книги / Нефтегазовая гидрогеология

шивания иловых растворов с придонными водами морского (или иного) бассейна меняется степень биохимического преобразова­ ния органических компонентов осадков, серьезнейшим образом влияющая на нефтегазогенерационный потенциал осадков и об­ разующихся из них пород, а значит, на возможность и характер процессов генерации и аккумуляции УВ в дальнейшем.

Стадия катагенеза охватывает наибольший период в «жизни» седиментитов. На подстадии протокатагенеза водные растворы в постепенно уплотняющихся глинистых и других породах иг­ рают роль среды для термокаталитических процессов измене­ ния ОВ, постепенного «созревания» этих веществ для макси­ мальной генерации УВ. По мере удаления этих вод и уменьше­ ния обводненности седиментитов ускоряется подготовка глав­ ной фазы нефтеобразования. Кроме того, воды, выжимаемые из интенсивно уплотняющихся глин в менее уплотняющиеся кол­ лекторские породы, выносят туда часть органических соедине­ ний, тем самым участвуя уже в некоторой начальной реализа­ ции нефтегазогенерационного (особенно газогенерационного) потенциала пород.

Гидрогеологические условия подстадии мезокатагенеза, с кото­ рой связана главная фаза нефтеобразования, заслуживают особого внимания. Здесь важнейшее значение приобретают дегидратационные воды, высвобождающиеся из кристаллогидратного состоя­ ния в глинистых минералах (прежде всего в монтмориллоните). Именно эти воды и формирующиеся на их основе растворы пред­ ставляют существеннейшие элементы как среды, так и транспорта при миграции УВ из мест (очагов) образования последних. Про­ странственное распространение водных растворов, растворитель в которых в весьма существенной мере представлен дегидратационными водами, в целом близко совпадает с главной зоной нефтеоб­ разования.

На подстадии апокатагенеза продолжает сказываться опреде­ ленное влияние гидрогеологических факторов на аккумуляцию нефти и особенно газа. Так, в начале этой подстадии дегидратационные воды, правда, возникающие в относительно меньших коли­ чествах, чем ранее, продолжают играть роль среды и отчасти эва­ куатора при интенсивной эмиграции метана из газопроизводящих пород, что отвечает главной зоне газообразования.

С дальнейшим течением апокатагенеза связаны уже, главным образом, процессы деструкции УВ. Важное значение приобретает также химическая активность самого вещества воды, приводящая к разложению (конверсии) метана, а возможно и других УВ, и к образованию вследствие этого углекислого газа.

При метагенезе и гипергенезе аккумуляции как нефти, так и углеводородных газов в существенных масштабах уже не происхо­ дит: либо нефтегазогенерационный потенциал пород полностью реализован до наступления этих стадий литогенеза, либо условия для его реализации (включая аккумуляцию нефти и газов), осо­ бенно гидрогеологические, не благоприятны. При гипергенезе пре­ обладают процессы инфильтрации вод в осадочную толщу из вне­ шних геосфер (в отличие от эксфильтрации вод для всех рассмот­ ренных стадий) — они понижают температуру, привносят извне окислители. Такие гидрогеологические условия, определенно, пре­ пятствуют протеканию процессов нефтегазогенерации и способ­ ствуют деструкции УВ и их скоплений.

На этапе гипергенеза наглядно вырисовывается возможность активного отрицательного влияния гидрогеологических факторов на аккумуляцию и консервацию УВ, происходит их деструкция, однако вполне возможны и явления переформирования ранее воз­ никших скоплений, а также трансформация УВ в твердые битумы.

Глава X I

НЕФТЕГАЗОПОИСКОВАЯ

ГИДРОГЕОЛОГИЯ

Нефтегазопоисковая гидрогеология — раздел гидрогеологии, включающий информацию о гидрогеологических показателях и критериях при поисках залежей нефти и газов и о методике гидро­ геологических исследований при этих поисках.

Нефтегазопоисковая гидрогеология может обосновать три уровня прогноза (оценки) перспектив поисков залежей нефти и газа: ре­ гиональный, т.е. для целого нефтегазоносного или возможно неф­ тегазоносного бассейна, а также обособленного гидрогеологичес­ кого этажа бассейна; зональный — для нефтегазоносной или воз­ можно нефтегазоносной зоны, представляющей часть бассейна; локальный — для отдельной ловушки, которая может содержать месторождение, или отдельного горизонта с ловушкой, возможно содержащей залежь.

По направленности можно различать абсолютный (типа есть — нет) и сравнительный (типа больше — меньше) прогнозы. Для ре­ гиональных и зональных оценок используется в основном сравни­ тельный прогноз.

В настоящее время наибольшее значение имеет локальный про­ гноз нефтегазоносности. Он базируется в значительной степени на ореолах рассеяния залежей газа и нефти, ореолах геохимичес­ кого влияния залежей нефти и газа.

§ 1. НЕФТЕГАЗОПОИСКОВЫЕГИДРОГЕОЛОГИЧЕС­ КИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Нефтегазопоисковые гидрогеологические показатели весьма разнообразны. Предложен ряд классификаций таких показателей и схемы их рациональных комплексов.

Практика привела к выводу о том, что наиболее надежны неф­ тегазопоисковые показатели, опирающиеся на газовый состав вод. Среди таких показателей важное место занимает давление насы­ щения (упругость) растворенных в водах газов, как относительно надежный критерий наличия или отсутствия залежей газов. Осо­ бое значение имеет так называемый коэффициент газонасыщенности вод, т.е. отношение величины давления (упругости) раство­ ренных газов рГк величине давления в водоносном пласте рч (он

выражается и через дефицит упругости водорастворенных газов:

àp = p B~ p T).

Врезультате газового анализа вод (анализа смеси газов, полу­

ченной путем дегазации пробы воды) получают данные о содержа­ нии отдельных растворенных газов, а затем расчетным путем оп­ ределяют их парциальные упругости. При расчетах упругости во­ дорастворенных газов возможны два случая: 1) преимущественно монокомпонентный состав газов и давление ниже 15 МПа; 2) слож­ ный состав газов (например, 65 % метана, 35 % азота) и давление более 15 МПа. В первом случае можно пользоваться более про­ стой методикой расчета, основанной на законе ГенриДальтона. Методика расчетов упругостей для более сложных случаев разра­ ботана А. Ю. Намиотом и М. М. Бондаревой (1963).

Метод прямого определения упругости водорастворенных газов в скважине предложен И. К. Зерчаниновым (1962); он требует за­ меров газонасыщенности в четырех-пяти точках по стволу сква­ жины.

Рациональный комплекс гидрогеологических показателей нефтегазоносности, предложенный А. А. Карцевым и другими исследо­ вателями в 1982 г., включает показатели: а) газовые, б)органо-гид- рогеохимические, в) минерально-гидрогеохимические, г) гидрогеодинамические, д) гидрогеотермические, е) палеогидрогеологические.

Кгазовым показателям относятся: общая газонасыщенность воды (см3/л); упругость водорастворенных газов (МПа); коэффициент газонасыщенности вод pJpB, содержания (см3/л, % суммы водора­ створенных газов) метана, гомологов метана (сумма), бутанов, пен­ танов, гексанов, гелия (в нефтегазоносных толщах и выше их — отрицательный показатель), сероводорода; коэффициенты метан/ этан и метан/(пропан + высшие гомологи); аргон-азотный коэф­ фициент.

Коргано-гидрогеохимическим показателям относятся: сумма и состав жидких (нефтяных) УВ; бензол, толуол и другие арены; ле­

тучие жирные кислоты; коэффициент битумоидности / Сорг; Сорг; См; фенолы, спирты; сера органическая; фосфор органический.

Минерально-гидрогеохимические показатели (включая микро­ элементы): аммоний; сульфатонасыщенность воды; сульфатность относительная и общая; общая минерализация воды; хлориднокальциевый и гидрокарбонатно-натриевый типы вод по В. А. Сулину (второй — при преобладании натрия среди катионов); йод, бром, хлор-бромное отношение (отрицательный показатель); бор, барий, никель, ванадий, кобальт, молибден, ртуть, герма­ ний. По Р. Г. Прокопьевой (1989), в Западной Сибири из 40

Рие. 56. Схема расположения водного ореола рассеяния залежи УВ (по В. М. Матвеевичу, с изменениями)

изученных микроэлементов 30 показали информность для нефтя­ ных (но не газовых) залежей, причем к оптимально информатив­ ным предлагается отнести медь и хром.

Гидрогеодинамические и гидрогеотермические показатели: пьезо­ минимумы, пьезомаксимумы в верхних водах; гидрогеотермичес­ кие аномалии.

При выявлении и интерпретации газовых, органо-гидрогеохи­ мических и минерально-гидрогеохимических локальных показа­ телей особое значение имеет установление водных ореолов рассея­ ния залежей (рис. 56), основанное на определении фоновых и ано­ мальных концентраций газов (аномальные концентрации в неко­ торых случаях могут быть и отрицательными по знаку, например,

для азота). Гидрогеологические ис­

следования с нефтегазопо­ исковыми целями прово­ дятся на различных этапах поисковых работ. В основе всех нефтегазопоисковых гидрогеологических иссле­ дований должно лежать гидрогеологическое райо­ нирование. При слабой изу­ ченности территории оно может частично опираться на общегеологические и орогидрографические дан­ ные. Оценка нефтегазоносности дает наилучшие ре­ зультаты, если при этом рассматривается гидрогео­ логический бассейн в це­ лом. Изучение и оценка от­ дельных локальных элемен­

тов должно проводиться с учетом их положения в бассейне.

В соответствии с рекомендациями Л. М. Зорькина, М. И. Суб­ боты, Е. В. Стадника прогнозы целесообразно проводить в три этапа: 1) оценка бассейнов и крупных территорий в целом; 2) оценка отдельных этажей бассейнов (комплексов) и территорий (зон) в пределах бассейнов; 3) оценка локальных площадей (участков) с целью решения вопроса о постановке поискового бурения.

Характеристика нефтегазопоисковых гидрогеологических иссле­ дований приводится в табл. 19. Использованная в ней схема ста­

дийности разработана для гидрогеохимических исследований со­ трудниками ВНИИЯГГа (Л. М. Зорькин, А. В. Петухов, Е. В. Стадник и др., 1977).

Таблица 19

Основные задачи и виды гидрогеологических исследований на различных этапах поисков месторождений (залежей) нефти и газа

Гидрогеологические исследования

Региональные	Прогнозно­	Поисково-оценочные
	рекогносцировочные
Цель и назначение исследований
Выявление региональ­	Выделение локальных	А. Разбраковка ЛЭНР.
ных элементов (зон)	элементов нефтегеологи­	Выделение локальных
нефтегеологического	ческого районирования	объектов под глубокое
районирования (РЭНР)	(ЛЭНР) с аномальными	поисковое бурение.
с аномальными характе­	характеристиками пока­	Оптимизация размеще­
ристиками показателей	зателей нефтегазонос­	ния поисковых скважин
нефтегазоносности.	ности. Оценка нефте­	и последовательности
Выделение представи­	газоносности выделен­	их проходки.
тельных горизонтов.	ных объектов. Обосно­	Б. Выделение вероятно
Оценка нефтегазонос­	вание направления,	продуктивных гори­
ности и обоснование	рационального комплек­	зонтов в разрезе
направления рациональ­	са, объемов, последова­	глубоких поисковых
ного комплекса работ на	тельности проведения	скважин
на последующих стадиях.	дальнейших работ
	Виды и масштабы работ
Маршрутные гидрогео­	Профильные и площад­	А. Площадные гидро­
логические исследо­	ные гидрогеологические	геологические съемки
вания естественных	съемки масштабов	масштабов 1:100 000,
и искусственных водо-	1:200 000 и 1:100 000 по	1:50 000 и 1:25 000 по
пунктов в масштабе	неглубокозалегающим	опорным горизонтам
1:200 000 и мельче,	горизонтам в пределах	(до 600 м) в предалах
а также гидрогео­	РЭНР (или ЛЭНР)	ЛЭНР с аномальными
логические	с аномальными характе­	характеристиками
исследования в скважи­	ристиками гидрогео­	гидрогеологических
нах опорного	логических показателей	показателей нефтегазо­
бурения.	или структурных подня­	носности, выявленных
	тий, установленных	прогнозно-рекогнос­
	региональными геолого­	цировочными исследова­
	геофизическими иссле­	ниями, или на струк­
	дованиями. Гидрогео­	турах, установленных
	логические исследо­	геолого-геофизичес­
	вания в параметричес­	кими работами.
	ких скважинах	Б. Гидрогеологические
		исследования в поиско­
		вых скважинах

Продолжение таб. 19

Гидрогеологические исследования

Региональные	Прогнозно­	Поисково-оценочные
	рекогносцировочные
	Результаты поисковых работ
Региональная гидрогео­	Мелкомасштабные	А. Мелко-средне­
логическая карта	гидрогеологические	масштабные гидрогео­
масштаба 1:500 000.	карты масштаба	логические и прогноз­
Перечень перспектив­	1:200 000. Перечень	ные карты масштабов
ных зон (площадей) для	перкспективных локаль	1:1 000 000, 1:50 000 и
постановки работ	ных объектов (ЛЭНР).	1:25 000. Перечень ло­
последующих стадий.	Рекомендации по	кальных объектов для
Рекомендации по	направлению дальней­	постановки поискового
направлению поисковых	ших поисковых работ.	бурения. Рекоменда­
работ		ции по заложению пер­
		вых и последующих
		глубоких поисковых
		скважин.
		Б. Гидрогеологические
		разрезы и рекоменда­
		ции по опробованию

Следует указать, что при прогнозно-рекогносцировочных и, глав­ ным образом, при поисково-оценочных исследованиях часть пока­ зателей используется также для выявления ловушек нефти и газа.

Важнейшим источником информации для определения нефте­ газопоисковых гидрогеологических показателей служит опробова­ ние скважин.

§ 2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЛОВУШКИ НЕФТИ И ГАЗА

Теория гидравлических (гидродинамических) ловушек и гид­ равлически экранированных залежей нефти и газа разрабатыва­ лась многими исследователями: В. П. Савченко, А. А. Плотнико­ вым, Ю. П. Гатгенбергером, Н. А. Еременко, И. М. Михайловым, М. Хаббсртом, А. Леворсеном. Установлена существенная роль гидравлических ловушек в формировании залежей нефти и газа. В старых нефте- и газодобывающих районах, где имеется произ­ водственная база и широкая сеть действующих нефте- и газопро­ водов, но значительно истощен фонд перспективных локальных структур, поиски гидравлически экранированных залежей приоб­ ретают немаловажное народнохозяйственное значение.

Рис. 57. Соотношения наклонов пьезосетрической и структурной поверхностей, опреде­ ляющие различные условия миграции УВ по пласту-коллектору (по А. А. Плотникову):

1 - пьезометрическая поверхность, 2 - кров­ ля пласта-коллектора

Возникновение гидравлических ловушек обусловлено динами­ ческим состоянием водонапорной системы. Образование залежей нефти и газа в пологозалегающих пластах может быть связано с уравновешиванием силы всплывания нефти или газа (архимедо­ вой) перепадом напора пластовой воды (гидравлической силой), с изменением величины этого перепада в зонах резкой смены кол­ лекторских свойств и с сокращением мощностей коллекторов на отдельных участках.

По В. П. Савченко и А. А. Плотникову сила всплывания нефти и газа Fz выражается через наклон кровли пласта-коллектора / = sin а (а — угол наклона кровли пласта по отношению к горизон­ тальной плоскости), так как Fa~ f (/).

Гидравлическая сила F , вызывающая движение вод по пласту, выражается через наклон пьезометрической поверхности /nmp=sin ф (ф — угол наклона пьезометрической поверхности по отношению к горизонтальной плоскости), так как F ~ f ( i nmр).

Условиям миграции УВ при образовании гидравлически экра­ нированных залежей зависят от типа водонапорной системы. В инфильтрационной водонапорной системе, где чаще наблюда­ ется совпадение наклонов структурных и пьезометрических по­ верхностей, возможны следующие случаи условий миграции УВ:

/ > / — гидравлическая сила больше архимедовой силы всплывания УВ (FTm> Fa ), поэтому они переносят­ ся вниз по пласту (рис. 57, а);

/ < / — гидравлическая сила меньше архимедовой силы (Fnm< Fa), поэтому УВ всплывают вверх по пласту (рис. 57, б);

/г ш = / — гидравлическая сила уравновешивает архиме­ дову силу (Fwp = FB), поэто­ му условия для миграции УВ отсутствуют (рис.57, в).

В эксф и л ьтрац и он н ой водонапорной системе на­ клоны структурных и пьезо­ метрических поверхностей чаще примерно совпадают. Углеводороды под воздей­ ствием однонаправленных

архимедовой и гидравлической сил мигрируют вверх по пласту (рис. 57, г).

В инфильтрационной водонапорной системе обычны случаи, когда пьезометрическая поверхность представляет собой плоскость, наклоненную под углом <р к горизонту. Тогда градиент напора по­ стоянен для всего водоносного пласта. При некоторой неровности структурного рельефа образование гидравлической ловушки угле­ водородов происходит, если по направлению гидравлического ук­ лона наклон кровли пластаколлектора /н больше i , а вверх по восстанию пласта наклон кровли /в удовлетворяет условию /в < /гкдр Таким образом, образование гидравлической ловушки происхо­ дит при условии /н > > /в.

При переменном градиенте напора условие образования гид­ равлической ловушки определяется неравенством /ипир > / > /нгидр,

где 4-гидр’ *н.тоф — наклон пьезометрической поверхности соответ­ ственно вверх по восстанию и вниз по падению пласта.

Возникновение гидравлической ловушки возможно также в зоне резкой смены коллекторских свойств водоносного пласта (при постоянной мощности). В этом случае наблюдаются увеличение наклона пьезометрической поверхности в зоне ухудшения коллек­ торских свойств и ее выполаживание при улучшении проницаемо­ сти пород.

Очень важно, что действие гидравлического элемента может проявляться в ловушках разного типа, т.е. существуют ловушки смешанного, комбинированного типа, например, литологическигидродинамические и т.п. Роль гидравлического элемента в воз­ никновении той или иной ловушки количественно может изме­ няться от нуля (ловушки других типов) до 100 % (чисто гидравли­ ческая ловушка).

Количественно действие гидравлического элемента в возник­ новении комбинированных ловушек нефти и газа, по Ю. П. Гаттенбергеру, выражается следующей формулой (рис. 58):

h = (рпрор ± AH) / (рв - рн), (XI.1)

где рпрор — давление прорыва (в понимании В. П. Савченко); ДЯ — разность напоров выше и ниже ловушки; рв, рн — плотности соответственно воды и нефти (газа); h — высота залежи.

При рпрор = 0 будет чисто гидравлическая ловушка. При А Я = 0 роль собственно гидравлического фактора в возникновении ло­ вушки отсутствует.

Примеры чисто гидравлических ловушек, по Ю. П. Гаттенбергеру и Э. Дальбергу: ловушки на площадях Алексеевская, Уит, Га­

Рис. 58. График, иллюстрирующий зави­ симость высоты гидравлически экраниро­ ванной залежи УВ от гидродинамических условий в пласте.

Заштрихована залежь УВ

льегос (рис. 59); пример сме­ шанной литологически-гидро- динамической ловушки — ло­ вушки горизонта Д1УБелебеевской площади и ловушка мес­ торождения Хьюготон (рис. 60).

Следует заметить, что гид­ равлический экран, создающий ловушку, может находиться не только в том пласте, где обра­ зуется залежь, но и в вышеле­ жащем, т.е. перепад напоров может быть как по падению пласта, так и по разрезу. В пос­ леднем случае действие (экра­ нирующее) этого фактора до­

бавляется к действию покрышки (водоупора), которая без него может оказаться и недостаточной для удержания залежи.

Рис. 59. Карта потенциомкетрической (пьезометрической) поверхнос­ ти, отражающая гидродинамическую обстановку в песчанике Галлуп (Э. Ч. Дальберг, 1985).

1 - изолинии гидравлического напора, м , 2 - изогипсы кровли песчаника Галлуп, м; 3 - нефтяные залежи на месторождениях Гальегос (I) и Бисти (II); 4 - направления гидравлического уклона