Глава XIV. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПОИСКАХ, РАЗВЕДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Нефтяная и газовая промышленность занимает ведущее место в экономике нашей страны и мира в целом. Доля нефти и газа в энергетическом балансе мира составляет в настоящее время «коло 60%. Нефть, газ и их продукты используются почти во всех отраслях народного хозяйства: на транспорте и в медицине, в судостроении и сельском хозяйстве, в текстильной, химической и пищевой промышленности, в дорожном строительстве и энергетике и многих других.
В условиях технического прогресса спрос на нефть и газ постоянно возрастает. К концу
Успешное решение этих задач невозможно без выполнения соответствующих гидрогеологических исследований и обоснований, которые должны сопутствовать осуществлению геологоразведочных работ на нефть и газ на всех стадиях их проведения, начиная с региональных исследований территорий и оценки перспектив их нефтегазоносности и кончая промышленным освоением и разработкой нефтяных и газовых месторождений.
Важность и эффективность гидрогеологических исследований в решении задач поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений объясняется тем, что нефтяные и газовые залежи теснейшим образом связаны с подземными водами, являются элементами природных водонапорных систем. Процессы образования нефти и газа, скопления этих полезных ископаемых в залежи, разрушения и рассеивания происходят в пористой среде, существеннейшим элементом которой являются подземные воды. Роль последних как фактора, созидающего и разрушающего нефтяные и газовые месторождения и определяющего условия их эксплуатации, является ведущей, а во многих геологических структурах и решающей. Это предопределило быстрое развитие самостоятельной отрасли научных знаний — гидрогеологии нефтяных и газовых месторождений и ее подразделений — нефтегазопоисковой и нефтегазопромысловой гидрогеологии.
Задачи нефтегазопоисковой гидрогеологии — изучение гидрогеологических условий территорий и использование гидрогеологических показателей и критериев для оценки перспектив их нефтегазоносности и осуществления поисков месторождений и залежей нефти и газа. Нефтегазопромысловая гидрогеология занимается вопросами гидрогеологических исследований в специфических нефтегазопромысловых условиях в целях разведки, проектирования разработки, промышленного освоения и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений (3, 4, 6, 9, 11).
Нефть и газ до и после своего существования в виде залежей частично находятся в растворенном состоянии в подземных водах. Формирование залежей нефти и газа связано с определенными гидрогеологическими условиями в структурах (ловушках) и вблизи них, а сами залежи являются элементами водонапорных комплексов и систем, с которыми находятся в гидравлическом единстве, физическом, химическом и механическом взаимодействии. Эти и другие особенности формирования, разрушения, условий залегания, режима и взаимодействия нефтяных и газовых месторождений с подземными водами дают основания для широкого и эффективного использования гидрогеологических исследований при поисках, разведке, геологопромышленной оценке и разработке нефтяных и газовых месторождений.
§ 1. Гидрогеологические особенности основных типов нефтегазоводоносных бассейнов и месторождений нефти и газа
Почти все нефтяные и газовые месторождения находятся внутри водонапорных систем, образуя в совокупности нефтегазоводоносные бассейны, или нефтегазоносные бассейны подземных вод (3, 4, 6, 9). В последние годы принято считать, .что основное условие нефтегазоносности бассейна подземных вод — наличие достаточной по мощности (не менее 2—3 км) толщи осадочных образований, обеспечивающей возможность развития процессов нефтеобразования, главная фаза которых наступает при погружении осадочных пород на глубины, на которых температура достигает 70—100° С и более (6).
Нефтегазоносны обычно бассейны напорных пластовых вод. В бассейнах с развитием трещинного типа вод и в сочлененных системах мелких бассейнов пластовых и трещинных вод, испытавших значительные изменения при тектонических процессах, нефтегазовые месторождения, как правило, уже разрушены. Таким образом, нефтеобразование и нефтегазонакопление связаны с седиментационными (элизионными) этапами гидрогеологического развития водонапорных систем и соответственно с седиментационными водами, разрушение нефтяных и газовых залежей — с инфильтрационными этапами развития систем и инфильтрационными водами.
Изучение нефтегазоводоносных бассейнов позволяет выделить среди них три основных типа, характеризующихся определенными геолого-структурными и гидрогеологическими особенностями (6,9).
1. Бассейны Iтипа (палеозойские) располагаются в пределах платформ с древним (докембрийским) фундаментом и частично захватывают прилегающие древние краевые прогибы (Печорский, Балтийский, Днепровско-Донецкий, Припятский, Ангаро-Ленский, Волго-Уральский нефтегазоносные бассейны подземных вод). В орографическом отношении эти бассейны размещаются в пределах равнин и древних предгорий. Нефтегазоносность бассейнов Iтипа связана в основном с палеозойскими и частично с мезозойскими отложениями (в пределах наложенных бассейнов). Для них характерно однообразие химического и газового состава подземных вод, слабая газонасыщенность, преобладание рассолов и вод хлоркальциевого типа, значительное развитие и роль современных инфильтрационных процессов почти во всех водоносных комплексах и вместе с тем слабая подвижность заполняющих их подземных вод.
Бассейны IIтипа (мезозойские) в тектоническом отношении располагаются на плитах с молодым (палеозойским) фундаментом, захватывая прилегающие молодые краевые прогибы альпийских горных сооружений. В орографическом отношении они находятся в пределах равнин и эпиконтинентальных участков морей, захватывая предгорья молодых высоких горных сооружений. Нефтегазоносность в бассейнах IIтипа связана преимущественно с мезозойскими отложениями (Предкарпатский, Причерноморский, Азово-Кубанский, Среднекаспийский, Амударьинский, Ферганский, Афгано-Таджикский бассейны). Для них характерно сочетание в разрезе инфильтрационных и элизионных систем, широкое развитие наряду с рассолами относительно маломинерализованных подземных вод, высокая газонасыщенность и резкая изменчивость химического и газового состава в плане и по разрезу, локальные проявления инверсионной гидрохимической зональности и гидродинамических аномалий. Промежуточное между Iи IIтипами положение занимает крупнейший в мире Западно-Сибирский нефтегазоносный бассейн подземных вод (6).
IIIтип нефтегазоносных бассейнов в СССР представлен Южно-Каспийским бассейном и характеризуется нефтегазоносностью преимущественно кайнозойских отложений. Он расположен во внутренней впадине альпийской складчатой системы, занятой морским водоемом и межгорными впадинами. В гидрогеологическом отношении для него показательно исключительное развитие элизионного водообмена, чрезвычайно высокая газонасыщенность основной части разреза, аномальное распределение различных по составу вод (инверсионная, гидрохимическая зональность) и аномально высокие пластовые давления в глубоких водоносных комплексах, уменьшающиеся к краевым участкам межгорных впадин.
Пространственное размещение зон нефтегазонакопления в пределах нефтегазоводоносных бассейнов увязывается с их геолого-структурными и литолого-фациальными особенностями и гидродинамическими условиями. Наиболее благоприятны для создания залежей закрытые водонапорные системы элизионного типа, в которых образующиеся в нефтематеринских породах нефть, и газ имеют наилучшие условия для отжима их из глинистых отложений и поступления в пласты-коллекторы. В открытых и полузакрытых системах, где обеспечиваются благоприятные условия для продвижения инфильтрационных вод по пластам-коллекторам, залежи нефти и газа оказываются разрушенными либо смещенными к центральным частям водонапорных систем к зонам замедленного и весьма замедленного водообмена. Так, в нефтегазоносных бассейнах равнинного типа (Iтип), где чаще в комплексах осадочных отложений развиты инфильтрационные воды, залежи нефти и газа встречаются лишь в центральных частях бассейнов, на значительном удалении от областей современного инфильтрационного питания (в Западно-Сибирском и Волго-Уральском артезианских бассейнах). В межгорных артезианских бассейнах, где наиболее ярко проявляется отжимной режим водонапорных систем, а отжимаемые седиментационные воды движутся от центральных частей впадин к их окраинам, месторождения нефти и газа тяготеют в основном к прибортовым зонам.
Наиболее сложно и разнообразно пространственное размещение нефтегазонакоплений в пределах предгорно-равнинных (мезозойских) бассейнов, где в верхних горизонтах разреза имеет место инфильтрационный режим, а в более глубокозалегающих — инфильтрационно-элизионный, что и находит соответствующее отражение в распределении залежей нефти и газа (как, например, в Азово-Кубанском нефтегазоводоносном бассейне).
Существенная информация о размещении скоплений нефти и газа в пределах нефтегазоводоносных бассейнов может быть получена в результате изучения их гидрогеологических особенностей и аномалий, существование и проявление которых тесно связано с условиями и пространственными закономерностями нефтегазонакоплений. Под гидрогеологическими аномалиями понимаются заметные локальные отклонения гидрогеологических условий от установленных для изучаемой территории общих гидрогеологических условий и закономерностей. Отклонения обычно выражаются аномальным поведением гидродинамических, гидрогеохимических, гидрогеотермических и других показателей и дают основания для выделения соответственно гидродинамических (пьезоминимумы и пьезомаксимумы), гидрохимических (аномалии подземных вод по минерализации, хлоридности, составу и содержанию растворенных газов, микрокомпонентов и др.) и гидрогеотермических аномалий. Изучение и соответствующая интерпретация гидрогеологических особенностей и аномалий широко используются в нефтегазопоисковой гидрогеологии, а также при разведке и разработке месторождений нефти и газа.
В соответствии с существующим положением геологоразведочные работы на нефть и газ проводятся в следующие стадии: 1) региональные геолого-геофизические работы; 2) подготовка площадей геолого-геофизическими методами к поисковому бурению; 3) поиски месторождений (залежей) нефти и газа; 4) разведка месторождений (залежей) нефти и газа. В зависимости от масштаба и ценности месторождения, степени изученности территории и других факторов отдельные стадии могут выпускаться или совмещаться.
Поисково-разведочные работы на нефть и газ выполняются на базе широких геологических и гидрогеологических обобщений и включают комплексное изучение недр с помощью геолого-структурного картирования, полевых и промысловых геофизических исследований, поисково-разведочного бурения, геохимических методов разведки, гидрогеологических, гидрохимических и других видов исследований. Гидрогеологические исследования ведутся на всех стадиях поисково-разведочных работ, а также в процессе эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, обеспечивая более целенаправленное и экономически наиболее эффективное осуществление поисков, разведки и промышленного освоения месторождений нефти и газа.
§ 2. Гидрогеологические исследования при мисках нефтяных и газовых месторождений
Гидрогеологические исследования на всех этапах и стадиях поисковых работ основаны на целенаправленном анализе геолого-гидрогеологических материалов и использовании для поисковых целей различных гидрогеологических показателей — гидрогеохимических, гидродинамических, общегидрогеологических, палеогидрогеологических, гидрогеотермических и др. В зависимости от назначения и характера использования в практике поисково-разведочных работ на нефть и газ, гидрогеологические показатели подразделяются на следующие группы показателей: 1) наличия залежей нефти и газа; 2) наличия нефти и газа; 3) условий формирования скоплений нефти и газа; 4) условий сохранения и разрушения нефти и газа; 5) наличия ловушек нефти и газа (3, 6).
Показателями наличия залежей нефти и газа являются повышенные давление насыщения растворенных в подземных водах газов Рг и содержание в них углеводородных газов, бензола (С6Н6) и его гомологов, особенно увеличение значений этих показателей, навстречу движению подземных вод и в направлениях, благоприятных для накопления нефти и газа геологических структур (ловушек). О наличии нефтегазовых залежей свидетельствуют также значительные амплитуды колебаний уровня воды в скважинах при изменениях атмосферного давления (3).
К числу гидрогеологических показателей наличия нефти и газа (нефтегазоносности) относятся: 1) присутствие в воде растворенных углеводородных газов (метана и его гомологов — этана, пропана, бутана и др.), безаргонного азота, сероводорода, 2) повышенное содержание в воде жидких углеводородов (бензола, толуола и др.), летучих жирных кислот и фенолов, 3) высокие концентрации в подземных водах аммония, йода, брома (при низком хлорбромном коэффициенте), содержание гидросульфидов и соды, недонасыщенность вод сульфатами и др.
В качестве показателей условий, благоприятствующих формированию скоплений нефти и газа, могут использоваться такие, как продолжительность элизионных этапов, интенсивность элизионного водообмена, удаленность областей питания, малые гидравлические уклоны и скорости потоков и др.
Гидрогеологическими показателями условий сохранения и разрушения нефти и газа являются: закрытость недр, уклоны и скорости потоков, положение областей питания (плановое и высотное), сохранность седиментационных вод, длительность элизионных и инфильтрационных этапов развития систем и др. Гидрогеохимическими показателями, свидетельствующими о благоприятных для сохранения залежей нефти и газа условиях, служат: отсутствие в воде кислорода и высоких концентраций азота, водорода, углекислоты, бессульфатность вод, их высокая минерализация и хлоридность (при отсутствии соляных залежей), высокое содержание брома и гелия, низкое значение хлорбромного и высокое гелий-аргонового коэффициентов и др.
Среди показателей наличия ловушек нефти и газа выделяются ч гидродинамические (пьезомаксимумы и пьезоминимумы), гидрохимические (аномалии в верхних по отношению к перспективным комплексах и горизонтах по общей минерализации, хлоридности, сульфатности, микрокомпонентам и т. п.) и геотермические (положительные аномалии в вышележащих комплексах и горизонтах).
Краткое рассмотрение гидрогеологических показателей свидетельствует о том, что целенаправленный анализ и обобщение геолого-гидрогеологических данных, выявление гидрогеологических закономерностей, особенностей и аномалий и комплексное использование наряду с другими методами гидрогеологических показателей и информации могут эффективно способствовать решению задач поисков нефтяных и газовых месторождений. Гидрогеологические исследования с нефтегазопоисковыми целями проводятся на различных этапах поисковых работ, как в виде специальных съемок, так и в виде тематических исследований с использованием гидрогеологических материалов съемок, изысканий и главным образом бурения и опробования глубоких скважин. Весьма желательно и целесообразно, чтобы в основе всех нефтегазопоисковых гидрогеологических исследований лежало гидрогеологическое районирование с выделением природных водонапорных систем, бассейнов подземных вод, водоносных комплексов и их границ, а также зон питания, разгрузки и создания напора.
Оценка перспектив нефтегазоносности по гидрогеологическим показателям наиболее эффективна при изучении бассейна подземных вод в целом. Изучение отдельных районов бассейна должно осуществляться с учетом их регионального гидрогеологического положения и общих гидрогеологических условий рассматриваемого бассейна (4, 6, 10).
Гидрогеологические критерии используются на различных этапах проведения поисков: при сравнительной оценке перспектив нефтегазоносности новых малоизученных областей и районов, при региональных геолого-геофизических работах, при подготовке площадей к поисковому бурению и в процессе непосредственных поисков месторождений нефти и газа. Гидрогеологические критерии применяются для решения конкретных задач, основными из которых являются следующие: оценка перспектив нефтегазоносности конкретных территорий, выявление нефтегазоносных толщ и зон с благоприятными условиями сохранности залежей нефти и газа, выявление месторождений и залежей нефти и газа.
На первоначальных этапах и стадиях поисковых работ для гидрогеологических построений используются материалы геологических, общих и специальных гидрогеологических и гидрохимических съемок, материалы различных изысканий и бурения опорных скважин. Гидрогеологическое районирование и изучение общих гидрогеологических условий призваны способствовать использованию всех нефтегазопоисковых гидрогеологических показателей, а также решению вопросов нефтегазопромысловой гидрогеологии. В зависимости от того, известна ли в данном районе или стратиграфическом комплексе нефтегазоносность или неизвестна, основное внимание необходимо обращать на показатели наличия нефти и газа или на показатели условий сохранения нефти и газа. Если присутствие нефти и газа доказано, показатели первой группы значения не имеют. Гидрогеологические показатели наличия залежей газа (давление насыщения растворенных газов) на предварительных этапах поисков могут быть получены лишь при проведении опорного бурения с отбором глубинных проб воды и их специальном анализе.
Специальные гидрохимические съемки на отдельных участках используются главным образом для выявления наличия ловушек (гидрохимические аномалии), а в районах с еще не выявленной нефтегазоносностью они используются и для получения показателей наличия нефти и газа. Проведение гидрохимических съемок по грунтовым водам нецелесообразно при очень глубоком врезе сети, несовпадении структурных планов верхних неперспективных и нижних перспективных на нефть и газ этажей, в условиях влажного климата.
На стадии поискового бурения основное значение приобретают гидрогеологические данные, получаемые в результате бурения опорных, параметрических и поисковых скважин и их гидрогеологического опробования. В процессе бурения скважин осуществляются все необходимые при бурении глубоких скважин наблюдения, их гидрогеологическая документация, отбор специальных глубинных проб воды для химических анализов и определения давления насыщения растворенных в воде газов, замеры статических уровней вскрываемых водоносных и водонефтегазоносных комплексов и горизонтов, при необходимости — гидродинамическое, их опробование (см. гл. III, § 3, гл. XI, § 1). В результате исследований устанавливаются важнейшие показатели наличия ловушек нефти и газа и нефтегазовых скоплений, а также показатели условий сохранения нефти и газа в перспективных горизонтах.
На всех стадиях поисковых работ проводятся гидрогеологические исследования с целью сбора необходимых материалов для сравнительной оценки перспектив нефтегазоносности отдельных бассейнов, районов, площадей, горизонтов. При этом по возможности используются все гидрогеологические показатели. В случае наличия достаточно обширных материалов опорного и глубокого поискового бурения основу для сравнительной (или абсолютной) оценки составляют обычно показатели наличия залежей газа и показатели условий сохранения нефтяных и газовых скоплений.
На основе комплексного использования различных гидрогеологических показателей составляются оценочные карты перспектив нефтегазоносности для отдельных стратиграфических (водоносных) комплексов и регионов (районов) в целом. Общепринятой методики составления таких карт еще нет. Следует лишь отметить, что на картах перспектив необходимо показывать такие данные, которые точнее и полнее отражают условия нефтегазоносности изучаемого региона (4, 6, 7, 10). На рис. 64 для примера приведена карта прогноза нефтегазоносности Западно-Сибирской низменности, составленная на основе обобщения гидрогеологических, гидрогеохимических и других материалов « данных разведки.
Рис. 64. Карта прогноза нефтегазоносности Западно-Сибирской низменности (по Н. Н. Ростовцеву и др.):1 — площади высокоперспективные; 2 — площади с неясными перспективами; 3 — площади неперспективные; 4 — месторождения нефти; 5 — месторождения газа; 6 — площади, где разведка дала отрицательный результат; 7 — линии равного давления насыщения растворенных в воде газов; 8 — граница Западно-Сибирской низменности
Совершенно очевидно, что для обоснованного прогноза нефтегазоносности одних только гидрогеологических показателей недостаточно, поэтому карты перспектив, составленные по гидрогеологическим материалам, являются не окончательными, а только вспомогательными документами. Они широко используются для составления общих оценочных карт. При недостатке гидрогеологических данных не прибегают к составлению специальных гидрогеологических перспективных карт. Гидрогеологические данные в таком случае используются непосредственно для общих карт перспектив нефтегазоносности, которые составляют геологи с участием гидрогеологов по материалам всех выполняемых в процессе поисков исследований.
§ 3. Гидрогеологические исследования при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений
Тесная гидравлическая связь подземных вод с залежами нефти и газа, влияние их на режим месторождений и условия их эксплуатации, возможность использования гидрогеологических данных для решения многих практических задач и другие факторы предопределяют широкое применение гидрогеологических исследований не только на стадиях поисков, но и в процессе разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений. Для успешного решения задач промысловой гидрогеологии должны быть получены данные, характеризующие: 1) пространственно геологическое положение подземных вод и залежей нефти и газа и их взаимосвязь; 2) химический состав подземных вод; 3) положение статических уровней и величины пластовых давлений по всем связанным с нефтегазопроявлениями водоносным горизонтам и комплексам; 4) состав и содержание растворенных в водах газов; 5) гидродинамические параметры продуктивных и связанных с ними водоносных горизонтов; 6) геотермические условия изучаемого месторождения; 7) режим продуктивных нефтегазоводоносных горизонтов и гидродинамические условия их эксплуатации.
Как известно, в промысловой практике подземные воды нефтегазовых месторождений подразделяют на пластовые (гравитационные воды нефтегазоводоносных пластов), тектонические (движущиеся по тектоническим нарушениям в пределах месторождений), связанные (капиллярные, защемленные и другие связанные воды, находящиеся внутри нефтегазонасыщенной части пласта), конденсационные (выделяющиеся из газов при конденсации водяных паров) и технические (искусственно введенные в продуктивные пласты при бурении скважин, промывках и заводнении пластов в целях поддержания пластового давления).
Рис. 65, Схема залегания вод на нефтегазовом месторождении (по М. А. Жданову и М. И. Максимову):
1 — нефть; 2 — вода; 3 — глина; 4 — нижние краевые подземные воды; 5 — подошвенные; 6 — промежуточные; 7 — верхние краевые; 8 — верхние; 9 — нижние; 10 — тектонические подземные воды; Э. О. — эксплуатационный объект.
Наибольшее распространение, важность и значение имеют пластовые воды месторождений, которые в зависимости от их пространственного расположения по отношению к нефтяным и газовым залежам подразделяются на нижние краевые (контурные), подошвенные, промежуточные, верхние краевые (встречаются очень редко), верхние и нижние воды, схематически изображенные на рис. 65.
Гидравлические исследования пластовых, а иногда тектонических и технических вод и получение указанной выше гидрогеологической информации способствуют эффективному решению задач разведки месторождений нефти и газа, правильной интерпретации промыслово-геофизических исследований, проектированию разработки нефтегазовых месторождений, ее рациональному осуществлению и проведению мероприятий по контролю и управлению процессом разработки.
Гидрогеологические исследования при разведке нефтяных и газовых месторождений. В процессе разведочных работ гидрогеологические наблюдения и исследования ведутся в целях установления наличия залежей нефти и газа, определения положения нефтегазоводяных контактов и нефтяных оторочек газовых залежей и их возможных смещений, изучения общего солевого и газового состава подземных вод, определения положения статических уровней и значений пластовых давлений, уточнения гидрогеологических и гидрогеохимических особенностей разреза месторождения, выявления гидродинамических свойств и параметров продуктивных пластов и скважин, установления комплекса прямых и косвенных показателей нефтегазоносности разреза и решения некоторых других практических задач.
Основная масса гидрогеологической информации поступает в процессе гидрогеологических наблюдений и исследований при бурении разведочных, опорных, параметрических и разведочно-экплуатационных скважин, а также в результате специального опробования различных категорий скважин после их бурения.
Специфика гидрогеологических наблюдений и исследований в глубоких нефтяных и газовых скважинах обусловлена способом их бурения с применением глинистого раствора, конструктивными особенностями скважин, значительными глубинами залегания опробуемых горизонтов (2000—3000 ,м и более); высокими напорами, газонасыщенностью, температурой и другими особенностями проявлениями подземных вод. В общем плане основные гидрогеологические наблюдения и исследования скважин при разведочных работах на нефть и газ такие же, как и при разведочных работах на минеральные, промышленные и термальные подземные воды (см. гл. XI).
В процессе бурения скважин большое значение придается организации систематических наблюдений за параметрами глинистого раствора, нагнетаемого в скважину и выходящего из скважины. В решении геолого-гидрогеологических вопросов большое значение имеют геофизические работы. Для гидрогеологического опробования скважин и пластов широко применяются специальные методы опробования с применением специальных глубинных приборов и аппаратуры (глубинные лебедки, манометры, пробоотборники, пьезографы, термометры, термографы и т. п.). При опробовании скважин используются специальные методы обработки призабойной зоны (перфорация, торпедирование, промывки, кислотная обработка, пескоструйная перфорация, свабирование и др.) и опробования (экспресс-методы, расходометрия, методы установившихся отборов и восстановления забойного давления, определение давления насыщения растворенных газов и т. п.). Детально особенности проведения гидрогеологических исследований и наблюдений при разведке нефтяных и газовых месторождений, техника и методы осуществления измерений при специальном опробовании скважин, методика обработки и использования исходной гидрогеологической информации освещены в специальной литературе (2—4, 6, 7, 8, 9, 11).
Важнейшими гидрогеологическими данными, которые получают в процессе проведения разведочных работ, являются сведения о фактическом и расчетном положении нефтегазоводяных контактов, о положении первоначальных статических уровней и величинах пластовых давлений, о химическом составе вод и растворенных газов, о степени газонасыщенности и давлениях насыщения растворенных газов, о коллекторских свойствах продуктивных пластов и условиях эксплуатации скважин. Эти сведения используются для оценки общих перспектив и промышленной ценности отдельных участков и месторождения в целом, для определения дальнейших направлений и методики осуществления разведочных работ и решения других практических задач.
Получаемую в результате исследований информацию о гидрогеологических условиях разведуемого месторождения удобно изображать на типовых гидрогеологических разрезах, где наряду с данными по стратиграфии и литологии пород отображаются осредненные сведения о химическом и газовом составе подземных вод, приведенных напорах, дебите и температуре по всем освещаемым стратиграфическим горизонтам (по методике Г. М. Сухарева).
Для месторождений с резким изменением гидрогеологических показателей по площади начальные гидрогеологические условия удобнее показывать на различных картах (химического состава, минерализации, газонасыщенности, изопьез и др.) по отдельным нефтегазоводоносным комплексам и горизонтам (с выделением зон или построением изолиний).
Получаемая в процессе разведочных работ гидрогеологическая информация используется и для проектирования и разработки нефтяных и газовых месторождений (особенно информация о режиме нефтеводоносных пластов, их гидродинамических свойствах и параметрах, условиях эксплуатации скважин).
Гидрогеологические исследования при проектировании и разработке нефтяных и газовых месторождений. Особую сложность и многообразие приобретают гидрогеологические исследования и наблюдения во время подготовки и ввода в эксплуатацию нефтяных и газовых залежей. Основными задачами этого периода являются: обобщение всех собранных гидрогеологических материалов, определение возможного режима эксплуатации залежей, обоснование наиболее рациональной схемы разработки месторождения и способов осуществления контроля за эксплуатацией нефтяных и газовых залежей.
Для прогноза возможных режимов работы нефтеводоносных пластов при их эксплуатации необходимы гидрогеологические данные о строении водонапорной системы, пространственной выдержанности ее нефтегазоводоносных комплексов и горизонтов, удаленности залежей от областей их питания и разгрузки и степени их гидравлической связи с этими областями, возможности существования гидравлической взаимосвязи продуктивных и непродуктивных горизонтов, степени их нефте- и газонасыщенности, объемах и упругих запасах нефтегазоводоносных комплексов, фильтрационных свойствах продуктивной и законтурной области систем и т. д. Все эти данные получают в результате гидрогеологических наблюдений и специального опробования скважин различных категорий (опорных, параметрических, разведочных, эксплуатационных, наблюдательных и др.).
Состав наблюдений и исследований должен включать определение статических уровней и пластовых давлений всех изучаемых горизонтов, отбор проб и определение химического и газового состава подземных вод, степени их газо- и нефтенасыщенности, изучение температурных и гидродинамических параметров пластов в естественных условиях и при эксплуатации скважин и т. д.
Для получения гидрогеологических данных, необходимых для обоснования режима и проектирования разработки, нефтяных и газовых месторождений, большую ценность представляют результаты наблюдений по глубоким скважинам режимной сети, обеспечивающие возможность определения режима глубокозалегающих водоносных и нефтегазоводоносных горизонтов от зон питания до зон их разгрузки с учетом основных региональных закономерностей режима подземных вод (4, 6, 7, 11).
Важно отметить, что режим работы нефтеводоносных пластов (который <в зависимости от формы пластовой энергии при эксплуатации нефтегазовых месторождений может быть водонапорным, упруговодонапорным, газонапорным, режимом растворенного газа и гравитационным) во многом определяет систему мероприятий по проектированию, осуществлению и контролю процесса разработки месторождений нефти и газа.
Весьма эффективно и широко применяется на практике система разработки месторождений в условиях водонапорного режима с поддержанием пластового давления путем нагнетания воды (или газа) в продуктивные пласты. Заводнение может быть законтурным, приконтурным, внутриконтурным и площадным.
Для обоснования проектирования системы разработки месторождений нефти и газа с поддержанием пластового давления могут потребоваться специальные гидрогеологические исследования по изысканию источников заводнения, их разведке, оценке и прогнозу условий их эксплуатации для заводнения нефтегазовых месторождений. Такого рода исследования аналогичны исследованиям для целей водоснабжения (см. гл. IX) и искусственного пополнения запасов подземных вод (см. гл. X). Режим работы водозаборных сооружений должен быть увязан с системой и технологией закачки вод в продуктивные пласты, а качество вод должно соответствовать специально обоснованным требованиям в отношении состава, нефтевымывающих и коррозионных свойств вод, температуры, наличия взвесей, глинистых частиц и солей, способных выпадать в осадок. Дополнительно могут понадобиться гидрогеологические исследования в связи с необходимостью изучения и прогноза условий работы нагнетательных скважин — важной составной части системы разработки месторождения в условиях заводнения. Опыт использования подземных вод для поддержания пластового давления в нефтяных залежах при их разработке описан в пособиях (6, 9, 11), а специфика промысловых гидрогеологических исследований, выполняемых для обоснования проектов разработки нефтяных и газовых месторождений, отражена в руководствах (2, 4, 5, 7, 8, 11).
Гидрогеологические наблюдения и исследования скважин при разведке и разбуривании месторождений нефти и газа используются также для правильной качественной и количественной интерпретации промыслово-геофизических исследований и обоснования наиболее рациональных их комплексов и способов проведения. Так, применение методов нейтронного, импульсного нейтрон-нейтронного и гамма-каротажа оказывается эффективным при высоком содержании в пластовых водах хлора, а методов наведенной активности по натрию — натрия. Для интерпретации электрокаротажных диаграмм необходимо изучение минерализации и ионно-солевого состава подземных вод, определяющих кажущееся сопротивление и собственные потенциалы пород и т. д.
Гидрогеологические исследования, связанные с разработкой нефтяных и газовых залежей, следует начинать в первых разведочных и эксплуатационных скважинах, в которых при опробовании были получены притоки нефти и газа. В течение всего периода эксплуатации залежей необходимо осуществлять также наблюдения и исследования в законтурных скважинах. Цель исследований и наблюдений — выявление изменения давления в залежи и перераспределения его по площади, изменений нефтегазонасыщенности и водонасыщенности пластов, перемещения водонефтяных, газонефтяных и газоводяных контуров, изменения физических и, химических свойств извлекаемых из залежи нефти, газа и воды. Для наблюдения за изменением степени обводненности нефтяной или газовой залежи выполняют точные замеры дебитов жидкости и определяют содержание в ней нефти и воды по всем скважинам и в целом по залежи. Обычно эти данные обобщаются в виде кривых по отдельным наиболее характерным скважинам и обязательно по разрабатываемым залежам.
Наряду с исследованием скважин, расположенных в пределах контуров нефтеносности или газоносности, ведут непрерывные наблюдения за изменением уровней и в пьезометрических скважинах. В эту категорию обычно входят разведочные скважины, оказавшиеся за контуром нефтегазоносности, или скважины, ранее эксплуатировавшиеся и впоследствии обводнявшиеся пластовой водой; на некоторых площадях для этой цели проходят специальные скважины.
Законтурные скважины дают представление о пластовом давлении в период разработки и эксплуатации нефтяной или газовой залежи. Наблюдения за изменением уровней вод в этих скважинах осуществляются с начала разработки нефтяной или газовой залежи путем непрерывного замера их регистрирующими уровнемерами или манометрами с последующим построением графиков изменения динамического уровня во времени. Для наблюдения за перемещением газонефтяных и водонефтяных контуров ежегодно составляются карты обводненности с нанесением на них обводнившихся скважин и контуров нефтегазоносности
Для изучения изменений химического состава и свойств подземных вод во времени из эксплуатационных и наблюдательных скважин отбираются пробы воды на химический анализ и другие определения примерно через каждые 10 дней в течение первых трех месяцев с момента появления воды, затем через месяц в течение года, а в последующем не менее двух раз в год.
Гидрогеологические и гидрохимические данные, получаемые в результате всех видов наблюдений, лабораторных работ и специальных исследований, систематизируют и изображают в виде различных разрезов, профилей, карт и графиков, используемых для контроля и управления процессом разработки нефтяного или газового месторождения (2—7, 9, 11). В частности, в процессе эксплуатации залежей нефти и газа осуществляется контроль за обводнением скважин и залежей, перемещением контуров водоносности и нефтеносности, процессом заводнения продуктивных пластов и поддержанием в них пластового давления, техническим состоянием скважин, условиями их эксплуатации и т. д.
.Изложенное убедительно показывает, что гидрогеологические исследования являются важнейшей составной частью общего комплекса работ и изысканий, выполняемых при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Материалы XXVсъезда КПСС. М., Политиздат, 1976, 256 с.
Василевский В. Н., Петров А. И. Исследование нефтяных пластов и скважин. М., «Недра», 1973, 344 с.
2. Гаттенбергер Ю. П. Гидрогеология и гидродинамика подземных вод. М., «Недра», 1971, 184 с.
3. Гидрогеология газоносных районов Советского Союза. Под ред. В. Н. Корценштейна и С. Е. Верболоза. М., тр. ВНИИГаза, вып. 33/41, 1970, 592 с.
4 Донцов К. М. Теоретические основы проектирования разработки нефтяных месторождений. М., «Недра», 1965, 287 с.
5 Карцев А. А. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений. Изд. 2-е. М., «Недра», 1972, 280 с.
6 Корценштейн В. Н. Методика гидрогеологических исследований нефтегазоносных районов. Изд. 2-е. М., Гостоптехиздат, 1963, 309 с.
7 Петров А. И. Методы и техника измерений при промысловых исследованиях скважин. М., «Недра», 1972, 272 с.
8 Сухарев Г. М. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений. М., «Недра», 1971, 304 с.
9 Швец В. М. Органические вещества подземных вод. М., «Недра», 1973, 192 с.
10 Шугрин В. П. Нефтегазопромысловая гидрогеология. М., «Недра», 1973, 168 с.