НГП Гидрогеология.
Лекция
01.08.2011
Наука о подземных водах, изучает геологическую роль, происхождение, формирование, закономерности распространения, движение и режим подземных вод, а также их физические, химические, бактериальные и радиоактивные свойства.
НГП Гидрогеология включает в себя все гидрогеологические вопросы, связанные с разведкой и разработкой НиГ месторождений. При проектировании месторождений гидрогеологические материалы используются для решения следующих задач:
1. Изучение естественного режима НиГ залежей;
2. Определение условий разбуривания месторождений;
3. Подсчет запасов НиГ, ГНК, ГВК;
4. Изыскание ресурсов подземных вод для заводнения пластов или ППД;
5. Оценка качества вод для заводнения пластов, прогнозирование техногенных процессов, происходящих при заводнении;
6. Проектирование сбросов сточных вод НефтеГазоПромыслов в подземные горизонты.
Виды подземных вод.
Формы, в которых вода находится в горных породах, оазличны. Выделяется несколько видов вод:
1. Свободные жидкие воды, физически не связанные с частицами пород. Подразделяются на свободно-гравитационную, свободно-капиллярную, сорбционно-замкнутую;
2. Воды, физически связанные с минеральной частью пород. Подразделяются на рыхло-связанную, стыковую и прочно связанную(адсорбционная);
3. Химически связанные воды. Включают цеолитную, кристаллизационную, конституционную;
4. Парообразная;
5. Твердая (лед).
Свободная гравитационная вода находится в капельно-жидком состоянии в крупных, сверхкапиллярных порах пород. Она передает гидростатическое давление и передвигается под действием силы тяжести. Свободная капиллярная вода находится в мелких капиллярных порах, при сплошном заполнении этих пор она может передавать гидростатическое давление. При частичном заполнении подчиняется лишь капиллярным силам. Сорбционно-замкнутая вода представляет собой капельно-жидкую воду, изолированную от остальной свободной воды слоями связанной воды.
Физически связанные воды обволакивают минеральные частицы пород тонкой пленкой, толщина которой может достигать несколько сот диаметров молекулы воды. Эти воды удерживаются на поверхности минералов силами молекулярного сцепления. Рыхло связанная вода образует внешний слой пленки связанных вод. Она удерживается давлением до 8-10 атм. Ее растворяющая способность снижена, вязкость увеличена. Стыковая вода находится в местах сближения минеральных частиц, где пленка связанных вод утолщается. Прочно связанная вода образует внутренний слой пленки связанных вод толщиной в несколько диаметров молекул. Она удерживается у поверхности минералов давлением до 10000 атм. Она лишена растворяющей способности. Имеет плотность выше 1, не замерзает до -78 oС.
Химически связанные воды в отличие от физически связанных вод входят в состав минералов. Цеолитная вода входит в состав минералов (опал SiO2*nH2O). Кристаллизационная вода входит в состав кристаллической решетки (CaSO4*2H2O). При удалении этой воды минерал разрушается не полностью, становится ангидритом. Конституционная вода может быть выделена лишь при полном разрушении минерала.
Условия залегания подземных вод.
По условиям залегания подземных вод верхнюю часть земной коры вод можно разделить на зону аэрации и зону насыщения. В зоне аэрации, которая соприкасается с атмосферой часть пор и пустот заполнена водой, а часть воздухом с парами воды. Мощность этой зоны от 0 до нескольких сотен метров. В зоне насыщения все поры заполнены водой. Мощности зоны насыщения 10-12км. Зона насыщения начинается горизонтом грунтовых вод, которые располагаются на первом от поверхности водоупорном слое. Воды, заполняющие водоносны пласт на всю его мощность и ограниченные снизу и сверху водоупорами называются напорными или артезианскими.
Физические свойства и химический состав подземных вод
Физические свойства подземных вод относятся: температура, прозрачность, цвет, запах, вкус и привкус, плотность, сжимаемость, вязкость, электропроводность, радиоактивность. Плотность подземных вод изменяется от единиыы до 1,4 г/см3.
Ионно-солевой состав и химические свойства подземных вод
Подземная вода – сложная физико-химическая система в зависимости от состава входящих в нее компонентов, термодинамических условий. Ионно-солевой комплекс подземных вод представлен макро и микрокомпонентам, радиоактивными элементами, органическими веществами, микроорганизмами, калоидами и механическими примесями.
Лекция
08.09.2011
2.1 МИНЕРАЛИЗАЦИЯ
Минерализация - это сумма всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ (г/л). Сухой остаток – содержание в воде нелетучих минеральных и частично органических соединений. Сухой остаток получают после выпаривания 1л воды и высушивания остатка при температуре 110 оС.
По минерализации подземные воды подразделяются на 6 групп:
1) сверхпресные – до 0,2 г/л.
2) пресные – 0,2 – 1 г/л.
3) слабосолоноватые – 1 – 3 г/л.
4) сильносолоноватые – 3 – 10 г/л.
5) соленые – 10 – 35 г/л
6) рассолы – более 35 г/л.
2.2 МАКРОКОМПОНЕНТЫ(ГЛАВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ)
По ним определяют химический состав и тип воды.
Анионы (Cl-, SO42-,HCO3-, CO3-)
Катионы (Na+, K+, Ca2+, Mg2+)
Хлор-ион – Хлориды присутствуют в изверженных и метаморфических породах, главным источником накопления хлоридов является океан, небольшое, но постоянное поступление хлоридов из вулканических газов. Источниками поступления иона хлора в подземные воды являются древние морские бассейны, растворение каменной соли, поступление из атмосферы, особенно в засушливых районах и вблизи морей и океанов, также продукты жизнедеятельности.
Сульфат-ион – сульфаты накапливаются в водах в результате растворения гипсов и ангидритов (СаSO4), а также окисления сернистых соединений и сульфидных минералов (пирит). Источниками могут быть газы – сероводород (в сернистых нефтях).
Гидрокарбонат-ион – распространен преимущественно в пресных и слабосолоноватых подземных водах. Поступает в подземные воды из-за выщелачивания известняков, доломитов, мергелей при наличии в воде углекислоты.
Натрий-ион – источниками поступления являются морские и океанические воды, процессы выветривания изверженных горных пород, растворение отложений каменной соли, катионный обмен кальция между породой и водой.
Магний-ион – поступление магния связано с морскими водами из атмосферы в результате разложения минералов, содержащих магний с выщелачиванием доломита (СаМgСО3).
Кальций-ион – в подземные воды поступает при выветривании изверженных горных пород в результате выщелачивания известняков, доломитов, гипсов, ангидритов, мергелей.
Калий-ион – поступление в подземные воды связано с процессом выветривания изверженных горных пород из глинистых пород, а также при растворении залежей калийных солей.
2.3 МИКРОКОМПОНЕНТЫ
Химические элементы или соединения, содержащиеся в подземных водах в количестве 10-100 мг/л.
2.4 ГАЗЫ, РАСТВОРЕННЫЕ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ.
Наиболее распространены кислород, углекислота, сероводород, водород, метан и др. углеводородные газы, азот и инертные газы.
2.5 СВОЙСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Главнейшим химическим свойством воды является жесткость. Жесткость воды обуславливается присутствием ионов кальция и магния. Различают жесткость общую, временную и постоянную.
Общая жесткость – определяется суммарным содержанием ионов кальция и магния. Временная жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатных и карбонатных солей кальция и магния. Постоянная жесткость равна разности между общей и временной жесткостью. Временная жесткость устраняется кипячением воды.
2.6 ВОДОНОСНЫЕ И ВОДОУПОРНЫЕ ПОРОДЫ
Водоносными называются породы, которые способны пропускать через себя воду и отдавать ее под действием силы тяжести. Песчаник, алевролит, доломит. К водоупорным относятся породы, которые почти не пропускают воду. Глина, соли.
2.7 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СТРАТИФИКАЦИИ
Основными гидрогеологическими подразделениями являются водоносный горизонт, водоносный комплекс и гидрогеологический этаж.
Водоносный горизонт – относительно выдержанная по площади и в разрезе, насыщенная свободной гравитационной водой одно или разновозрастная толща горных пород, представляющая собой в гидродинамическом отношении единое целое.
Водоносный комплекс представляет собой – выдержанную в вертикальном разрезе и имеющую региональное распространение водонасыщенную толщу разновозрастных и неодинаковых по составу пород. Он ограничен сверху и снизу водоупорами.
Под гидрогеологическим этажом понимают совокупность водоносных комплексов, ограниченных только снизу или снизу и сверху мощными регионально выдержанными толщами водоупоров.
Лекция 3
15.09.2011
3 ДИНАМИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Скорость фильтрации представляет собой фиктивную скорость, с которой двигалась бы вода, если бы пористая среда отсутствовала и вода двигалась бы в пустом пространстве пласта от кровли до подошвы.
Коэффициент фильтрации – скорость фильтрации при гидравлическом уклоне, равном 1. Коэффициент фильтрации отражает не только пропускную способность пород, но и фильтрационные свойства самих жидкостей.
;
Верхний предел применимости закона дарси наступает, когда скорость фильтрации превышает критическую скорость. Она определяется числом рейнольдса. Законы, которые описывают движение жидкости в области выше верхнего предела применимости закона Дарси, называются нелинейными законами фильтрации. Нижний предел применимости закона Дарси наступает при очень малых скоростях фильтрации и очень малых напорных градиентах.
Фильтрационные потоки
1 Линейный или одномерный поток – линии тока прямолинейны и параллельны друг другу (движение вод в однородном пласте);
2 Плоский или двухмерный поток. Все частицы жидкости движутся параллельно какой-нибудь одной плоскости (движение жидкости по пласту к скважине, вскрывшей пласт на всю толщину);
3 Пространственный (трехмерный) – Линии тока направлены так, что они не параллельны ни сами себе, ни какой-либо плоскости (Мощное движение жидкости вскрыта кровля пласта).
Приведенное давление – для вычисления приведенного давления выбирается любая горизонтальная плоскость сравнения, на уровень которой пересчитывается давление всех скважин. Приведенное давление складывается из двух составляющих:
1. Пластового давления в данной точке пласта;
2. Давления, создаваемого столбом пластовой воды, заключенной в породе от данной точки пласта до горизонтальной плоскости сравнения.
Коэффициент упругоемкости характеризует суммарное относительное изменение объема жидкости в пласте при изменении давления за счет упругости как самой жидкости, так и пористой среды.
=[cм2/кг]
Коэффициенты упругоемкости среды и флюда.
Коэффициент упругости показывает, какую долю пласта занимает объем жидкости вытекшей из пласта при повышении давления в нем 1 кг/см2.
Коэффициент пьезопроводности
=[см2/сек]
Характеризует скорость перераспределения давления в пласте в условиях упругого режима.
ФОРМИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И РАССОЛОВ
Пути образования подземных вод
Выделяются 2 группы: эндогенная и экзогенная.
Эндогенные образуются в горных породах и магматических очагах за счет различных химических реакций и других процессов. Экзогенные подземные воды подразделяются на 2 типа: 1) Седиментационные. 2) Инфильтрационные – образуются за счет просачивания через горную породу всех поверхностных вод и атмосферных осадков.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ
Состоит из 2х этапов: 1) Седиментационный этап. 2) Инфильтрационный этап.
Седиментационный этап начинается с тектонического погружения и трансгрессии моря (наступление моря). Седиментационный этап заканчивается поднятием территории и соответственно регрессией моря (отступление). Начинается инфильтрационный этап.
ПРОЦЕССЫФОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД И РАССОЛОВ
Содержание и состав растворенных в природных водах веществ формируются в результате взаимодействия вод с окружающей средой. Процессы, формирующие состав подземных вод следующие:
1. Выщелачивание и растворение горных пород;
2. Катионный обмен между водами и породами;
3. Окислительно-восстановительные реакции;
4. Гидратация минералов;
5. Фильтрационный и осмосический эффект в растворах;
Фильтрационный эффект заключается в отставании растворимого от растворителя при фильтрации. Осмосический эффект заключается в…
6. Диффузия ионов солей и газов;
7. Гравитационная дифференциация раствора (разделение раствора по плотности).
ЭНДОГЕННЫЕ ВОДЫ
Все воды, образовавшиеся в горных породах в литосфере в магматических очагах и в другой глубинной обстановке. Часть этих вод образует высвободившиеся при дегидратации минералов цеолитные и кристаллизационные воды. Эти воды образуются при конденсации магматических пород. Еще часть вод образовалось хемогенным путем, которые образуются в результате химических реакций.
Лекция 4
22.09.2011
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.
Гидрогеологические условия имеют большое значение для формирования и разрушения залежей нефти и газа. Процессы образования и накопления нефти и газа и рассеяния нефти и газа происходят в среде, существенным элементом которой являются подземные воды.
Формирование залежей нефти и газа связано с определенными гидрогеологическими условиями в ловушках. Подземные воды доставляют углеводороды в ловушки для формирования залежей. Гидрогеологические факторы создают специфические условия в ловушках, способствующие формированию или разрушению залежи. В подземных водах заключены большие количества растворенных углеводородных газов (и других газов). Благоприятной обстановкой для насыщения подземных вод УВ газами является восстановительная обстановка. Накоплению в водах растворенных углеводородов способствует наличие пород, обогащенных органическим веществом и повышенная температура, усиливающая процессы образования и выделения УВ газов. Кроме того в подземных водах много других органических соединений.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛОВУШЕК
Ловушки имеют некоторые гидрогеологические особенности, проявляющиеся в гидрогеохимических, гидродинамических показателях.
Общая минерализация вод уменьшается от нефтегазовых и газовых залежей во внешних направлениях. Если залежи располагаются в сводах антиклиналей и куполов, наблюдается относительное опреснение вод в сторону синклиналей и прогибов. Если залежи приурочены к зонам выклинивания или прижаты к тектоническим нарушениям, то максимум минерализации вод тяготеет к этим зонам.
При увеличении минерализации и метаморфизации (изменение от температуры) вод в ловушках объясняется тем, что места расположения нефтегазовых залежей и ловушек отличаются более застойными гидрогеологическими условиями.
ВЛИЯНИЕ НЕФТЕГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ
Влияние может быть механическим или гидравлическим, физическим, химическим. Механическое влияние на воды тем больше, чем больше размеры залежей по отношению к живому сечению подземного потока. Залежи могут перегораживать и запруживать потоки подземных вод. Создавая препятствия на пути движения вод, дополнительно усиливая застойность залежи, тем самым влияют на химический состав вод.
Рост минерализации вод в приконтурных зонах связан с физическим воздействием нефтегазовых залежей часть воды увлекается газом, который выделяется из залежи и уходит вверх, тем самым увеличивается минерализация воды в пласте.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ ГАЗА
Огромное количество растворенных в подземных водах углеводородов движется вместе с водами при превышении газонасыщенности вод предельной величины, они могут выделяться в свободную фазу в виде пузырей, которые всплывают и заполняют коллектор.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НЕФТЕОБРАЗОВАНИЯ И НЕФТЕНАКОПЛЕНИЯ
Образование, миграция и накопление нефти происходит в водной среде, при этом нефть может находиться во взвешенном или свободном состоянии.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗРУШЕНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ
Нефтегазовые залежи разрушаются подземными водами механическим или гидравлическим, физико-химическим, химическим и биологическим путями. Механическое заключается в том, что нефть и газ уносятся движущимися подземными водами.
Угол а – угол падения пласта на краю ловушки;
Механическое разрушение залежи подземными водами начинается с образования ВНК или ГВК. Наклон ВНК при одинаковом гидравлическом уклоне будет больше наклона ГВК в 5 раз. Если наклон ВНК или гвК круче угла падения крыла ловушки, то нефть и газ полностью вымывается и залежь исчезает. Условия сохранения залежи. в >a.
Физико-химическое состоит в растворении их содержимого в воде при срртветственно. Этому разрушению подвержены газовые залежи. При увеличении давления, который не компенсируется ростом газонасыщенности, газ в залежи начнет растворяться. Благоприятные условия растворения газовых залежей имеются при температурах 100-120оС.
Химическое заключается в окислении углеводородов за счет растворенных в воде веществ (кислород и сульфаты).
Биологическое – разрушение за счет бактерий.
Лекция 5
29.09.2011
НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЯ
Раздел гидрогеологии, включающий вопросы гидрогеологических наблюдений и исследований при разбуривании и разработке НиГ месторождений.
Промысловая классификация вод.
Воды НГ месторождений в промысловых условиях классифицируются по их пространственно-геологическому отношению к залежам. Воды подразделяются:
1. Нижние краевые – воды, которые находятся в пласте ниже залежи.
2. Подошвенные воды – для водоплавающая залежь.
3. Промежуточные воды – в водоносных пластах и пропластках внутри нефтегазоносного горизонта.
4. Верхние краевые – в пласте, содержащем залежь, находятся выше залежи.
5. Верхние – в водоносных пластах, залегающих выше нефтегазоносного.
6. Нижние – в водоносных пластах, залегающих ниже нефтегазоносного пласта.
(Рисунки)
При разработке НГ месторождений важнейшим моментом в исследованиях является наблюдение за изменением химического состава вод. Характер измененения зависит от многих факторов:
1. От закономерности изменения состава вод вблизи залежей и при удалении от них;
2. Режимы эксплуатации залежей;
3. Наличие или отсутствие закачки воды для ППД;
4. Выбранные системы заводнения;
5. От степени различия химического состава пластовой и закачиваемой воды;
6. Литологического типа пород и присутствия в них легко растворимых солей
7. Особенностей геологического строения месторождения, наличия зон нарушения, по которым возможны межпластовые перетоки вод;
Характер изменения химического состава вод в процессе разработки НиГ месторождений служит классификационным признаком, по которому можно прогнозировать качество поступающих вод при эксплуатации залежи и контролировать процесс разработки.
По характеру изменения выделяются шесть типов гидрогеохимических разрезов залежей, характеризующихся определенными закономерностями изменения состава вод в процессе разработки.
1. Залежь подстилается пластовыми водами с постоянной минерализацией и химическим составом, существенно не меняющимся вблизи залежи и в законтурных областях, состав вод не меняется во времени.
2. Залежь подстилается высокоминерализованными водами, которые с глубиной сменяются водами с меньшим содержанием солей. Начальный период эксплуатации с приближением ВНК и ГВК в скважины поступает высокоминерализованная вода, через некоторое время происходит подтягивание далеких законтурных вод, минерализация и содержание ионов снижается, после чего наступает период стабилизации. При ППД за счет возврата вод разрабатываемого горизонта химический состав и минерализация меняются, но при общей тенденции к снижению содержания солей. При нагнетании пресных вод опреснение происходит опреснение более быстрыми темпами, особенно после подхода к скважинам фронта нагнетания.
3. В приконтурной зоне распространены менее минерализованные воды по сравнению с периферийными областями. В процессе разработки без ППД обводняются более минерализованными водами.
4. 5. Гидрогеохимические разрезы залежи, содержащие конденсатогенные воды
6. Разрезы со сложным распределением различных типов вод под нефтяными и газовыми залежами.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ ПРИ РАЗБУРИВАНИИ И РАЗРАБОТКЕ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
При эксплуатации нефтегазовых залежей в гидрогеологические наблюдения входит определение процентного содержания воды в общем количестве жидкости, получаемой из скважины. Большое значение имеют наблюдательные скважины, которые находятся за ВНК. В них проводится периодический замер уровня жидкости. Пробы воды из НиГ скважин отбираются через определенные промежутки времени в течение всего периода эксплуатации скважины.
Гидрогеологические, гидрогеохимические данные, получаемые в результате всех наблюдений, систематизируют и изображают в виде разрезов, карт, графиков. Гидрогеохимические карты отдельных горизонтов позволяют детально изучить изменение состава вод в пределах площади и выявить зависимость его от геологического строения, нефтегазоносности и разработки.
Использование гидрогеологических данных для разведки нефтегазовых месторождений. При разведке нефтегазовых месторождений гидрогеологические данные используются для определения ГВК, ВНК, нефтяных оторочек газовых залежей, а также для корелляции пластов и пропластков в пределах месторождений и некоторых деталей геологического строения месторождения. При заложении первых поисковых скважин необходимо учитывать возможность смещение залежей нефти и газа в сводовых ловушках от свода к крыльям в результате гидродинамического фактора. Это смещение происходит при значительном наклоне ВНК или ГВК. После обнаружения залежи начинается разведка.
После вскрытия залежи определяется положение ГВК или ВНК. На первом этапе при наличии только одной скважины, вскрывшей залежи можно определить гипсометрическое расположение контакта, предполагая его горизонтальным.
На втором этапе при наличии двух скважин, вскрывших залежь можно определить наклон контакта.
Для определения высотного положения горизонтального ГВК;
hгвк = hв – (Рв – Рг) 10/γв;
hв – положение точки замера давления в водяной части пласта;
Рв, Рг – давление соответственно в водяной и газовой части пласта;
γв – удельный вес воды.
Для положения ВНК:
hвнк = (hв γв – γн hн – (Рв – Рн))/(γв – γн);
Режимы:
Водонапорный, упругий, растворенного газа, газовой шапки и гравитационный. С гидрогеологической точки зрения основное значение имеет различие между следующими режимами нефтегазоводоносных пластов:
· жестководонапорный или водонапорный;
· упруговодонапорный или упругий;
· газовый.
При водонапорных режимах залежи нефти и газа непосредственно связаны с водами водонапорных комплексов, которые соприкасаются с ними и оказывают давление. При газовых режимах залежи либо совсем не соприкасаются с водами, будучи изолированными от них экранами, либо соприкасаются, но не испытывают со стороны вод существенного давления. Воды неподвижны – отбор за счет расширения газа.
Коэффициент возмещения представляет собой отношение объема воды, поступающего в эксплуатируемую залежь за определенный промежуток времени к объему жидкости и газа, отобранному за тот же промежуток времени. Коэффициент возмещения колеблется от 1-водонапорный до 0-газовый. При значениях коэффициента возмещения меньше 1, но больше 0 – воды могут поступать в залежь как за счет естественного гидравлического уклона, так и за счет упругих сил. Идеальный водонапорный режим или близкий к нему можно ожидать в водонапорных комплексах с большими естественными скоростями подземного потока, большими гидравлическими уклонами и высокой проницаемости коллекторов при отсутствии изоляции залежи от водоносной части пласта. Газовые режимы следует ожидать при наличии в залежи газа, свободного или растворенного, при относительной изолированности залежи от водоносной части пласта, при незначительной скорости подземного потока, при небольших размерах водонапорного комплекса.
Если воды практически неподвижны (гидравлический уклон = 0), а размеры водонапорного комплекса незначительны, в начале разработки будет фаза упругого режима, которая затем при наличии газа сменится газовым режимом, затем гравитационным.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
При проектировании и разработки гидрогеологические данные используются:
Для определения возможного режима;
Упругого запаса;
Коэффициента размещения;
Контура питания;
Для прогнозов возможных режимов нефтегазоносных пластов по гидрогеологическим данным требуется изучение строения водонапорной системы и комплекса. Определение объема водонапорного комплекса, наличие или отсутствие его гидравлических связей с другими водонапорными комплексами. Положение зон создания напора и очагов разгрузки и т.д. Упругий запас жидкости в пласте – это количество жидкости, которое при понижении давления извлекается из пласта за счет упругости пласта и насыщающей этот пласт жидкости.
ΔVв = (mβж+βc);
VвΔP
Важной задачей является контроль за обводнением и заводнением залежей в процессе разработки. Для решения этой задачи необходимо знать химический состав вод, разрабатываемого нефтегазоносного пласта и изменение его в пределах разрабатываемой площади и прилегающих участков, а также состава закачиваемой воды, и влияние смешения закачиваемых и пластовых вод. Необходимо систематически производить отбор и анализ проб воды из скважин, дающих воду. Необходимо прослеживать движение пластовых и закачиваемых вод в пласте, определять скорости этого движения на различных участках и определять расположение языков обводнения и т.д.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОМЫСЛОВО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ
При бурении скважин необходимо иметь сведения о водоносных горизонтах разреза, особенно которые отличаются высокими напорами и бурно проявляют себя при проходке. Некоторые воды разрушающе действуют на тампонажные цементы. При эксплуатации залежей нефти и газа необходимо учитывать изменение процентного содержания воды в продукции, изменение состава воды.
Важно использовать гидрогеологические данные при закачке воды в пласт, знать состав, как закачиваемой воды, так и пластовой. При закачке воды в пласт большое значение приобретают нефтевымывающие свойства воды. Также большой проблемой является коррозия от пластовых вод. При необходимости сброса сточных вод нефтепромыслов важное значение приобретает выявление поглощающих зон и горизонтов. Гидрогеологические данные необходимы также для подземных газохранилищ.
ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОД В ПРОЦЕССЕ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ.
При разработке НиГ месторождений могут меняться минерализация, содержание основных ионов, микроэлементный состав вод, концентрация растворенного органического вещества, радиоактивность и т.д. В процессе разработки МР возможны 4 случая изменения состояния вод в течение времени:
1. Минерализация и химический состав остаются постоянными;
2. Минерализация вод снижается;
3. Минерализация вод возрастает;
4. Минерализация и состав незакономерно изменяются.
Первый случай свидетельствует о том, что залежь окружена подземными водами по составу близкими к подстилающим водам. Второй характерен для залежей, вокруг которых застойные зоны с водами повышенной минерализации. В третьем случае образовалась зона пониженной минерализации. Четвертый случай характерен для сильнодислоцированных МР.
Анализ материалов гидрогеохимических наблюдений позволяет решать задачи определения притока вод из различных зон пласта при разработке, а также судить о гидродинамических условиях отдельных участков продуктивных горизонтов. Используя результаты экспериментального моделирования по смешению вод можно определить скорость движения жидкости между соседними скважинами.
Обводнение газовых скважин идет скачкообразно. Это связано с большой подвижностью газовой фазы и разной проницаемостью коллекторов. Продвижение ГВК происходит неравномерно. В зоне нефтяной оторочки резко возрастает содержания сульфатов. В пределах нефтяной оторочки также повышено содержание ионов кальция, магния и щелочных металлов. Анализируя процесс обводнения залежи, выявлена закономерность: в залежи с нефтяными оторочками, после прекращения поступления газа и конденсата появляется не нефть, а пластовая вода. После появления воды повышенной минерализации – скважина начинает давать. Промысловые гидрогеохимические наблюдения позволяют прогнозировать процесс перемещения нефти в газовую зону.
Различается характер газовых (или ГК) и нефтяных залежей с приближением к ГВК и ВНК. В скважинах, эксплуатирующих нефтяные залежи, изменение минерализации происходит постепенно. Резкий скачок свидетельствует о подходе ВНК, причем указанный характер обводнения присущ высокопроницаемым пластам с активным упруговодонапорным режимом. Между дебитом газа и обводнением существует обратная связь, резкое возрастание минерализации и объема воды пропорционально падению количества газа. В некоторых случаях большие отбора газа в скважине приводят к образованию депрессионной воронки вокруг нее, которая может вызвать селективный приток к скважине воды из законтурной зоны.
Такое локальное обводнение характеризуется увеличением минерализации, происходящим в течение длительного времени. Постепенное увеличение минерализации характерно при прорывах воды по маломощным хорошопроницаемым пропласткам, проиходящих заключительный этап эксплуатации, и свидетельствующих о приближении ГВК.
Характер изменения микрокомпонентного состава вод в процессе разработки будет определяться двумя факторами:
1. Закономерностями распределния этих компонентов в приконтурной и законтурной зонах залежей;
2. Особенностями принятой системы разработки.
При разработке месторождений на естественном режиме кривые изменения микрокомпонентного состава вод соответствуют характеру кривых, описывающих поведение ионов в типичных гидрогеологических разрезах в зависимости от их строения.
При закачке вод для ППД рассматриваемые кривые имеют сложную конфигурацию, т.к. различается содержание микрокомпонентов в закачиваемой и пластовой водах. Следует учитывать, что поведение йода, брома и бора при смешении вод эти компоненты не участвуют в процессе осадкообразования и поэтому их концентрация изменяется пропорционально изменению процентного содержания смешиваемых вод.
За изменением содержания органического вещества в подземных водах в процессе разработки можно проследить по фенолам и бензолу. Экспериментально установлено, что при контакте нефти с пластовыми водами происходит насыщение вод фенолами и бензолом. В процессе разработки месторождений нефти отмечается сначала резкое, а затем постепенное уменьшение концентрации фенолов и бензола в водах, удаленных от начального контура нефтегазоносности. Такая же закономерность характерна при откачке вод из нефтенасыщенной модели пласта.
ВЫБОР ВОД ДЛЯ ЗАВОДНЕНИЯ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ
Заводнение может проводиться за счет подземных, поверхностных и промышленных сточных вод. Закачиваемая вода встречается с подземной в пласте и вступает с ней во взаимодействие, которое может иметь нежелательные последствия. При заводнении нефтяных пластов выделяются следующие типы гидрогеологических процессов.
1. Выпадение осадков из закачиваемых вод вследствие изменения физических и химических условий по сравнению с исходными, сопровождаемое заиливанием, кольматацией и цементацией пор и пустот в породе.
2. Выпадение осадков в результате химических реакций и изменение физико-химических условий при смешении закачиваемых и пластовых вод сопровождаемое кольматацией и цементацией пор и пустот породы.
3. Разбухание глинистых компонентов пород в результате гидратации при контакте с закачиваемой водой.
4. Образование сероводорода, асфальта, нефтяных эмульсий при контакте нефти с закачиваемой водой.
Первый тип характерен при закачке поверхностных и особенно речных вод. Процессы второго типа зависят от химической совместимости нагнетаемой и пластовой вод. Наиболее характерные реакции: СаSO4 + NaHCO3, MgSO4 + CaCl2, Na2SO4 + CaCl2.
СаSO4 + Na2CO3 -> СаCO3 + Na2SO4.
Mg SO4 +CaCL2-> MgCl2 + CaSO4.
Na2SO4 + CaCl2 - >
Выпадение осадков при смешении вод происходит в ПЗП нагнетательных скважин, на участках продвижения закачиваемых вод. Также может выпадать на всем оборудовании.
Лекция
Процессы третьего типа (разбухание глинистых компонентов) наблюдаются при использовании пресных и солоноватых вод, особенно при использовании монтмориллонитовых глинистых компонентах.
Из процессов четвертого типа наибольшее значение имеет образование сероводорода в результате взаимодействия с нефтью сульфат восстанавливающих бактерий.
Для предотвращения нежелательных последствий названных процессов, происходящих при заводнении нефтяных залежей необходимо подбирать воду для закачки, учитывая гидрогеологические данные. А при невозможности выбора проектируются мероприятия по подготовке имеющихся вод. В водах, используемых при закачке, определяют количество взвешенных веществ. Для определения химической совместимости воды, предназначенной для закачки и пластовой и прогноза выпадения солей необходимо провести лабораторное моделирование смешения вод и соответствующие расчеты. При лабораторном моделировании оценивают состав и количество выпадающих осадков, и на этой основе прогнозируется возможное снижение проницаемости порового пространства при осадкообразовании в скважине. Если выбор вод для закачки ограничен, а имеющиеся воды не отвечают требованиям к их качеству – то намечаются мероприятия по специальной подготовке вод:
1. Очистка вод от взвешенных и эмульгированных частиц путем отстаивания, фильтрования, флотации от нефтяных частиц путем озонирования, экстракции и микробиологической обработки.
2. Стерилизация вод, заключающаяся в подавлении в воде деятельности бактерий путем добавления реагентов-бактерицидов, а также путем нагревания, воздействия ультра-звуком и т.д. Если предвар