Водонапорные системы отжимного (эксфильтрационного, элизионного) типа
В элизионных системах напор создается: во-первых, за счет выжимания вод из уплотняющихся осадков и пород и перетока их в коллекторы в процессе осадконакопления без притока извне (молодые системы); во-вторых, частично за счет уплотнения самих коллекторов вследствие геостатической нагрузки (древние системы); в-третьих, за счет появления избыточного количества жидкости при термической дегидратации минералов. Поэтому среди элизионных систем выделяют геостатические, геодинамические и термодегидратационные водонапорные системы.
Элизионная геостатическая (или литостатическая) водонапорная система возникает при отжатии вод в породы-коллекторы из уплотняющихся осадков и пород при увеличении нагрузки. За счет уплотнения осадки сильно сокращают свою пористость и отдают воду (глины) и горное давление передается воде (рисунок ниже).
Схема элизионной геостатической водонапорной системы
1 — уплотняющиеся глины и глинистые породы; 2 — породы-коллекторы; 3 — пьезометрический уровень; 4 — направление движения пластовых вод; области: I — питания и напора, II и II' — открытой и скрытой разгрузки
Такие системы приурочены к прогибающимся участкам земной коры с мощным комплексом осадочных образований (Карцев, 2001) и являются замкнутыми или полузамкнутыми системами, если сообщаются с земной поверхностью. Основная форма энергии в такой системе — потенциальная энергия упругой деформации жидкости, накапливающейся в коллекторах при уплотнении отложений и выжимании из них вод.
Пластовое давление в системе определяется по формуле
Рпл = (Hρ+ΔP)g,
где Н — пьезометрический напор, м; ρ — плотность жидкости, кг/м3; ΔP — приращение давления за счет избыточного количества воды, МПа; g — ускорение свободного падения, м/с2.
Приращение давления происходит в соответствии с законом
ΔP = Qизб / (βV0),
где Qизб — избыточное количество жидкости, м3; β — коэффициент сжимаемости жидкости, Па-1; V0 — общий объем жидкости в водонапорной системе, м3.
Наиболее распространены являются геостатические системы.
Геодинамические элизионные системы создаются при определенных условиях — при возникновении тектонических напряжений и движений, при землетрясениях, когда под действием геодинамического давления происходит выдавливание воды из пород. Они, как правило, существуют недолго в геологическом масштабе времени. Тектонические сжатия приводят к возникновению высоких пластовых давлений, появлению трещинной пористости. Характерным признаком таких систем служат АВПД.
Субгидростатические, или депрессионные системы — водонапорные системы АНДД, которые могут создаваться, например, в областях тектонических растяжений — в зонах интенсивной складчатости, где происходит частичное поглощение, как бы засасывание вод из осадочного чехла в раздробленные породы, в разломных зонах верхней части фундамента, что приводит к образованию в осадочных отложениях депрессионных зон или пьезоминимумов, где пластовые давления ниже условных гидростатических (Восточная Сибирь).
Основной формой энергии в элизионных системах является потенциальная энергия упругой деформации жидкостей, накапливающихся в коллекторах при уплотнении отложений и выжимании из них вод при полураскрытости системы. Избыточное количество жидкости, поступая в коллекторы, передает часть геостатического или геодинамического давления, которое больше нормального гидростатического давления. Наиболее интенсивный процесс уплотнения происходит в наиболее погруженных частях бассейнов.
В ЭВНС область питания и совпадающая с ней область создания напора охватывают всю область развития системы, следовательно, они совпадают с областью стока. В наиболее прогнутых участках создаются максимальный напор и интенсивное питание, повышенные участки характеризуются слабыми напорами и питанием. В ЭВНС, встречающихся преимущественно в областях интенсивной складчатости или повышенной сейсмичности, напор вод создается за счет геодинамического давления.
Необходимым условием для становления ЭВНС является наличие избыточного количества жидкости Qизб. Приращение давления (избыточное давление) отражает появление главной составляющей напора вод в ЭВНС. Избыточное давление существует во всех залежах нефти и газа и зависит от высоты залежи, разности плотностей нефти, газа и воды. Пластовое давление воды в нефтегазоводоносных системах зависит от степени гидравлической сообщаемости данного пласта с земной поверхностью, типа водонапорной системы и определяется как нормальным гидростатическим, так и горным давлением.
В элизионных геодинамических водонапорных системах, характерных преимущественно для областей интенсивной складчатости и повышенной сейсмичности, напор вод создается за счет геодинамического давления, т.е. за счет тектонического сжатия (Западно-Таджикская депрессия, Предкарпатский прогиб, Восточная Сибирь) или растяжения. Здесь развиты водонапорные системы с АВПД и АНПД.