НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВАЯ-1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Л.А. Абуковой, в нефтегазопромысловой гидрогеологии А. Р. Ахундовым, Ю.П. Гаттенбергером, А.М. Никаноровым, Л. Кейзом и др.

Глава О

Воды нефтяных и газовых месторождений в системе природных вод

Нефть и углеводородные газы формируются в водной среде. Образовавшиеся залежи нефти и газа в течение всего времени своего существования окружены подземными водами и таким образом тесно с ними связаны. Скопления углеводородов являются элементами природных водонапорных систем и поэтому при изменении гидрогеологических условий в течение геологической истории испытывают превращения, сказывающиеся, во-первых, на составе нефтей и газов, а во-вторых, на физико-химических свойствах окружающих их вод. Этим объясняются некоторые специфические свойства вод нефтяных и газовых месторождений. Вместе с тем они носят черты вод данного пласта или комплекса, определяемые геогидродинамическими, гидрогеохимическими и гидрогеотермическими условиями, что указывает на их принадлежность к природным водам литосферы и конкретно рассматриваемого нефтегазоносного бассейна.

8.1.Виды вод и условия их залегания

Вземной коре воды находятся в горных породах в разных формах. Выделяются следующие виды вод (рис. 36): свободная гравитационная (жидкая), свободная капиллярная (жидкая), сорбционно-замкнутая, стыковая (пендулярная), рыхлосвязанная

В зависимости от термобарических условий вода может быть жидкой, твердой (лед) и парообразной.

- 178 -

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис.36.

Взаимоотношения между различными видами вод и минеральными компонентами пород (по А.А. Карцеву):

1 - минеральные частицы пород; 2 - минералы с включениями воды; виды воды:

3 - адсорбированная, 4 - лиосорбированная, 5 - капиллярная, 6 - стыковая (пендулярная), 7 - сорбционнозамкнутая, 8 - свободная гравитационная, 9 - молекула воды в виде пара

Свободная (гравитационная) вода находится в капельножидком состоянии в проницаемых породах в сверхкапиллярных порах. Она передвигается под действием гравитационной силы и способна передавать гидростатическое давление. Свободная капиллярная вода находится в капиллярных порах и при их сплошном заполнении может передавать гидростатическое давление, а при частичном заполнении пор она подчиняется менисковым силам. Сорбционно-замкнутая вода (преимущественно в глинах) представляет собой капельно-жидкую воду, изолированную от основной массы свободной воды, насыщающей породу слоями связанной или стыковой воды. Физически связанные воды в породах удерживаются на поверхности минеральных частиц силами молекулярного сцепления и водородными связями, образуя слой в несколько десятков или даже сотен молекул. Внутренний слой этих вод прочно связан с поверхностью минеральных частиц (прочносвязанная вода), во внешнем слое эти связи ослабевают (рыхлосвязанная вода). В местах сближения минеральных частиц по-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

роды слой связанных и капиллярных вод утолщается, и образуется стыковая (пендулярная) вода.

В нефтяных и газовых залежах в продуктивной части их прочносвязанная, рыхлосвязанная и стыковая воды составляют так называемую остаточную воду, т.е. оставшуюся в поровом пространстве после его заполнения нефтью или газом. Содержание остаточной воды изменяется от 0 до 15 % в гидрофобных и до 50 % в гидрофильных коллекторах. Среднее содержание остаточной воды в гидрофобных коллекторах 7-10 %, а в гидрофильных от 10 до 30%,

По степени прочности связи с веществом минералов выделяют цеолитную, кристаллизационную и конституционную воды.

Цеолитная вода содержится в минералах в непостоянных количествах, например, в цеолитах, опале SiO;? n НзО. К цеолитной воде А.А. Карцев (1992) относит связанную воду, находящуюся в межслоевых промежутках глинистых минералов (монтмо-риллонит, леверьерит и др.). В монтмориллоните содержится 24 % (от массы минерала), в леверьерите -17 % межпакетных вод.

Кристаллизационная вода входит в состав кристаллической решетки в постоянном количестве, но при ее удалении полного разрушения минерала не происходит. Так, гипс (CaS04-2H20) переходит

при дегидратации в ангидрит (CaSC>4). Конституционная вода (например, в слюдах) выделяется лишь при полном разрушении минерала.

Подземные воды в твердом (лед) и в парообразном состоянии имеют довольно значительное распространение. Подземные льды встречаются в зоне развития многолетнемерзлых толщ (криолитозоне), подземные пары - в областях вулканизма. На больших глубинах находятся жидкие перегретые воды.

Таким образом вода в различных формах заполняет поры и пустоты горных пород. Компоненты водосодержащей осадочной породы образуют систему, включающую подсистемы : а) твердую часть (твердую фазу), т.е. скелет, цемент, обменный комплекс; б) жидкую часть, т.е. воды, водные растворы, нефть; в) газовую фазу.

Условия залегания вод в земной коре в значительной степени зависят от характера вмещающих пустот - пор, каверн, трещин, их связи между собой. В разработанной И. К. Зайцевым, Н.И. Толстихиным и И. В. Кирюхиным (1987) классификации выделяются три типа вод - пластовые, трещинно-жильные и-лавовые.

К пластовым водам относятся поровые, трещинно-поровые, поровотрещинные, трещинные и трещинно-карстовые. Пластовые поровые воды связаны с обломочными зернистыми коллекторами. Их пористость обусловлена структурой и расположением минеральных зерен. Это воды песчано-алевролитовых пород, гра-

- 180 -

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

виино-галечных. отложений горных районов, конусов выноса в предгорных впадинах и т.п. Пластовые трещинно-поровые воды характерны для песчаных и других осадочных пород, находящихся на первых этапах формирования в них трещиноватой структуры. По мере погружения осадков, уплотнения пород и роста геостатического давления поры уменьшаются и увеличивается трещиноватость. В результате этого процесса, протекающего с различной степенью интенсивности в разных геолого-структурных условиях, трещиннопоровые воды могут перейти в порово-трещинные и трещинные.

Пластовые трещинные воды распространены в осадочных породах платформенных областей и в кристаллических массивах. Пластовые трещинно-карстовые воды характерны для карбонатных и терригенно-карбонатных пород, содержащих в ряде случаев пласты или линзы гипса, ангидрита, каменной соли. Это воды распространены в палеозойских толщах Русской и Сибирской платформ, в мезозойских отложениях в пределах эпипалеозойских плит (Предкавказье, Средняя Азия и т.п.). Трещинно-жильные воды характерны для горно-складчатых областей. Наибольшей обводненностью обладают карбонатные породы, в меньшей степени - метаморфизованные терригенные отложения, например, сланцы. Карстово-жильные воды приурочены к мраморизованным известнякам в орогенных областях Крыма, Кавказа, Тянь-Шаня, Саян. С зонами тектонических нарушений связаны источники минеральных вод. Степень обводненности тектонических зон зависит от подвижности нарушений и определяется в основном составом вмещающих пород. Поскольку в нефтегазоносных областях Сибирской платформы трапповый магматизм широко распространен, изучение трещинных вод, циркулирующих по контактам трапповых интрузий и осадочных пород, необходимо для выявления гидродинамических и гидрогеохимических условий, способствовавших или препятствовавших формированию и сохранению залежей нефти и газа.

Лавовые воды приурочены к эффузивным телам. Водообиль-ность эффузивных пород зависит от тектонической трещино-ватости. Максимальная водообильность характерна для пористых туфов. Лавовые воды распространены в областях развития туфо-генных и осадочных образований в пределах малого Кавказа, Камчатки, Забайкалья и др. Вода в земной коре встречается почти повсеместно и характеризуется многообразием условий залегания. Они различны в пределах суши, морей и океанов. Специфические условия залегания вод характерны для криолитозоны и районов современного вулканизма.

По условиям залегания подземных вод на континентах верхнюю часть литосферы разделяют на зону аэрации и зону

- 181 -

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис.37. Условия залегания вод на континентах:

а - почвенные воды; б - коллекторы; в - водоупор; г - капиллярная кайма (капиллярно-поднятые воды); а - разгрузка грунтовых вод; е - водоносный горизонт; ж - направление движения инфильтрующихся вод; э - направление

движения грунтовых вод.

Зоны: I - аэрация, II - насыщения; 1 - верховодка; 2 - грунтовые воды; 3 - напорные воды; 4 - уровень грунтовых вод

[Е]4 ЕЭ^ Е®6 СЕЭ5 ЕЗ^

Рис.38. Схема соотношения подземных вод и мерзлых толщ (по Б.И. Писарскому и Н.Н. Романовскому):

1 - пески; 2 - гравийногалечные отложения; 3 - суглинки; 4 - щебень и дресва; 5 -известняки; 6 - песчаники; 7 - сланцы; 8

-граница многолетнемерзлых пород; 9 - тектонические нарушения. Воды: А - надмерзлотные деятельного слоя, 6 - несквозного подозерного талика; В -сквозного питающего тектонического талика, Г

-сквозного подруслового талика, Д -межмерзлотные, Е - внутримерзлотные, Ж - подмерзлотные контактирующие, напорные, 3

-неконтактирующие напорные

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

насыщения (рис. 37). В зоне аэрации, соприкасающейся с атмосферой, часть пор и пустот в породах заполнена воздухом и водой (в том числе и парообразной). В зоне аэрации распространены почвенные воды, воды, инфильтрирующиеся сквозь коллектор, парообразная вода и верховодки. Верховодки образуются, когда инфильтрующаяся вода скапливается на поверхности водоупоров, имеющих локальное распространение, например, на линзах глин или суглинков в толще песков. Поверхность (зеркало) грунтовых вод является границей зоны аэрации и зоны насыщения.

» .Грунтовыми водами (термин предложен в 1900г. С.Н.Никитиным) именуют воды, приуроченные к водоносному горизонту, залегающему на первом от земной поверхности выдержанном водоупоре. Сверху горизонт фунтовых вод ограничен свободной поверхностью, т.е. зеркалом фунтовых вод. След сечения зеркала фунтовых вод вертикальной плоскостью называется уровнем фунтовых вод. Разность в уровнях фунтовых вод приводит к их движению, образованию фунтового потока.

Ц^ зоне насыщения, располагающейся ниже уровня грунтовых вод, поры и пустоты пород заполнены водой (за исключением объемов, занятых углеводородами). Мощность зоны насыщения изменяется в широких пределах. Нижняя ее граница в осадочных бассейнах определяется глубиной залегания ненарушенных пород фундамента, не обладающих водопроницаемостью. Ориентировочно на глубинах, превышающих 11-12 км, температура воды приближается к критической, и вода в соответствующих термодинамических условиях находится в надкритическом состоянии (парообразном). В зоне насыщения распространены преимущественно напорные воды. Переходный характер между грунтовыми и напорными имеют безнапорные межпластовые воды, напор которых развит локально. В коллекторах, ограниченных сверху и снизу водоупором, распространены воды, обладающие гидростатическим напором.

Условия залегания вод в криолитозоне имеют свои характерные особенности. Они заключаются в том, что вода в толще мерзлых пород (криолитозоне) может находиться во всех трех фазах:

твердой (лед), жидкой и газообразной (пар). Мерзлые породы, являющиеся водоупорами, при оттаивании превращаются в водопроницаемые. Воды в многолетнемерзлых породах подразделяются на: надмерзлотные, межмерзлотные, внутримерзлотные и воды таликовых зон. Выделяются также подмерзлотные воды (рис.38).

Надмерзлотными называются воды, распространенные над поверхностью толщи мерзлых пород. Они соответствуют грунтовым водам, водоупорным ложем которых служат мерзлые породы. К межмерзлотным относятся жидкие воды в слоях, ограниченных сверху и снизу толщами многолетнемерзлых пород.

- 183 -