Пластовые воды нефтяных и газовых месторождений

Вода - неизменный спутник нефти и газа. В месторождении она залегает в тех же пластах, что и нефтя­ная или газовая залежь, а также в собственно водоносных пластах (горизонтах). В процессе разработки вода может внедряться в нефтяную или газовую залежь, продвигаясь по нефтегазоносному пласту, или поступать в скважины из дру­гих водоносных горизонтов. В соответствии с принятой тех­нологией разработки вода может закачиваться в залежь и перемещаться по пластам. Чтобы разобраться, какая вода появилась в пласте и скважинах, промысловый геолог должен хорошо знать, в каких видах она может залегать в недрах нефтяных и газовых месторождений, и ее свойства.

Формы залегания воды в породах. В горных породах во­да находится в субкапиллярных, капиллярных и сверхкапил­лярных пустотах. В зависимости от размера пустот она на­ходится в различных формах (рис. 42). В субкапиллярных пустотах вода обволакивает минеральные частицы и как бы входит в состав минералов. На поверхности минерального основания находится связанная вода, образующая два слоя. Непосредственно поверхность минералов обволакивается ад­сорбированной водой слоем в несколько молекул. Эта вода удерживается очень большим давлением (до 1000 МПа) и по свойствам близка к твердому телу. Слой адсорбированной воды покрывается слоем рыхлосвязанной лиосорбированной воды, толщина которого может достигать нескольких сот диаметров молекул. В поровом пространстве в местах сбли­жения минеральных частиц появляется так называемая сты­ковая (пендулярная) вода, которая в свою очередь отделяет от основной массы сорбционно-замкнутую (капельножидкую) воду.

Рис. 42. Воды в породах (по А.А. Карцеву):

1 — минеральные частицы пород; 2 — минералы с включениями воды; вода:
3 - адсорбированная; 4 - липосорбированная; 5 - капиллярная; 6 — стыковая (пендулярная); 7 -сорбционно-замкнутая; 8 — свободная гравитационная; 9 - парообразование в свободной воде

В капиллярных пустотах находится капиллярная вода. При сплошном заполнении пор она может передавать гидростати­ческое давление, при частичном заполнении подчиняется лишь менисковым силам. В сверхкапиллярных пустотах в капельножидком состоянии находится свободная гравитаци­онная вода. Эта вода свободно передвигается под действием гравитационных сил и передает гидростатическое давление. Именно она замещается нефтью и газом при формировании залежей. Субкапиллярная часть капиллярной воды и вода, оставшаяся в сверхкапиллярных пустотах после образования залежей нефти или газа, составляют остаточную воду нефтегазонасыщенных пород.

Подземные воды попадают в горные породы как в про­цессе осадконакопления (седиментационные воды), так и в результате последующего проникновения их в формирующи­еся или уже сформировавшиеся горные породы (инфильтрационные и элизионные воды). Инфильтрационные воды попадают в фильтрационные водонапорные системы за счет поступления атмосферных осадков, речных, озерных и морских вод. Проникая в пласты-коллекторы, они движутся от зоны питания к зоне разгрузки.

Элизионные воды — это воды, попадающие в водоносные или нефтеносные пласты (горизонты) в элизионных водона­порных системах вследствие выжимания поровых вод из уп­лотняющихся осадков и пород-неколлекторов при увеличи­вающейся в процессе осадконакопления геостатической на­грузке (см. главу VII).

При инфильтрационных и элизионных процессах вследст­вие смешения вод, а также выщелачивания горных пород состав воды и по площади отдельного пласта, и по разрезу месторождения меняется.

Виды вод нефтяных и газовых месторождений. С пози­ций промысловой геологии воды нефтяных и газовых место­рождений делятся на собственные, чуждые и техногенные (искусственно введенные в пласт).

К собственным относятся остаточные и пластовые напор­ные воды, залегающие в нефтегазоносном пласте (горизонте).

Понятие “остаточные воды" рассмотрено выше (см. § 4 главы V).

Собственные пластовые воды — один из основных при­родных видов вод месторождений УВ. Они подразделяются на контурные (краевые), подошвенные и промежуточные.

Контурными называются воды, залегающие за внешним контуром нефтеносности залежи. Вода, залегающая под ВНК (ГВК), называется подошвенной. К промежуточным относят­ся воды водоносных пропластков, иногда залегающих внутри нефтегазоносных пластов.

К чужим (посторонним) относятся воды верхние и ниж­ние, грунтовые, тектонические.

Верхними называются воды водоносных горизонтов (пластов), залегающих выше данного нефтегазоносного, а нижними — воды всех горизонтов (пластов), залегающих ниже его.

К грунтовой относится гравитационная вода первого от поверхности земли постоянного горизонта (расположенного на первом водоупорном слое), имеющая свободную поверх­ность.

Тектоническими называют воды, циркулирующие в зонах нефтегазоносности по дизъюнктивным нарушениям. Эти во­ды могут проникать в нефтегазоносные пласты и вызывать обводнение скважин при разработке залежей.

Положение грунтовых пластовых и тектонических вод в разрезе месторождения схематично показано на рис. 43.

Искусственно введенными, или техногенными, называют воды, закачанные в пласт для поддержания пластового давле­ния, а также попавшие при бурении скважин (фильтрат промывочной жидкости) или при ремонтных работах.

Основную массу природных вод нефтяных и газовых мес­торождений составляют более или менее минерализованные воды.

Состав и свойства пластовых вод имеют большое значе­ние для разработки залежей нефти и газа и их добычи, так как от них зависит течение многих процессов в дренируемом пласте. Поэтому их значение позволяет намечать более эф­фективные мероприятия по контролю и регулированию раз­работки и эксплуатации скважин и промысловых систем. Все это заставляет уделять большое внимание вопросам состава и физических свойств подземных вод.

Химическая классификация подземных вод. Под химиче­ским составом воды понимают состав растворенных в ней химических веществ. Существует ряд химических классификаций подземных вод (С.А. Щукарева, О.А. Алекина, Ч. Паль-мера, В.И. Вернадского и др.). Среди нефтяников общее при­знание получила классификация В.А. Сулина. Она основана на генетическом принципе, согласно которому формирова­ние химического состава вод происходит в определенных природных условиях (континентальных, морских, глубинных) и вследствие процессов взаимодействия вод с породами или вод различного генезиса между собой. При этом происходит их обогащение специфическими компонентами.

Рис. 43. Схема залегания подземных вод нефтегазо­вого месторождения:

а - непроницаемые поро­ды; б - нефть;, - газ; вода: „ - минерализован­ная; g - конденсационная; е — смешанная конденсационная и минерализован­ная; виды вод: 1 — грунтовые; 2 - верхние пласто­вые; 3 - краевые или кон­турные; 4 - промежуточ­ные; 5 - подошвенные; 6 - нижние пластовые; 7 — тектонические

В основу классификации положены три основных коэф­фициента, в %-экв/л: r Na/ r Cl, (r Na - rCl)/rSO_A, (г Cl - r Na)/ r Mg. Буква перед химическим символом иона означает, что содержание данного иона выражено в эквивалентной форме.

Пользуясь этими коэффициентами, выделяют четыре гене­тических типа вод (табл. 6). При небольших отклонениях коэффициентов от единицы, т.е. в зонах перехода от одного типа к другому, воды следует относить к переходным типам.

Таблица 6