К вопросу формирования подземных вод гидрокарбонатно-натриевого типа(на примере Ферганской депрессии)
Е.А. РАВИКОВИЧ
В настоящей статье разбираются условия формирования подземных вод щелочного характера гидрокарбонатнонатриевого типа и признаки распознавания этих вод.
К гидрокарбонатнонатриевому типу согласно классификации В.А. Сулина относятся воды, в которых наряду с другими солями содержатся гидрокарбонаты и карбонаты натрия.
В этом случае отношения rNa/rCl>1 и (rNa-rCl)/rSO4 > 1(по классификации Пальмера обнаруживается первичная щелочность A1). Если отношение (rNa-rCl)/rSO4 <= 1, то воды сульфатнонатриевого типа.
В Ферганской депрессии указанный выше тип вод образуется вследствие ряда факторов: 1) при длительном контакте слабо минерализованных вод с углеводородами (нефтью и газом) - процессы десульфатизации вод; 2) при дренировании мало минерализованными водами пород, содержащих калиево-натриевые полевые шпаты; 3) при выщелачивании цемента, применяемого для тампонажа скважин (при извлечении воды из скважины).
При взаимодействии между сульфатами вод и углеводородами (как предполагает ряд исследователей, под влиянием жизнедеятельности десульфатизирующих бактерий) выделяется углекислота, которая связывается как со щелочно-земельными, так и со щелочными металлами, образуя бикарбонаты и карбонаты кальция, магния и натрия. Кроме того, выделяется сероводород, который либо остается в свободном состоянии, либо образует сернистые соединения. Реакция протекает по известной схеме
Для образования вод гидрокарбонатнонатриевого типа требуется наличие Na2SO4; при этом содержание сульфатов в водах резко падает. Такие воды в Ферганской депрессии встречаются только в структурах гидрогеологической раскрытости вследствие проникновения верхних вод сульфатнонатриевого типа в зону более застойного водного режима. Тогда Na2SO4 подвергается восстановлению, образуя Na2CO3.
Таким образом, процессы десульфатизации, протекающие в водах под влиянием углеводородов, распознаются по наличию в воде H2S, по высокой щелочности и малой сульфатности.
При застойном режиме с накоплением в водах солей кальция и магния идут процессы взаимодействия их с карбонатами натрия по. реакции
и в связи с этим гидрокарбонатнонатриевый тип вод в зоне застойного режима не сохраняется.
В том случае, когда в слагающих коллекторах присутствуют гипсы, несмотря на высокие количества сероводорода в воде, количества сульфатов в них также велики. Таким образом, большие количества сульфатов в воде при наличии сероводорода свидетельствуют об источнике, пополняющем расходуемые сульфаты при реакциях последних с углеводородами. При этом воды гидрокарбонатнонатриевого типа переходят в сульфатнонатриевые по реакции
Иногда же воды гидрокарбонатнонатриевого типа, имеющие высокую щелочность и малую сульфатность, содержат только следы сероводорода либо сероводород в них вовсе отсутствует (см. табл. 1).
Это происходит обычно в песчанистых коллекторах. В этом случае наглядное объяснение протекавших процессов десульфатизации дает изучение системы вода - порода.
В породах обычно идет накопление восстановленных форм железа-пирита.
Таким образом, гидрокарбонатнонатриевый тип вод, образующийся вследствие реакции с углеводородами, распознается по следующим признакам: 1) воды имеют небольшую общую соленость (от 3 до 10 г/л растворимых солей); 2) pH до 8,4; 3) в водах содержатся НСО'3 и СО3'; 4) обычно, присутствует сероводород (либо слагаемые породы содержат восстановленные формы железа); 5) содержание SO4'' невысокое.
Вторая группа щелочных вод, образующихся вследствие выщелачивания из пород полевых шпатов, широко распространена в водах неогеновых отложений, в так называемой зоне предгорий и периферических гор.
Эти горные сооружения в основном слагаются изверженными породами, богатыми полевыми шпатами. Кроме того, воды этого типа были встречены в меловых отложениях некоторых нефтеразведочных площадей, где содержание полевых шпатов в слагаемых породах достигало 73%.
Указанная группа вод (гидрокарбонатнонатриевого типа) формируется при чрезвычайно малом общем содержании солей вследствие малой растворимости калиево-натриевых полевых шпатов (KNaAlSi3O8); при этом необходимо наличие в воде углекислоты, способствующей гидролизу последних, либо карбонатов кальция для обменных реакций между катионами пород и воды.
Из табл. 4 видно, что общая сумма солей в водах гидрокарбонатнонатриевого типа не превышает 1,2 г/л, причем основные соли относятся к сульфатам и карбонатам натрия, содержание же ионов кальция и магния чрезвычайно мало. (Следует отметить, что в образце воды С. Риштана нужно предположить наличие не только поверхностных вод, связанных с выщелачиванием полевых шпатов, но также и более минерализованных подземных вод вследствие относительно высокого содержания в этом образце поваренной соли.)
И, наконец, гидрокарбонатнонатриевый тип вод может быть образован вследствие выщелачивания цемента при тампонаже скважин.
Выщелачивание цемента приводит к исчезновению бикарбонатов в воде вследствие накопления гидроксильных ионов в связи с выщелачиванием последних из окиси кальция, находящегося в цементе.
Реакция протекает следующим образом:
Наряду с этим при выщелачивании цемента происходят нарастание в воде ионов кальция и уменьшение ионов магния вследствие выщелачивания Са из цемента и выпадения Mg(OH)2 из воды. Это приводит к резкому увеличению rCa/rMg.
Таким образом, выщелачивание цемента водой распознается по следующим данным: 1) высокий pH (>8,4); 2) исчезновение НСО3' и накопление СО3'' и ОН'; 3) увеличение количества ионов Са" и уменьшение ионов Mg"; 4) резкое увеличение rCa/rMg.
Однако не всегда выщелачивание цемента приводит к образованию вод гидрокарбонатнонатриевого типа. Здесь, так же как и в первом случае (при взаимодействии вод с углеводородами), при высокой общей солености карбонаты натрия не сохраняются вследствие взаимодействия их с солями кальция. Таким образом, несмотря на высокий pH и резкое увеличение ионов rCa/rMg, воды резко соленые относятся к хлоркальциевому типу.
Выводы
Воды гидрокарбонатнонатриевого типа в Ферганской депрессии формируются вследствие ряда причин.
1. При контакте слабо минерализованных вод с углеводородами (нефтью или газом). Выявляются они по следующим признакам: а) воды имеют небольшую общую соленость; сумма солей от 3 до 10 г/л; б) в водах содержатся НСО3' и СО3”; в) обычно присутствует H2S; г) содержание SO4" невысокое.
2. При дренировании полевошпатовых минералов. В этом случае воды содержат: а) очень малое количество солей, не превышающее 1,5 г/л; б) основные соли относятся к сульфатам и карбонатам натрия; в) чрезвычайно малое количество ионов кальция и магния.
3. При выщелачивании цемента в результате тампонажа скважин. Выщелачивание цемента распознается: а) в водах высокий pH (>8,4); б) отсутствуют НСО3' и появляются ионы СО3" и ОН'; в) резко увеличивается содержание Са" и уменьшается Mg"; г) отнощение rCa/rMg резко возрастает.
ЛИТЕРАТУРА
1. Козлов А.Л. Проблемы геохимии природных газов, Гостоптехиздат, 1950.
2. Равикович Е.А. Закономерности изменения солевого состава вод, нефтей и газов в Ферганских нефтяных месторождениях. Нефт. хоз. № 4, 1955.
3. Сулин В.А. Гидрогеология нефтяных месторождений. Гостоптехиздат, 1948.