Воды нефтяных и газовых месторождений

Пластовые воды нефтяных и газовых месторождений, согласно классификации М.А. Жданова и др. (1966 г.), подразделяются по отношению к залежам нефти или нефтеносному пласту на несколько разновидностей: 1) нижняя краевая вода располагается в пониженных частя х нефтяного пласта, подпирает нефтеносную залежь (рис. 44, а); 2) подошвенная – в нижней, подошвенной, части нефтяного пласта в пределах всей структуры, включая ее сводовую часть (рис. 44, б); 3) промежуточная вода приурочена к водоносным пластам или пропласткам в нефтяном пласте, являющимся единым объектом разработки (рис. 44, в); 4) верхняя – к чисто водоносным пластам, залегающим выше нефтяной залежи (рис. 44, г); 5) нижняя – к чисто водоносным пластам, залегающим ниже нефтяной залежи (рис. 44, д).

Изучение подземных вод нефтяных и газовых месторождений имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение. Результаты этого изучения используются для правильной оценки перспектив нефтегазоносности территорий. Благоприятными гидрохимическими показателями служат низкое содержание в водах сульфатов и повышенное – карбонатов, а также повышенная концентрация йода, брома, сероводорода в водах хлоркальциевого типа. Если подземные воды района имеют указанные особенности, это позволяет предполагать наличие здесь нефтяных, газовых или газоконденсатных месторождений.

Карстовые процессы

Слова и словосочетания

Геологическая деятельность, совершаемая подземными водами, заключается в растворении минералов или горных пород, по которым они движутся. Растворяющая способность подземных вод значительно усиливается с повышением давления и температуры, а также растворенными в них газами. Химически чистая вода оказывает на известняки незначительное растворяющее действие, но в присутствии углекислого газа агрессивность воды резко повышается.

Наиболее легко растворяются такие минералы, как галит, сильвин, кальцит, доломит, гипс и др. В районах, где породы сложены этими минералами, вода проникает по трещинам и порам, растворяет (выщелачивает) отдельные зерна минералов и уносит их в растворенном виде. Таким образом, подземное выщелачивание приводит к образованию вторичных коллекторов из пород, которые формировались как водоупоры. По коллекторским свойствам вторичные коллекторы не только не уступают первичным, но часто и превосходят их.

Процессы растворения повторяются многократно, в результате во вмещающих породах образуется целая система соединяющихся пустот и каналов. В дальнейшем они увеличиваются в размерах. Так возникают карстовые пещеры.

Карстовые пещеры иногда достигают огромных размеров. Они широко распространены в России, США, Франции, Италии, Венгрии, Чехословакии, Югославии и других странах. Большое количество пещер (свыше сотни) известно в «кавернозных известняках», из которых сложено плато Кентукки (США). Здесь расположена Мамонтова пещера, которая состоит из пяти ярусов каналов и гротов. Ее протяженность свыше 300 км. В Европе крупнейшие пещеры длиной 40–60 км известны в Швейцарии (Хельхох) и Австрии (Айсризенвельт). Крупные пещеры имеются в Венгрии, Югославии и Германии.

На Черноморском побережье Грузии наиболее изучена Новоафонская карстовая пещера, расположенная в известняковом массиве. Это одна из самых крупных исследованных карстовых полостей – здесь выявлено во-

семь залов длиной от 50 до 275 м и высотой до 97 м (рис. 45). Общая протяженность пещеры достигает 1840 м. В пещере имеются три озера, уровень воды в них располагается на высоте 40–42 м над уровнем моря.

Характерной формой для карстовых пещер являются натечные образования, они также связанны с деятельностью подземных вод. Среди натечных форм, которые чаще всего сложены кальцитом, выделяют сталактиты, сталагмиты, колонны, занавеси, перегородки и т.д. Образуются они следующим образом. Подземные воды, проходя через известняки, частично растворяют их и насыщаются бикарбонатом кальция Са(НСО₃)₂. Попадая в карстовые полости, обогащенные Са (НСО₃)₂, подземные воды оказываются в условиях более низкого давления, при котором происходит выделение избытка углекислоты, переход растворимого бикарбоната в нерастворимый карбонат кальция и выпадение его в осадок. Так образуются сталактиты, которые представляют собой удлиненные, растущие вниз от кровли пещеры подвески, похожие на ледяные сосульки. Более толстые натечные формы называются сталагмитами. Они растут снизу вверх в результате падения капель на дно пещеры, частичного испарения воды, потери некоторого количества углекислоты и выделения нерастворимого СаСОз. Иногда, соединяясь, сталактиты и сталагмиты образуют натечные формы в виде колонн, занавесей и перегородок. На стенах карстовых пещер нередко возникают карнизы и каменные водопады. На дне большинства пещер развиты многочисленные колодцы или отдельные озера. Иногда колодцы соединяются, и вода в виде потока движется по дну пещеры в направлении его уклона.

Многие пещеры состоят из большого количества гротов и залов, соединяющихся причудливыми галереями и располагающихся на разной высоте – в несколько этажей. Многоэтажность пещер обычно связана с изменением уровня грунтовых вод в зависимости от базиса эрозии местной речной сети. Понижение базиса эрозии сопровождается понижением уровня карстовых вод, что приводит к формированию нового этажа пещеры.

Большинство исследованных пещер связано с выщелачиванием известняков. Однако в мощных пластах, сложенных другими растворимыми породами, также развиваются карстовые процессы. Примером этого может служить Кунгурская ледяная пещера, расположенная на западном склоне Урала в пределах бассейна р. Сылва в гипсах и ангидритах пермского возраста. Общая длина всех изученных ходов превышает 4,6 км. Внутри пещеры имеется большое количество озер, в том числе 19 крупных. Самое большое занимает площадь около 200 м². Характерными особенностями Кунгурской пещеры являются многоэтажность и низкая температура от –2 до –3°С, что обусловливает в ней круглосуточное присутствие льда.

С течением времени на поверхности района, сложенногокарстующимися породами, могут возникать различные формы карстового рельефа. По условиям образования выделяются карстовые формы, связанные с выщелачиванием (карры) и с провалами и оседанием сводов пещер (воронки, колодцы, долины и полья).

Карры на поверхности известнякового массива. Происхождение их связано с тем, что атмосферная вода, обогащенная углекислотой, проникает в трещины и растворяет их края. В результате образуется система параллельных борозд и желобков, разделенных узкими гребнями. Все эти формы и получили название карров.

Карстовые воронки представляют собой чашеобразные углубления, диаметр и глубина которых изменяются от единиц до десятков метров. Вытянутые, пологие и не особенно глубокие воронки называются карстовыми долинами. Нередко на дне карстовых воронок и других форм карстового рельефа встречаются глубокие отверстия, которые называются понорами. Они представляют собой своеобразные вертикальные каналы, ведущие к подземным карстовым полостям внутри известнякового массива. Воронки смыкаются друг с другом и образуют более крупные площадные отрицательные формы поверхностного карста – котловины и полья, достигающие сотен и тысяч км². Эти котловины могут возникать также в результате провала кровли крупных пещер. В рельефе полья имеют вид замкнутых впадин с крутыми бортами и относительно плоским дном. Нередко карстовые воронки и котловины заполняются водой и образуют карстовые озера.

Подземные воды не только растворяют горные породы, но и разрушают их механическим путем, выносят твердые частицы. Процесс выноса подземными водами твердых частиц из различных пород называется суффозией. Чаще всего суффозии подвергаются лёсс, пески, рыхлые песчаники; при этом водоносные слои уменьшаются в объеме и проседают.

Таким образом, в результате суффозии возникают пониженные формы рельефа на поверхности земли, а в местах выхода подземных вод – суффозионные цирки.

Отложения подземных вод

Наряду с растворением и переносом растворимых и твердых частиц подземные воды в благоприятных условиях откладывают их. Этот процесс может происходить как на земной поверхности у выходов источников, так и в пустотах пород водоносных пластов. Отложение осадков – одна из важнейших форм геологической деятельности, которая совершается подземными водами.

Осадки, отлагаемые подземными водами на земной поверхности. Среди осадков, которые откладываются подземными водами на поверхности, нужно назвать известковые и кремнистые туфы, поваренную соль, железные и марганцевые руды.

Известковый туф состоит из кальцита, который накапливается на поверхности у выходов источников. Выпадение СаСОз у выходов источников обусловлено теми же факторами, что и его выпадение при образовании сталактитов и сталагмитов. Реакцию выделения кальцита при образовании туфа можно записать по схеме

Са(НСОз)₂ «СаСОз ¯+ Н₂О + СО ₂­.

Выделение СО₂ и быстрое осаждение карбоната кальция определяет пористую текстуру известковых туфов, а соли, которые содержатся в подземной воде, окрашивают их в различные тона. Обычно окраска туфов белая или серая, но часто с ржавыми или бурыми пятнами, возникающими за счет оксидов железа. Наличие равномерно распределенных оксидов железа придает всей породе желтоватый цвет.

Известковый туф со сравнительно крупными пустотами носит название травертина. Он способен довольно быстро образовать оболочку на любых предметах, попавших в источники, – ветках, листьях, монетах и т. д. Поэтому отложения травертина часто используют для определения возраста по находкам в них листьев, цветочной пыльцы, спор вымерших растений и т. д. На склонах гор натеки травертина обычно образуют системы террас. Наиболее крупные натечные террасы высотой до 200 м связаны с термальными источниками Памуккале у города Денизли в Турции. Мощные толщи травертинов известны вблизи Крестового перевала на Военно-Грузинской дороге, а также в Пятигорске и других районах.

Железные руды. Образуют залежи бурых железняков. Их образование связано с аккумулятивной деятельностью подземных вод. В местах выхода подземных вод, обогащенных солями железа (FeСО₃) или (FeSO₄), при участии бактерий происходит превращение FeСО₃ и FeSO₄ в 2Fe₂O₃×ЗН₂O – лимонит, который откладывается в больших количествах и образует линзы. Аналогично образуются марганцевые руды.

Оползни

одним из видов (результатов) геологической деятельности подземных вод являются смещения горных пород на крутых склонах, которые бывают весьма различными как по характеру, так и по масштабу. В частности, выделяют мелкие смещения (оплывины), крупные смещения (оползни), и внезапные обрушения огромных массивов горных пород (обвалы), которые обычно происходят в горных районах. Наибольшее значение имеют оползни, широко распространенные в природе.

Оползень – это естественное перемещение массивов горных пород под влиянием силы тяжести. Он образуется в результате деятельности подземных вод при наличии в рыхлой толще осадков горизонтов пластичных глин. В ненарушенном состоянии такие глины мало отличаются от обычных осадков. Однако при механическом воздействии и увлажнении они приобретают высокую пластичность.

На рис. 46 можно видеть обрывистый склон, который сложен плотными и тяжелыми карбонатными породами. В основании склона обнажается водоносный горизонт с источником. Водоупором служат пластичные (плывунные) глины, которые под действием влаги и давления вышележащей толщи становятся «текучими». Из водоносного слоя в результате суффозии водой выносятся мелкие частицы песка, в связи с чем склон медленно оседает. В этих условиях в какой-то момент породы, которые залегают над водоносным слоем, под действием силы тяжести могут оторваться и сползти. Поверхность, по которой происходит отрыв и смещение масс горных пород, получила название поверхности смещения, или скольжения. В результате оползания массивы горных пород разбиваются на отдельные глыбы, которые обычно называют оползневыми телами. Как правило, поверхность первоначального склона после оползания наклоняется в сторону, противоположную движению оползня. При этом стволы деревьев, постройки и т.д. наклоняются в ту же сторону.