Роль воды в разрушении нефтяных и газовых залежей
Существование нефтяных и газовых залежей — это непрерывная борьба двух противоположностей — концентрирования и рассеяния УВ.
Первоначально УВ рассеяны по всему объему осадочных пород, и нужны определенные геологические и гидрогеологические условия, чтобы они смогли сконцентрироваться в ловушках. Когда залежи сформированы, начинается процесс их рассеяния из залежей. Подземные воды в течение длительного времени омывают нефтяные и газовые залежи, увлекают за собой частицы нефти и газа, растворяют их или выносят на поверхность в областях разгрузки. Если скорость движения вод велика, то залежи могут разрушиться. Различают механическое, физико-химическое, химическое и биологическое разрушения залежей.
Механическое (гидравлическое) разрушение залежей подземными водами начинается с образования наклона нефтеводяного или газоводяного контакта. Наклон флюидных поверхностей прямо пропорционален гидравлическому уклону и зависит от плотностей контактирующих жидкостей (М. Хабберт). Если наклон флюидного контакта круче угла падения крыла сводовой ловушки, то нефть и газ полностью вымываются из нее, залежь исчезает (рисунок ниже).
Схема условий сохранения (а) и разрушения (б) нефтяной залежи при механическом действии вод
Условием сохранения залежи от механического разрушения является неравенство θ < α, где α — угол падения пласта на крыле ловушки; θ — угол наклона контакта.
В таблице ниже приведены углы падения пластов на крыльях ловушки при различных гидравлических уклонах, отвечающих предельным условиям.
Предельные условия разрушения залежей нефти и газа
|
Гидравлический уклон |
Угол падения пластов залежи |
|
|
газовой |
нефтяной |
|
|
0,0001 |
0°00'18" |
0°01'30" |
|
0,001 |
0°03' |
0°15' |
|
0,01 |
0°30' |
2°30' |
|
0,1 |
6° |
3° |
Нефтяные залежи значительно менее устойчивы к гидравлическому разрушению, чем газовые.
Физико-химическому разрушению подвержены газовые залежи путем растворения в подземных водах. При повышении гидростатического давления (при погружении) в результате некомпенсируемого роста газонасыщенности вод метан, образующий залежи, будет растворяться и залежь постепенно может совершенно исчезнуть. Этому особенно способствуют условия при температурах 100—120 °С и выше, когда растворимость метана в воде резко возрастает. Для нефтяных залежей ввиду худшей растворимости в воде нефтяных УВ по сравнению с метаном и его гомологами физикохимическое разрушение путем растворения в водах играет скромную роль.
Химическое разрушение нефтяных и газовых залежей путем окисления УВ кислородом и сульфатами, растворенными в водах, имеет большое значение и тесно переплетается с биохимическим разрушением — поеданием УВ бактериями, поэтому их следует рассматривать вместе. Аэробное окисление УВ осуществляется растворенным в воде кислородом, количество которого мало. Наибольшему воздействию кислорода подвергаются те залежи, которые расположены близко к зонам инфильтрации. Окисление УВ возможно и при наличии сульфатов в подземных водах, причем окисление залежей нефти происходит быстрее, чем чисто газовых, и может быть только биохимической, поскольку реакция между сульфатами и метаном в абиогенных условиях при температурах выше 90°С невозможна. Окисление газовых залежей идет в основном с помощью бактерий десульфаторов. Окисление УВ может быть как полным, так и частичным, когда залежи не разрушаются, а перерождаются химически.
Подземными водами разрушены многие месторождения Волго-Уральской области (Тепловка, Байтуган, Радаевка и др.) и Сурхан-Дарьинского нефтегазоносного бассейна (Старый Термез, Шаамбары, Учкизыл). Залежи нефти и газа сохраняются при значительных расстояниях между областями питания и разгрузки, даже при наличии хороших коллекторов или выхода их на дневную поверхность, что объясняется затрудненным водообменом и благоприятными гидрогеологическими условиями. Примером могут служить месторождения Балаханы, Кирмаку, Бинагады Апшеронского полуострова (Г.М. Сухарев, 1971).
Окисление УВ может происходить также молекулярным кислородом на контакте с движущимися водами. В результате окисления в приконтурных частях нефтяных залежей иногда образуются тяжелые нефти и асфальтоподобные вещества. Эта окисленная нефть служит барьером, препятствующим дальнейшему окислению нефти, находящейся в удалении от водонефтяного контура. В процессе окисления газовой залежи молекулярным кислородом происходит ее полное разрушение и от мощных скоплений газа остаются углекислый газ, сравнительно легко поглощаемый водой, азот и инертные газы.