продукты вулканических извержений

4.3.Классификация магматических пород

5.ОСАДКИ И ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

5.1.Источники осадочного материала

5.2.Обломочные осадочные породы

5.3.Хемогенные осадочные породы

5.4.Органогенные породы

5.5.Значение осадочных пород

6.МЕТАМОРФИЗМ И МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

6.1.Типы метаморфизма 6.2. Классификация метаморфических пород

7.ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ И ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРЕЗЫ

7.1.Геологическая съемка

7.2.Геологические карты, индексы и условные обозначения

7.3.Основные правила чтения геологических карт 7.3.1.Горизонтально залегающий пласт 7.3.2.Наклонно залегающий пласт 7.3.3.Вертикально залегающие пласты

7.3.4.Складки

7.3.5.Разрывные нарушения

7.4.Геологический разраз и стратиграфическая колонка

8.ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

8.1.Типы подземных вод

8.2.Минеральный состав подземных вод

8.3.Воды нефтяных месторождений