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.Л. 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 пере­мешает);
• 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 седиментационных вод, содержащих некоторое количество раство­ренного ОБ, что обеспечивает миграцию растворенных нефте­образующих ОБ 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 (рисунок ниже).

Схемы миграции нефти (а) и образования скоплений (б)

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 ОВ 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.