книги / Нефтегазовая гидрогеология
..pdfшивания 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
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.
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
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