В пределах нефтяных и газовых месторождений подземные воды подразделяются на грунтовые, пластовые напорные, тектонические, связанные и технические. В некоторых случаях установлены и карстовые воды, а в многолетней криолитозоне - надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные.

Грунтовые воды - это воды первого от поверхности водоносного горизонта, не имеющего сверху сплошной кровли из водонепроницаемых пород.

В колодцах или скважинах, доведенных до грунтовых вод, уровень воды устанавливается на высоте, соответствующей верхней границе или свободной поверхности грунтовых вод, и не поднимается вверх под напором, как в артезианских колодцах или скважинах.

На участках, где водоносный горизонт перекрыт водоупорными породами, грунтовые воды приобретают напор, который соответствует по высоте общей поверхности грунтовых вод водоносного горизонта.

Грунтовые воды находятся в непрерывном движении (грунтовый поток воды), а иногда движение вод происходит весьма медленно (бассейн). Если на пути движения грунтового потока вод создаются условия, препятствующие его движению, может возникать подпор грунтовых вод, тогда безнапорный горизонт грунтовых вод превращается на некоторых участках в напорный.

Межпластовыми, называются воды, которые не на всю мощность заполняют водонепроницаемый пласт, имеющий водоупорную кровлю и ложе.

Область питания грунтовых вод, как правило, совпадает с областью их распространения.

Питание грунтовых вод происходит путем фильтрации атмосферных осадков, этому благоприятствует отсутствие сверху постоянной водоупорной кровли; в питании принимают участие поверхностные, конденсационные, так же пластовые, карстовые и другие типы подземных вод.

Карстовые явления возникают в растворимых водой горных породах и связаны с химическим процессом растворения и выщелачивания известняков, доломитов, гипсов, ангидритов и солей (галита и других).

Движение подземных вод в районах развития карста происходит по трещинам, кавернам, воронкам, пересекающим породы в самых разнообразных направлениях и образующих весьма сложные по очертаниям водонасыщенные системы. В районах развития карста поглощение атмосферных осадков, вод рек и других водных потоков происходили весьма интенсивно, с большей скоростью, т. е. происходит инфлюация. Карстовые подземные воды относятся к типу безнапорных, а иногда - к типу напорных, они находятся в тесной связи с атмосферными осадками.

Мерзлая зона литосферы, или криолитозона, широко распространена на земном шаре. Площадь, занятая криолитозоной, составляет 24% всей территории суши земного шара.

Воды многолетней криолитозоны подразделяют на: подмерзлотные воды, межмерзлотные воды и надмерзлотные воды.

К подземным водам нефтегазовых месторождений относятся воды, заполняющие в капельно-жидком состоянии пористые, трещиноватые и проницаемые горные породы, принимающие участие в строении нефтяного или газового месторождения и прилегающих участков земной коры.

Водоносные горизонты разделены водонепроницаемыми слоями.

Пластовые воды делят обычно на:

1) Контурные (краевые);

2) Верхние контурные (верхние краевые);

3) Подошвенные;

4) Промежуточные;

5) Шельфовых частей материков;

6) Посторонние, чуждые по отношению к нефтяной или газовой залежи, воды (верхние, нижние и смешанные).

Контурные - воды, залегающие в пониженных участках нефтяных пластов. Эти воды очень часто подпирают залежь со стороны контура нефтеносности.

Верхние контурные воды встречаются, когда нефтеносная часть пласта выведена на поверхность (моноклинали, разрушенные своды антиклинальных складок). Выведенные на дневную поверхность нефтяные пласты иногда бывают заполнены водами атмосферных осадков и поверхностными водами, они и называются верхними контурными.

Подошвенные воды залегают в нижней части пласта и распространены иногда по всей части структуры, включая и ее сводовую часть.

В процессе эксплуатации нефтяной или газовой залежи и при значительных отборах нефти или газа из скважин, расположенных на своде антиклинали, часто контурные воды оказываются подтянутыми по подошве пласта на свод антиклинали.

В этом случае образуются искусственно созданные подошвенные воды.

Иногда в нефтяном или газовом пласте имеются различной мощности пропластки, насыщенные только водой, эта вода и называется промежуточной.

Пластовые воды месторождений в зонах шельфа обладают специфическими свойствами обычных вод нефтегазовых месторождений, расположенных на материках.

Посторонние пластовые воды подразделяются на верхние, нижние и смешанные.

Верхние - воды, залегающие выше данного пласта, независимо от того, из какого вышележащего пласта они могут проникнуть в пласт.

Нижними называют воды, залегающие ниже данного нефтяного/газового пласта, независимо от того, из какого нижележащего пласта они могут проникнуть в пласт.

Смешанными называют воды, залегающие выше данного нефтяного/газового пласта и поступающие в пласт из нескольких водоносных пластов или из вышезалегающих и нижезалегающих водоносных пластов.

Тектоническими называют те воды, которые поступают по тектоническим трещинам из различных пластов, содержащих высоконапорные воды. Эти воды иногда поступают с больших глубин и обладают большим напором; еще до разработки нефтяных и газовых залежей могут оттеснять нефть и газ от тектонических смещений, а в процессе разработки и эксплуатации в результате создаваемых депрессий, они могут активно заводнять нефтяные и газовые залежи. Тектонические воды в пределах нефтегазовых месторождений часто бывают приурочены только к тектоническим нарушениям и появляются при вскрытии нарушенных скважинами зон.

Тектонические воды иногда бывают смешанными, так как поступают из нескольких горизонтов.

В породах-коллекторах, содержащих нефть и газ, обычно находится связанная, или остаточная, вода. Ее содержание в пласте определяется величиной поверхности пор; формой и минералогическим составом частиц породы. В породах, обладающих проницаемостью 2 - 3 d - содержание воды не превышает 4 - 5%, а при проницаемости 0,01 - 0,03 d - до 55,60 и даже 70% и более. В среднем, содержание связанной воды в нефтяном пласте составляет 20 - 30% от емкости пор.

В нефтяные и газовые пласты, особенно в пласты, обладающие невысоким напором, иногда попадает очень большое количество технической воды при бурении скважин, ремонтных работах, промывке песчаных пробок и др.

При опробовании скважин эти воды могут поступать обратно в скважину и, естественно, при этом затемняют истинную картину опробования.

В огромном количестве в нефтяные пласты искусственно вводится вода при применении законтурного и внутриконтурного заводнения для поддержания давления и при площадном заводнении. При гидрогеологических исследованиях, проводимых на эксплутационных и разведочных площадях, следует обязательно учитывать эти воды.

Рисунок 1.

Схема залегания подземных вод нефтегазового месторождения.

1 - грунтовая вода; 2 - нефтяной пласт; 3 - пласт, насыщенный водой; 4 - газонефтяной пласт; 5 - нефтяной пласт с пропластками промежуточной воды; 6 - нефтяной пласт с подошвенной водой; 7 - нефтяной пласт с верхней контурной водой; 8 - тектоническая вода.

Рисунок 2.

Примеры обводнения нефтеносного пласта верхней водой (а); нижней водой (б); смешанной водой (в).

1 - скважина; 2 - цемент за водозакрывающей колонной; 3 - песчаник, насыщенный водой; 4- песчаник, насыщенный нефтью; стрелками показано направление движения вод через неплотное цементное кольцо.

2. Предмет и задачи палеогидрогеологии. Понятие о гидрогеологических циклах.

Под палеогидрогеологией понимают раздел гидрогеологической науки, объектом исследования которого является воссоздание древних гидрогеологических и гидрохимических условий, существовавщих в различные периоды прошлого в водоносных комплексах.

Палеогидрогеология тесно связана с исторической геологией, палеографией, литологией, стратиграфией и другими науками.

Основной реконструкцией является детальное изучение одновозрастных водоносных комплексов; их изменений на исследуемой площади; изучение структурных особенностей в различные этапы геологической истории.

В процессе исследования следует реконструировать древние ландшафты, расположение морских бассейнов и участков суши, установить положение береговых линий, охарактеризовать возможные области питания и разгрузки. На основе перечисленных выше данных выявит направление подземного стока или его отсутствие. При палеогидрогеологических исследованиях (построениях) необходимо исследовать физико-химические свойства вод, приуроченных к рассматриваемым водоносным комплексам.

Разобраться с разнообразием подземных вод (по химическому составу; по условиям залегания; движения и их использования) возможно, подходя к изучению формирования вод с исторической точки зрения, то есть, прослеживая в каком-либо горизонте (водоносном) шаг за шагом эти изменения в течение геологической жизни земной коры.

Таким образом, задачей палеогидрогеологических исследований является восстановление гидрогеологической истории региона, артезианского бассейна, водоносного комплекса или горизонта. Палеогидрогеологические исследования имеют большое прикладное и весьма важное значение, так как помогают выявить в геологическом прошлом гидрогеологическую обстановку формирования, сохранения и разрушения залежей нефти и газа. Последнее имеет большое значение при организации разведочных работ на нефть и газ.

В понимании А. А. Карцева гидрогеологический цикл в пределах какого-либо района начинается тектоническим нарушением и трансгрессией, охватывает период последующего поднятия и регрессии и заканчивается перед новым погружением и регрессией. Заканчивается первая часть гидрогеологического цикла, когда на площади, занятой седиментационным бассейном, отрицательный знак колебательных движений сменяется на положительный, происходит поднятие, регрессия и начинается денудация водоносных пород. Эту часть гидрогеологического А. А. Карцев называет - седиментационным или элизионным гидрогеологическим этапом. В данном случае формируются седиментационные воды и происходит элизионный водообмен.

Инфильтрационный этап заканчивается, когда при новом тектоническом погружении море перекрывает наземные выходы водоносных пород и начинается накопление более молодых отложений, а инфильтрация прекращается. На этом заканчивается весь гидрогеологический цикл и начинается новый цикл.

В течение элизионного этапа нового гидрогеологического цикла происходит накопление седиментационных вод в молодых отложениях. В отложениях, образовавшихся во время прежнего цикла, сохраняются воды последнего. Но и в них происходит перераспределение вод: возобновляется выжимание древних седиментогенных вод из глин в коллекторские породы. Следовательно, на элизионном этапе второго гидрогеологического цикла (или просто на втором элизионном гидрогеологическом этапе) инфильтрогенные воды могут вытесняться и замещаться седиментогенными водами в отложениях, синхронных первому циклу. Иногда (когда поднятие по вертикали настолько велико, что денудация захватывает и древние породы, синхронные первому циклу) инфильтрационный этап нового гидрогеологического цикла может привести и к инфильтрации литогенных вод в древние отложения. Тогда происходит вытеснение новыми инфильтрогенными водами сохранившихся там древних вод, остатков прежнего цикла - седиментогенных, инфильтрогенных, иногда частично и эндогенных.

Далее может начаться третий гидрогеологический цикл, ход гидрогеологических процессов в котором будет сходным с описанием выше, но в какой-то мере и отличным от предыдущего.

Таким образом, по А. А. Карцеву, гидрогеологический цикл - это отрезок гидрогеологической истории района или комплекса, начинающийся с трансгрессии, осадконакопления и образования седиментогенных вод, включающий этап последующей регрессии, денудации и инфильтрации и заканчивающийся новой трансгрессией и прекращением инфильтрации.

3. Гидрогеологические наблюдения и исследования в процессе разработки нефтяных и газовых залежей.

Исследования, связанные с разработкой нефтяных и газовых залежей, надо начинать с первых разведочных и эксплутационных скважинах, в которых при опробовании получили притоки нефти и газа. На протяжении периода разработки необходимо проводить наблюдения по законтурным скважинам.

Наиболее важные изменения в залежи при ее эксплуатации:

· Изменение давления в залежи и перераспределение его по площади;

· Изменение нефтегазоводонасыщенности пласта;

· Перемещение ВН, ГН и ГВ контуров;

· Изменение физических и химических свойств, извлекаемых из залежи нефти, газа и воды.

Для наблюдения за изменением степени обводненности залежи производят точные замеры дебитов жидкости и определяют содержание в ней нефти и воды по всем скважинам и в целом по залежи.

Вместе с исследованием скважин, расположенных в пределах контуров нефте- и газоносности, наблюдают изменение уровней в пьезометрических скважинах (разведочные скважины, оказавшиеся за контуром НГН или скважины, ранее эксплуатирующиеся и обводнившиеся пластовой водой).

Законтурные скважины дают представление о пластовом давлении в период разработки залежи и ее эксплуатации.

Наблюдения за изменением уровней вод в этих скважинах осуществляется с начала разработки нефтяной или газовой залежи путем непрерывного замера их регистрирующим уровнемером.

Если законтурная скважина фонтанирует водой, то при помощи регистрирующего манометра производят непрерывное наблюдение за изменением давления на устье скважины. По этим данным по каждой наблюдательной скважине строят график изменения динамического уровня во времени.

На рисунке 3 изображен график изменения динамического уровня по одной законтурной скважине и добыча жидкости, получаемой скважинами из данного нефтяного пласта.

Рисунок 3.

График изменения среднесуточной добычи нефти и воды и динамического уровня в законтурной скважине.

1 - среднесуточная добыча нефти и воды из нефтяной залежи; 2 - динамический уровень в законтурной скважине; а - вступила в эксплуатацию новая скважина с дебитом 220 т/сутки; б - вступила в эксплуатацию новая скважина с дебитом 180 - 200 т/сутки; в - временно остановлено несколько скважин с суммарным дебитом около 900 т/сутки; г - временно увеличен отбор жидкости из нескольких скважин.

Из рисунка 3 следует, что малейшие изменения, происходящие в отборе жидкости из залежи, отражаются на положении уровня в пьезометрической скважине.

Важно точно фиксировать дату появления признаков воды и вести точный количественный учет попутно добываемой воды.

Для изучения химического состава и свойств воды в пластовых условиях отбирают глубинные пробы воды из скважины, находящейся в опробовании или эксплуатации (глубинные пробоотборники).

В процессе разработки внедряются разные способы заводнения пластов для интенсификации нефтеотдачи. Например, закачка в пласт подогретой воды при определенных условиях может повысить нефтеотдачу за счет снижения вязкости нефти.

При изучении движения подземных естественных вод и вод, искусственно нагнетаемых в пласт, используют метод радиоактивных индикаторов.

Можно отметить, что на Октябрьском нефтяном месторождении (Северный Кавказ) в пласт закачивали вместе с нагнетаемой водой окись трития. Меченая вода не продвигалась единым фронтом. Часть ее, заполнив высокопроницаемые зоны, быстро прорвалась в эксплутационные скважины. Основная часть индикатора двигалась по гомогенной среде, подчиняясь известным законам фильтрации жидкости в однородном пласте.

При заводнении залежи в верхнемеловых трещиноватых известняках Карабулак-Ачалукского месторождения первые порции индикатора (в шести эксплутационных скважинах) стали поступать в контрольные скважины на 36 - 461 сутки после его ввода в коллектор.

Библиографический список.

1. Сухарев Г. М. «Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений» - М., «Недра» 1971 год.