Геология нефти игаза

В земной коре воды находятся  в горных породах в разных формах. Выделяются следующие виды вод: свободная гравитационная (жидкая), свободная капиллярная (жидкая), сорбционно-замкнутая, стыковая (пендулярная), рыхлосвязанная (лиосорбированная), прочносвязанная (адсорбированная), цеолитная, кристаллизационная и конституционная.

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

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

В нефтяных и газовых залежах  в продуктивной части их прочно-связанная, 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.

Воды, находящиеся в нефтяных и газовых месторождениях, в промысловых  условиях классифицируются по их пространственно-геологическому отношению к залежам, которые  служат объектами разработки.

Выделяются следующие  группы вод : грунтовые, нефтяного (газового) пласта, непродуктивного (водоносного пласта), тектоническая, техногенная. Группы подразделяются на подгруппы. В продуктивном пласте (рисунок 01) внутри самой залежи нефти и газа содержится остаточная вода, т.е. вода, оставшаяся в пустотном пространстве коллектора после заполнения его нефтью или газом. Это в основном прочносвязанная, рыхлосвязанная и стыковая вода.

К промежуточной (рисунок  01) относится вода, насыщающая слои и линзы внутри  залежи, являющейся единым  объектом эксплуатации. Вода в продуктивном пласте, находящаяся под залежью в пределах внешнего и внутреннего контуров нефтеносности (газоносности), относится к нижней краевой. В случае, когда залежь водоплавающая, вода обычно называется подошвенной.

Вода, находящаяся за внешним  контуром нефтеносности (газоносности), именуется законтурной. К верхним  краевым водам относится вода, находящаяся в пласте, содержащим залежь, и залегающая выше залежи. Случай довольно редкий. Воды водоносных горизонтов, залегающих выше продуктивного пласта, обычно называют верхними, а ниже - нижними. Это название условное, так как в многопластовом месторождении один и тот же водоносный горизонт может быть нижним по отношению к расположенному выше продуктивному пласту и верхним по отношению к залегающей ниже продуктивной толще.

К тектонической (рисунок 01) относится вода, внедряющаяся в продуктивный пласт по тектоническим нарушениям. Вода, попадающая в нефтеносный (газоносный пласт), в результате процессов, связанных с бурением скважин, их ремонтом, а также с разработкой месторождения (закачка вод для поддержания пластового давления, введение различных растворов при других методах воздействия на пласт и т.п.) называют техногенной.

Рисунок 01. Промысловая классификация

вод:

1 - грунтовая; 2 - промежуточная;

3 - краевая нижняя; 3 - подошвенная;

4 - законтурная;  5 - верхняя;

6 - нижняя; 7 - краевая верхняя;

8 - тектоническая; 9 - техногенная

 

При разработке газовых, газоконденсатных залежей и залежей нефти, отличающихся высокой газонасыщенностью, получают маломинерализованную воду, именуемую конденсатной. Эта вода образуется в стволах эксплуатационных скважин и в промысловых коммуникациях в результате конденсации паров воды, содержащейся в газе.

Выделяют также конденсатогенные воды, впервые описанные Б.И.Султановым (1961) в Азербайджане, а позднее изученные А.М.Никаноровым и Л.Н.Шалаевым (1973), а также В.В.Коллодием (1975). Образование конденсатогенных вод многие исследователи связывают с конденсацией паров воды в процессе формирования (или, переформирования) скоплений углеводородов за счет вертикальной миграции флюидов снизу из зон с более жесткими термобарическими условиями. По мнению В.И.Петренко (1993), образование в нижней части газоводяного контакта оторочек

опресненных вод может  происходить в результате массопереноса  пресной влаги из газоконденсатной залежи в законтурную зону.

Отмечено, что под залежью  образуется слой маломинерализованных конденсатогенных вод, толщина которого может быть незначительной, но может достигать и нескольких сотен метров. Так, по данным А.М.Никанорова, слой конденсатогенных вод на Старогрозненском нефтяном месторождении составляет 300-400 м.

Минерализация конденсатогенных вод на Старогрозненском месторождении равна 11-16 г/л, на Эльдаровском 7-15 г/л, в то время как минерализация пластовых вод превышает 40 г/л. Существенно различаются и составы вод. Если пластовые воды относятся к хлоридно-кальциевому типу, то конденсатогенные - к сульфатно-натриевому или гидрокарбонатно-натриевому типам.

Нередки случаи и повышения  солености законтурных вод. Это  может быть связано с приуроченностью  залежей нефти или газа к застойным  гидрогеологическим зонам. Повышение  минерализации и хлоридности вод отмечено в залежах литологического типа, в залежах заливообразных, характерных для майкопских отложений на Кубани, для залежей стратиграфического типа, для приразломных ловушек, описанных Г.М.Сухаревым (1971) и т.п.

Знание химического состава  и минерализации пластовых, подошвенных  и законтурных вод до начала разработки позволяет использовать эти данные для  контроля за процессом эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

Внутримерзлотные воды располагаются в мерзлой толще в виде линз и прослоев и имеют спорадическое распространение. К подмерзлотным относятся жидкие воды, залегающие ниже подошвы многолетнемерзлых толщ. В ряде случаев в многолетне-мерзлых породах имеются зоны развития жидких вод, которые называются таликами. Талик - это участок протаявшей или никогда не замерзающей породы с гравитационной водой, расположенной среди многолетнемерзлых пород. Несквозные талики образуются в поймах и на террасах речных долин (подрусловые талики), под озерами и озерными террасами (подозерные талики) и т.п. Сквозные талики могут связывать между собой надмерзлотные и межмерзлотные воды, а также подмерзлотные воды. Их образование может быть обусловлено проникновением в мерзлую толщу положительно температурных вод (иногда термальных) по разломам или зонам трещиноватости и т.д.

В последние годы в зоне развития многолетнемерзлых пород  открыты и разрабатываются многочисленные месторождения нефти и газа. Особенности мерзлой толщи сказываются на физико-химических свойствах углеводородов. Понижение температуры приводит к переходу свободной воды в связанное гидратное состояние и при наличии метана образуются газогидраты. Сформировавшиеся газовые залежи при снижении температур вследствие охлаждения отдельных участков земной коры, по М.К. Калинко (1981 г.), могут переходить в залежи газогидратов.

Влияние криолитозоны необходимо учитывать при бурении скважин, освоении продуктивных горизонтов, разработке залежей углеводородов, а также при транспортировке нефти и газа по трубопроводам.

В районах современного вулканизма подземные воды образуют водоносные системы со специфическими гидрогеологическими  условиями. К ним относятся горячие (термальные) воды, паровые струи и пароводяные смеси (парогидротермы). Они распространены в активных складчатых областях и известны на Камчатке и Курильских островах, в Исландии, Италии, США, Японии, Новой Зеландии. Формами проявления гидротермальной деятельности являются гейзеры и фумаролы.

Условия залегания вод под морями и океанами изучены пока еще слабо. В пределах прибрежно-шельфовых  областей и дна внутренних морей  условия залегания подземных  вод отличаются тем, что здесь  отсутствует зона аэрации. Водоносные породы, погружаясь под дно моря, в большинстве случаев гидравлически  связаны с сушей. Условия залегания  вод в глубоких океанических котловинах, прогибах и рифтах определяются их строением и составом слагающих пород. В разрезе океанов выделяются три слоя.

 

Рисунок 02. Схема условий разгрузки вод и образования источников. Условия разгрузки вод: а - пластовых, б - трещинно-жильных, в - зоны тектонических нарушений и образования термоминеральных источников, г - трещинно-карстовых, д - лавовых. 1 -водоносный горизонт; 2 - водоупор; 3 - метаморфические породы; 4 - трещино-ватость; 5 - карбонатные породы; 6 - магматические породы; 7 - I, II, III разновозрастные эффузивные толщи; 8 - тектонические нарушения; 9 - инфильтрация; 10 -нисходящий источник; 11 - восходящий источник; 12 - направление движения вод

Верхний слой состоит из чередующихся рыхлых глинистых, кремнистых и карбонатных осадков, общей  мощностью до километра. Ниже располагается  слой, представленный прослоями базальтовых  лав и консолидированных глинистых, кремнистых, карбонатных и песчаных пород. Мощность этого слоя тоже может  достигать километра. Фундаментом  служит базальтовый слой. В верхней  части  разреза  распространены  иловые  воды. Предполагается, что в среднем слое развиты порово-трещинные, трещинно-поровые, в нижнем - трещинно-жильные и трещин-ные воды. Разгрузка подземных вод при дренировании водоносных горизонтов (комплексов) осуществляется посредством источников. Источниками (родниками, ключами) называются естественные выходы подземных вод на земную поверхность (рисунок 02).

По характеру выходов  на поверхность земли источники  подразделяются на:

а) нисходящие;

б) восходящие.

Нисходящие источники  образуются при разгрузке грунтовых вод. Восходящие представляют собой естественные выходы напорных вод. Обычно источники характеризуются по дебиту, режиму и температуре. Дебит, т.е. объем воды, поступающий из источника в единицу времени, свидетельствует об интенсивности' разгрузки вод. По дебиту источники вод подразделяются на: малодебитные, дебит которых менее 1 литра в секунду (л/с), среднедебитные - 1-10 л/с, высокодебитные -более 10 л/с.

Большое количество источников обычно характерно для горноскладчатых районов (Кавказ, Карпаты, Альпы и др.), где чаще   всего   встречаются   высокодебитные   источники, приуроченные к трещиноватым и закарстованным породам. Примером   высокодебитного   источника,   приуроченного   к трещиноватым карбонатным породам, может служить источник Воклюз. Во Франции в Альпах есть Воклюз-плато, сложенное трещиноватыми известняками, доломитами и мраморами. Вода источника Воклюз выходит из грота и дает начало р. Сорг. Среднегодовой дебит источника составляет 30 м3/с, а максимальный дебит достигает 150 м3/с. Еще больший дебит источника в Югославии - 170 м3/с, а также источника Мчишта в Абхазии - 200 м3/с. Этот перечень можно было бы   продолжить   и   отметить   значительное   количество высокодебитных источников в горных районах, но все же высокодебитные  источники представляют  собой сравнительно редкое явление. Подавляющую массу составляют среднедебитные и малодебитные источники. И все же в сумме они приводят к разгрузке огромных объемов вод, а это ведет в свою очередь, к интенсивному водообмену в массивах горных пород.

По режиму функционирования источники разделяются на:

а) постоянно действующие;

б) сезонно действующие;

в) ритмически действующие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Газоводонапорный режим разработки газовых месторождений

Определение и виды режимов. Под режимом газовой залежи или  режимом работы пласта понимают проявления доминирующей формы пластовой энергии, вызывающей движение газа в пласте и обусловливающей приток газа к  скважинам в процессе разработки залежи. На газовых месторождениях в основном проявляются газовый  и водонапорный режимы.

Режим существенно влияет на разработку залежи и наряду с  другими факторами определяет основные условия эксплуатации, к которым, например, относятся темп падения  давления и дебитов газа, обводнение скважин и т. п.

Режим работы залежи зависит  от геологического строения залежи; гидрогеологических условий, ее размеров и протяженности  водонапорной системы; (физических свойств  и неоднородности газовых коллекторов; темпа отбора газа из залежи; используемых методов поддержания пластового давления (для газоконденсатных месторождений).