2.8. Промысловая классификация подземных вод
В промысловой практике пластовойводой принято называть только ту воду, которая залегает в одном и том же пласте с нефтью или газом. Воды, принадлежащие водоносным пластам, не содержащим нефть, или другим нефтегазоносным пластам, называютчуждымиилипосторонними, по отношению к данному нефтяному или газовому пласту.
Связанная водасодержится в нефтяной или газовой части всякого пласта. Она является водой неподвижной.Подвижная вода– это вода в углах пор, вода капиллярно-удержанная и капельная (табл. 5).Законтурная (краевая) водаподпирает пластовые нефтяную или газовую залежи.Подошвенная водаподпирает массивные нефтяную или газовую залежи. Она может быть и в пластовых залежах при заполнении нефтяного пласта не на всю мощность.Конденсационная водаобразуется за счет конденсации водных паров.Верхняя вода залегает в пластах, расположенных выше продуктивного пласта.Нижняя водазалегает в пластах, расположенных ниже продуктивного пласта.Тектоническая водапроникает в нефтяной пласт по тектоническим трещинам.Технологическая водазакачивается в пласт при искусственном заводнении, согласно технологическому процессу разработки залежей.Техническая вода– фильтрат промывочной жидкости, проникшей в пласт в процессе вскрытия его добывающими или разведочными скважинами. Появление в пласте технической воды весьма нежелательно, так как в результате этого значительно снижается продуктивных скважин, особенно газовых.
Таблица 5. Промысловая классификация подземных вод [47]
|
пластовая вода |
посторонняя (чуждая) вода | |
|
в продуктивной части пласта |
в водоносной части пласта | |
|
1. Связанная 2. Подвижная |
1. Законтурная (краевая) 2. Подошвенная 3. Конденсатная |
Верхняя Нижняя 1. Тектоническая 2. Технологическая 3. Техническая |
Тема 3. Происхождение нефти и газа – гипотезы, концепции и теории нефтегазообразования
История наукизнает много случаев, когда вокруг какой-нибудь проблемы разгораются горячие дискуссии. Такие споры идут вокруг проблемы происхождения нефти - органической или неорганической. Они начались в ХVIIIвеке и продолжаются до настоящего времени, то затихая, то вспыхивая вновь. Каждое из двух основных направлений взглядов на происхождение углеводородов, подразделяясь на ряд гипотез, важны не только в научном плане, но и для прогнозирования недр на нефть и газ, обоснования направлений нефтегазопоисковых работ.
Проблема органического происхождения нефти к концу XX в. нашла обоснование в осадочно-миграционной теории нафтидогенеза. Гипотезы неорганического происхождения нефти, в свою очередь, подразделяются на вулканическую, карбидную и космическую.
3.1. Органическое происхождение нефти
А.Э.Конторович, выделил четыре основных этапа формирования и развитиябиогенной теории нафтидогенеза(органического происхождения нефти) [31, 32] :
I- «этап альтернативных догаток» - серединаXVIIIв. до началаXXв.М.В.Ломоносовв 1763 г. в своем трактате «О слоях земных» писал «Выгоняется подземным жаром из … каменных углей … бурая и черная масляная материя … и сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделых материй … каменная смола, нефть, гагат и сим подобное, которые хотя … разнятся, однако из одного начала происходят»[13]. Таким образом, более 200 лет назад была высказана мысль об органическом происхождении нефти из каменного угля. Органическое вещество (ОВ): уголь – нефть – газ.
Высокую оценку этой работы дал В.И.Вернадский еще в 1911 году. Он отметил, что М.В.Ломоносову «принадлежат точные и ясные, полные блеска и глубокой мысли первые изложения геологии». И далее В.И.Вернадский писал: «Лишь в первой половине XIXвека мы встречаемся с аналогичными концепциями геологии»[18, 31].
II- «этап формирования гипотезы» - с начала до середины XXв. (К.Энглер, Г.Потонье, Д.Уайт, И.М.Губкин, Г.П.Михайловский, В.И.Вернадский и др. В.И.Вернадский первый преодолел чисто геологический подход к теории образования нефти и газа и стал разрабатывать проблему нафтидогенеза на стыке геологии, геохимии и биогеохимии. А.Д.Архангельский в 1925-1926 гг. впервые начал систематическое изучение распределения ОВ в осадочных породах, положив начало изучению нефтепроизводящих пород. И.М.Губкин впервые изложил основы биогенной теории нафтидогенеза, показав, что процессы нефтегазообразования в стратосфере начались сразу после зарождения жизни, сформулировав понятие о диффузно-рассеянной нефти, заложив основы учения о стадийности нефтегазообразования).
III - «этап становления основ современной теории нафтидогенеза» и углубления геохимических, геодинамических и флюидодинамических её оснований – от конца 40-х до начала второй половины 80-х гг.XXв. (Г.А.Амосов, А.И.Богомолов, И.О.Брод, Н.Б.Вассоевич, В.В.Вебер, Е.А.Рогозина и другие ученые ВНИГРИ, которые внесли существенный вклад в становление и развитие теории нафидогенеза, обладающую высокой степень прогнозирования, что проявилось в открытиях Волго-Уральской и Западно-Сибирской НГП. На прогресс теории нафтидогенеза огромное влияние оказало развитие аналитической, физической и органической химии, биохимии, многие достижения которых были ассимилированы органической геохимией.
IV - «этап развития биогенной теории нафтидогенеза» (создана нелинейная теория нафтидогенеза, разработана концепция эволюции нафтидогенеза в истории Земли и т.д.). Наиболее полно и систематическую характеристику этого этапа дал в своих работахН.Б.Вассоевич.
Немецкие ученые Г.Гефер и К.Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов (перегонка сельдевого жира при Т =4000С и Р = 10 кгс/см2- получены масло, горючие газы, вода, жиры, разные кислоты. Из масла плотностью 0.8105 г/см3состоящего на 9/10 из УВ коричневого цвета последующей разгонкой были получены предельные УВ от пентана (С2Н5) до нонана (С9Н20), парафин и смазочные масла (олефины, нафтены, арены).
В 1919 г. академик Н.Д.Зелинский при перегонке сапропелевого ила из оз. Балхаш получил сырую смолу (63.2 %), кокс (16.0%), газы (СН4, СО2, Н, Н2S– 20.8%). При последующей переработки смолы из нее извлекли бензин, керосин, тяжелые масла.
Казалось проблема решена – нефть и газ производные разложения органики [18, 31, 32].
Научно-теоретический интерес и практическое значение проблемы образования нефти определил И.М.Губкин – основоположник отечественной школы нефтяников [18].
К середине ХХ в. было доказано единство всех горючих полезных ископаемых (нефти, угля, газа, горючих сланцев), установлена генетическая связь нефти с ископаемым ОВ осадочных пород, разработаны критерии выделения нефтегазоматеринских свит.
В 40-50 –е годы модель органического нефтеогазобразования рассматривала процесс образования нефти как преимущественно механическое отжатие глинами битуминозных компонентов, уже образовавшихся в живом веществе и диагенезе в процессе погружения и уплотнения этих глинистых нефтематеринских пород [40].
Созданная в начале 60 –х годов и развившаяся в 70-80 –е годы термокаталитическая концепция образования нефти в своей основе имеет химические реакции, протекающие в сравнительно узком температурном интервале; этот главный этап генерации УВ нефти ОВ назван Н.Б.Вассоевичем главной фазой нефтеобразования (ГФН), за рубежом – «нефтяным окном» [13, 14].
Н.Б.Вассоевич:концепция нефтеобразования – осадочно-миграционная теория(а не органическая или биогенная!). Нефть образуетсяабиогеннымпутем, но источником её является ОВ или кероген, захороненный в процессе осадконакопления[14]. Его потенциал закладывается в живом веществе, формируется в диагенезе, реализуется в мезокатагенезе (табл. 6). Ход этого процесса определяется как внутренней структурой керогена, так и внешними факторами – температурой, скоростью прогрева, строением нефтематеринской толщи, определяющим эмиграцию, образовавшихся продуктов, составом минеральной матрицы, влияющим на каталитические процессы, происходящие в керогене.
В последние десятилетия, благодаря работам Н.Б. Вассоевича (1986), А.Э. Конторовича (1998) и других исследователей, состояние осадочно-миграционной теории существенно продвинулось на пути всестороннего комплексного анализа условий формирования и генетических основ нефтегазонакопления. В конце XXвека российским ученым удалось сформулировать как общие положения теории, так и ее отдельные составляющие: учение о типах ОВ, схемы развития катагенеза ОВ, стадийности нефтегазообразования, учение об осадочных бассейнах и др.[32].
Вместе с тем многие генетические вопросы формирования месторождений нефти и газа (роль глубинных факторов, рифтогенеза, эпигенетических преобразований, гидрогеологических режимов и др.) требуют дополнительного изучения. Да и само название «осадочно-миграционная теория образования нефти и газа» не вполне точно и полно отражает длительную и многостадийную историю нефтегазогенеза.
Сформулированная в нефтяной геологии осадочно-миграционная концепция скорее относится к образованию и преобразованию в зоне катагенеза нефтематеринских углеродосодержащих геологических формаций. Становление собственно нефтегазоносных залежей в благоприятных структурах – ловушках связано не с сингенетическими процессами осадконакопления, диагенеза и катагенеза осадков, а с более поздними эпигенетическими процессами преобразования пород под влиянием экзогенных и эндогенных факторов и ведущей роли инфильтрационных процессов миграции вещества как по вертикали, так и по латерали [31, 32].
В этом отношении генетические основы нефтегазообразования имеют много общего с формированием крупных и уникальных месторождений урана, в особенности многочисленной группы полигенных и полихронных объектов, прямо или косвенно связанных с углеродистыми геологическими формациями протерозоя и фанерозоя.
Для нефти и газа, также как и в урановой геологии можно выделить три основных периода (подготовительный, нефтеобразующий и консервационный) и несколько стадий длительного полигенного и полихронного процесса нефтегазогенеза. При этом очень близка роль в формированиии месторождения углеродсодержащих осадочных отложений, образующихся в разнообразных по тектонической позиции и возрасту бассейнах седиментации и содержащих высокие количества не только углерода и водорода, но и металлов U,V,As,Zn,Niи других элементов.
В спокойной тектонической обстановке (платформенные условия) при залегании на глубине до 1 км такие породы (в частности диктионемовые сланцы /название получили от ископаемого Dictyonemaflabelliformis/ на северо-западе Русской плиты) не генерируют эпигенетических концентраций урана, УВ и могут рассматриваться как сингенетические потенциальные месторождения металлов и органического топлива. И наоборот, при вовлечении битуминозных отложений в преобразование в активной геодинамической среде зоны катагенеза могут формироваться в крупных специализированных блоках литосферы рудо – и нефтепитающие геохимические системы, способные генерировать подвижные формы металлов и УВ, вовлекаемых в дальнейшем в инфильтрационные процессы нафторудообразования.
Выделяются следующие основные стадии нафтидогенеза, зависящие от геологических и геохимических процессов формирования и сохранения залежей нефти и газа в зависимости от типа геодинамического (тектонического) режима.
Первые две стадии (седиментационная и катагенетическая) ответственны за образование в соответствующих блоках осадочных бассейнов нефтегазопитающих геохимических систем (региональный подготовительный период) при наличии нефтематеринских пород и повышенных температурах, соответствующих условиям низкотемпературного гидротермального метасоматоза.
Собственно нефтегазообразующицй период включает две эпигенетические стадии: инфильтрационную и концентрационную. Они связаны с активным гидрогеологическим режимом осадочных бассейнов, чередованием периодов сжатия и растяжения и наличием литологических, структурных или иных ловушек.
Консервационная стадия может развиваться по двум сценариям [32]:
сохранение залежей нефти и газа при пассивном геодинамическом режиме;
уничтожение залежей нефти и превращение их во вторичные битуминозные породы, а также преобразование (или уничтожение) месторождений газа с возможным перемещением газообразных УВ в новые структуры.
Месторождения нефти и газа являются эпигенетическими многостадийными (полихронными) и полигенными образованиями продуктивных осадочных бассейнов, в накоплении и миграции УВ существенную роль играли не только экзогенные, но и эндогенные факторы.
Прежде чем рассматривать стадии онтогенеза УВ, рассмотрим какое ОВ составляет основу нефтегазопродуцирующих отложений. [47]:
Сапропели– органоминеральные осадки озерных водоёмов. ОВ сапропеля образуется преимущественно за счет продуктов распада живущих в воде растительных и животных организмов, в меньшей степени за счет привнесенных с окружающей суши остатков наземных растений.
Сапропелиты– ископаемое ОВ осадочных пород, образовавшееся в основном за счет остатков зоо- и фитопланктона; являются основной органической составляющей пород нефтематеринских свит.
Сапрпелито-гумиты– ископаемое ОВ, образовавшееся преимущественно из остатков растений; являются одной из главных составляющих РОВ нефтегазоматеринских и газоматеринской пород.
Гумито-сапрпелиты– ископаемое ОВ, образовавшееся преимущественно из остатков растений; являются одной из главных составляющих РОВ нефтегазоматеринских пород.
Гумиты– РОВ континентальных отложений, образовавшееся главным образом за счет остатков высших растений (подгруппа углей группы гумолитов).
Порода нефтегазоматеринская– осадочная порода, содержащая ОВ, которое способно при вступлении в главную зону нефтеобразования (ГЗН – Т0С от 50-60 до 150-170) генерировать нефть: 1) потенциально нефтематеринская, т.е. еще не реализовавшая свой потенциал нефтегенерации; 2) нефтепроизводящая или нефтепроизводившая, еще не исчерпавшая свой потенциал; 3) бывшая нефтематеринская, уже утратившая способность генерировать нефть. Одним из главных диагностических признаковIстадии развития пород нефтематеринских является присутствие в ней битумоидов паравтохтонных, аIIиIIIстадий – битумоидов остаточных[19].
Формирование и преобразование осадочных пород проходит стадии диагенеза, эпигенеза и катагенеза.
Диагенез– преобразование осадка в осадочную породу в процессе уплотнения и физико-химического превращения и уравновешивания сред. Диагенез: ранний – главными являются окислительно-восстановительные процессы; поздний – решающую роль играет выравнивание концентраций ионов в поровых водах, приводящие к образованию конкреций.
Эпигенез – вторичные минералогические и структурные изменения осадочных пород в совокупности с изменениями содержащихся в них флюидов (воды, нефти, газа). Эпигенез наступает после диагенеза.
Катагенез– процессы изменения отдельных составных частей горной породы (минералов, РОВ, пустотного пространства, флюидов) при её эпигенезе в результате увеличения глубины погружения и пластовой температуры, происходящие без привноса вещества из внешних источников. Выделяются стадии протокатагенеза, мезокатагенеза и апокатагенеза (табл. 6)[32].
Таблица 6. Стадии катагенеза [47]
|
I. ПРОТОКАТАГЕНЕЗ | |||
|
ПК1 |
Б1 |
бурые |
клареновые угли Донбасса |
|
ПК2 |
Б2 | ||
|
ПК3 |
Б3 | ||
|
до 90-1000С | |||
|
II. МЕЗОКАТАГЕНЕЗ | |||
|
МК1 |
Д |
длиннопламенные |
ГЗН: 80-90–150-1700С глубины 2 – 3,5 км |
|
МК2 |
Г |
газовые | |
|
МК3 |
Ж |
жирные |
ГЗГ: свыше 1700С глубины 3.5-5 км |
|
МК4 |
К |
коксовые | |
|
МК5 |
ОС |
отощенно-спекающиеся | |
|
до 200-2200С | |||
|
III. АПОКАТАГЕНЕЗ | |||
|
АК1 |
Т |
тощие |
ГЗГ - до 5 км |
|
АК2 |
ПА |
полуантрациты |
|
|
АК3 |
А |
антрациты |
|
|
до 3000С | |||
Залежь нефти и/или газа формируется только в процессе миграции жидких или газообразных УВ. Нефть и газ – образования стадийные, формирующиеся на определенных катагенетических уровнях преобразования, причем на каждом из них генерируются УВ определенного состава; выделяются пики ГЗН и ГЗГ (табл. 6, 7).
Таблица 7. Зональность распределения УВ в ОПБ [14]
|
Для большинства осадочных бассейнов (ОБ) сверху вниз по шкале катагенеза:
| ||||||||||
Стадии онтогенеза углеводородов и показатели нефтегазоносности, контролируют процесс формирования (расформирования) залежей нефти и газа (рис. 1).
Рис. 1. Стадии онтогенеза углеводородов
Торжество осадочно-миграционной теории нафтидогенеза во второй половине XX века особенно ярко проявилось в блестящих открытиях, сделанных на основе методов прогноза и поиска скоплений нефти и газа, вытекающих из этой теории. К ним относятся открытия, сделанные практически во всех нефтегазоносных провинциях (НГП) СССР, а также в других бассейнах Мира.