НЕФТЕГАЗОВАЯ И НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЯ

РОЛЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ФОРМИРОВАНИИ И СОХРАНЕНИИ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ И ГАЗА

Теоретической основой нефтегазопоисковой гидрогеологии служит учение о гидрогеологических условиях генерации, формирования, разрушения скоплений углеводородов.

Процессы нефтегазообразования, нефтегазонакопления и рассеяния нефти и газа от начала и до конца происходят в среде, существенным элементом которой выступают подземные воды. Роль последних как фактора, созидающего и разрушающего нефтяные и газовые месторождения, чрезвычайно велика и может быть решающей. Подземная гидросфера определяет размещение залежей УВ, способствует тепло- и массопереносу, поэтому гидрогеологические критерии являются наиболее информативными для прогнозирования и поисков новых местоскоплений.

Нефть и газ до и после своего существования в виде залежей частично находятся в растворенном состоянии в подземных водах, химически связаны с ними и представляют собой часть их химического состава. В воде растворены ОВ, из которых образуются углеводородные газы, нефтяные углеводороды и другие вещества, входящие в состав нефти. Процесс превращения этих исходных веществ в нефть и газ протекает в водном растворе.

Формирование залежей нефти и газа связано с определенными гидрогеологическими условиями в ловушках и вблизи них. Хотя в стадии своего существования в виде залежей нефть и газ не входят в состав подземных вод, но сами залежи являются элементами водонапорных систем. Подземные воды поставляют вещество для формирования нефтяных и газовых скоплений. Гидрогеологические факторы создают условия, способствующие формированию и разрушению этих скоплений. Поэтому для изучения процессов формирования и разрушения нефтяных и газовых месторождений необходимо знать газовый состав вод, гидрогеологические условия ловушек нефти и газа.

В подземных водах заключены громадные объемы растворенных углеводородных газов, основную часть которых составляют метан

и его гомолог, которые движутся с подземными водами в виде растворов, эмульсий, в составе трех- или двухфазного потока. При превышении предельной газонасыщенности вод газы могут частично выделяться в свободную фазу в виде пузырей различных диаметров. Выделившись, газ может двигаться дальше путем всплывания в водах, заполняющих коллектор (А.А. Карцев, 1972). Все исследователи признают ведущую роль подземных вод в процессах миграции нефти и газа, т.е. любого перемещения этих веществ в земной коре. Изучая нефтегазопроявления, ученые установили связь скоплений нефти и газа с антиклинальными поднятиями, что навело на мысль о вертикальной миграции УВ по системам мелких трещин, разбивающих своды антиклиналей. По их мнению, складкообразование приводит к выжиманию нефти из битуминозных пород, подстилающих зону повышенной трещиноватости. Передвижение и перераспределение подвижных веществ внутри природных резервуаров доказаны их вполне закономерным распределением по удельным массам в хорошо проницаемых пластах, разделенных непроницаемыми породами.

Факторы, вызывающие перемещение подвижных веществ в горных породах. При перемещении УВ могут находиться в одном из следующих состояний:

• • в виде сырой нефти, содержащей растворенный газ;
• • в виде паров, способных преобразоваться в нефть или газ в результате изменений температуры или давления. Явление перехода газовой смеси при повышении давления через жидкую фазу в парообразную носит название ретроградной конденсации;
• • в виде вязкой асфальтоподобной нефти;
• • в виде отдельных молекул или групп молекул УВ;
• • в виде молекулярных пленок на воде или частицах породы. Факторами, вызывающими перемещение веществ, являются:
• • геостатическое, геотектоническое давление (выжимание, уплотнение, складкообразование);
• • гравитационный фактор (гравитационное разделение флюидов);
• • гидравлический фактор (при движении воды увлекает за собой мельчайшие капли нефти и газа или вытесняет их из пор и перемещает);
• • капиллярные и молекулярные силы, направляющие капли нефти из мелких пор в сторону крупных, так как капиллярные силы в тонких порах всегда больше гравитационных сил;
• • диффузия, приводящая к перемещению веществ с целью выравнивания концентраций в направлении наименьшей концентрации;
• • энергия газов;
• • упругие силы расширения жидкости и пород;
• • изменение объема пор.

Миграционные процессы можно классифицировать по нескольким основаниям:

• • по форме (характеру) движения нефти и газа выделяют молекулярную и свободную миграцию;
• • по масштабу движения — локальную и региональную;
• • по путям движения — внерезервуарную и внутрирезервуарную;
• • по направлению — боковую (латеральную) — перемещение веществ внутри однородной породы в направлении, параллельном напластованию, и вертикальную — передвижение веществ в направлении, поперечном напластованию пород;
• • по отношению к толще, где происходит движение, — первичную (эмиграцию) — перемещение нефти и газа из нефтематеринских пород в прилегающие коллекторы. Сформировавшиеся на этом этапе залежи находятся в благоприятных гидрогеологических условиях, проявляющихся в весьма медленном движении седи-ментационных вод, содержащих некоторое количество растворенного О В, что обеспечивает миграцию растворенных нефтеобразующих ОВ и способствует образованию и сохранению залежей, и вторичную — перемещение нефти и газа по проницаемым коллекторским пластам с последующим образованием их залежей;
• • по отношению к коллекторам различают водорастворенную (или пассивную) и струйную (активную) миграцию (рис. 8.1).

Появление колебательных движений, тектонических нарушений приводит к тому, что многие структурные формы вскрываются эрозией, размываются, вследствие чего нефтяные и газовые залежи получают доступ к дневной поверхности, т.е. возникают условия их разрушения, происходит перераспределение нефти и газа, формируются новые залежи, седиментационные воды заменяются инфиль-трационными (инфильтрационный этап). Нефтегазонакопление происходит в зонах разгрузки газонефтеносных комплексов или вблизи них, в местах, куда направляются подземные потоки.

В результате движения воды, а вместе с ними нефти, газа и нефтеобразующих веществ заполняют ловушки, расположенные на пути к зонам разгрузки. Различают следующие виды миграции углеводородов: миграция УВ в водорастворенном состоянии, миграция УВ в жидкодисперсном состоянии, миграция нефти в виде газовых растворов.

Водная миграция УВ реальна, если учесть, что нефть, газ и подземные воды — неизбежный продукт литогенеза — общего процесса, при котором происходит дифференциация твердой и жидкой фаз. На каждой стадии литогенеза генерируется определенная ассоциация УВ и формируются подземные воды определенного типа. Возможность водной миграции углеводородных газов (У В Г) определяется их хорошей растворимостью, на которую влияют минерализация вод, глубина, температура и давление. Высокая минерализация вод снижает растворимость углеводородных газов, с ростом температуры и давления растворимость увеличивается. Значение миграции водорастворенных веществ УВ, особенно газов, определяется вездесущностью вод и их высокой растворяющей способностью. Для нефтяных УВ она менее значительна.

Миграция нефти в жидкодисперсном состоянии, т.е. в виде тонкодисперсных эмульсий в воде, осуществляется при наличии двух фаз и присутствии в одной из фаз (водной или углеводородной) поверхностно-активных веществ (ПАВ). Роль ПАВ в подземных водах играют жирные кислоты и другие компоненты водорастворенного О В. Выделение УВ из вод может происходить путем фильтрационного (мембранного) эффекта — разгрузки через поры водоупорной кровли в тонкодисперсном состоянии. В силу гравитационного фактора эти мелкие скопления, всплывая и сливаясь в крупных ловушках, могут образовать залежь.

Миграция в виде газовых растворов подтверждается высокой газо-насыщенностью вод нефтяных и газовых месторождений. При этом в водах растворено не более 10% газа, генерируемого осадочными толщами бассейна. При эмиграции УВГ большое значение имеет диффузия, так как она протекает постоянно при наличии перепада давлений или концентрации. Следы миграции всех форм можно наблюдать в естественных обнажениях в виде трещин, залеченных обломками терригенных пород, кальцитом и другими минералами.

Струйная миграция нефти и газа — единственная форма миграции, обеспечивающая перенос флюидов после образования самостоятельной фазы в проницаемых водонасыщенных породах. Наряду с УВГ в подземных водах много различных органических соединений, которые растворены в ионной, молекулярной и коллоидной формах. Среди них присутствуют компоненты нефтей, нефтеобразующие вещества и продукты разрушения нефти. Общее содержание О В в воде выражается суммой органического углерода С_орг. Органическим веществом наиболее обогащены приконтурные воды нефтяных и особенно газоконденсатных месторождений. На содержание ОВ оказывает влияние обогащенность органическим веществом горных пород. Преобладающими органическими компонентами являются различные органические кислоты — жирные, низкомолекулярные, фенолы и их производные, органический азот, фосфор и сера. Для гидрогеологии нефтяных и газовых месторождений наибольшее значение имеют углеводороды.

Выделяют также внутрирезервуарную миграцию, при которой образуются залежи, и внерезервуарную миграцию — локальную и региональную, т.е совокупность явлений перемещения углеводородных соединений через мощные толщи горных пород (как результат грязевые вулканы, нефтяные озера, газовые извержения). Кроме миграции нефти и газа различают эмиграцию — миграцию из одной породы в другую.