К оглавлению

УДК 553.98.061,33:57.314

 

© П. К. Ляхович, 3. П. Склярова, 1991

Дегидратационно-эмиграционный потенциал как показатель общей минерализации пластовых вод

П. К. ЛЯХОВИЧ, 3. П. СКЛЯРОВА (Союзтермнефть)

Величины общей минерализации пластовых вод и закономерности их изменения необходимо знать при решении многих вопросов нефтегазовой геологии, гидрогеологии и разработки.

Исследованиями многих ученых установлено, что химический состав подземных вод частично привносится «в готовом виде» и изменяется под действием различных факторов: выщелачивания пород, обменных реакций между водами и породами, окислительно-восстановительных реакций, гидратации и дегидратации минералов, фильтрационного и осмотического эффектов в растворах, диффузии ионов солей и газов, гравитационной дифференциации растворов, седиментационных вод, глин, конденсационных вод и др. Значительное число работ посвящено также исследованию количественной характеристики седиментационных вод, отжимаемых из глин, и их влиянию на минерализацию пластовых вод [1, 2].

Нами рассмотрен новый количественный показатель, характеризующий величину общей минерализации пластовых вод применительно к горизонтам, сложенным чередующимися песчано-алевролитовыми и глинистыми пластами, характеризующимися гидрогеологически закрытым режимом и не испытавшими инверсий. Все приводимые расчеты относятся к той стадии диагенеза осадков, когда еще не проявляются процессы дегидратации глинистых минералов.

Задача эта решается на основе системного подхода к геологии: рассматривается система глина - флюид - коллектор (ГФК) (Эта же система рассматривалась ранее [3] в аспекте преобразования песчано-алевролитовых коллекторов в плотные породы с трещинами.).

Наиболее элементарная система ГФК состоит из одного пласта-коллектора, который подстилается и перекрывается глинами. На практике при испытании скважин на приток мы сталкиваемся с интервалами, состоящими, как правило, из нескольких пластов-коллекторов, разделенных глинами, т. е. с пачками пластов или с горизонтами в целом.

Объем седиментационной воды, выделяющейся при гравитационном уплотнении глин системы ГФК, приходящийся на объем коллектора этой же системы, в общем случае неодинаков. Назовем эту величину дегидратационно-эмиграционным потенциалом (ДЭП) системы ГФК.

Для сравнения величины этого потенциала в системах ГФК с разным соотношением суммарных толщин глин и коллекторов на различных глубинах воспользуемся удельной величиной этого параметра - ДЭП*, представляющей собой объем седиментационных вод, выживаемых из глин, при их гравитационном уплотнении, приходящийся на 1 м3 коллектора рассматриваемой системы, который определяется из соотношения

где- суммарная толщина глин системы, подвергающихся дегидратации, м;- суммарная толщина коллекторов системы, в которые эмигрирует седиментационная вода глин, м; V - дегидратационный фактор глин, представляющий собой объем седиментационной воды, отжимаемой из 1 м3 глин за время погружения на данную глубину, л/м3. Отношение в рассматриваемом аспекте представляет собой дегидратационно-эмиграционный коэффициент системы.

Из соотношения (1) следует, что при близких глубинах залегания пластов в одном и том же горизонте величина дегидратациоиного фактора глин также будет близкой. Поэтому величина ДЭП* системы ГФК при одинаковых глубинах будет колебаться в зависимости от дегидратационно-эмиграционного коэффициента системы.

Рассмотрим принципиальную систему изменения величин ДЭП* в системах ГФК или интервалах одного и того же горизонта в зависимости от соотношения суммарных толщин глин и коллекторов, залегающих на близких глубинах.

На рис. 1 показан горизонт в интервале глубин 1000-1025 м, представленный чередующимися песчано-алевролитовыми коллекторами толщиной сверху вниз (м): 0,5, 1, 2, 3, 1, 5, 2, и глинистыми толщиной соответственно 2, 1,5, 1, 0, 5, 1, 5, 2, 1, 5. Исходя из приведенных толщин пластов, слагающих горизонт, можно заключить, что максимальная толщина глин, поставляющих седиментационные воды в смежные пласты-коллекторы, равна 1 м и менее. Дегидратационный фактор глин, равный 120 л/м3, для глубин 1000-1025 м оценивается данными табл. 1, составленной Ю.Д. Кузьменко (1976 г.) по методике Н. Б. Вассоевича (1960 г.).

Как видно из табл. 1, с глубиной погружения под влиянием возрастающего геостатического давления дегидратационный фактор глин возрастает от 45 на глубине 500 м до 320 л/м3 на глубине 5000 м; нарастание это неравномерное, с затуханием: наиболее интенсивно дегидратационный фактор глин возрастает до глубины 2000 м, где величина его составляет 225 л/м3. При дальнейшем погружении от 2000 до 5000 м прирост этого параметра равен 95 л/м3.

Результаты расчета дегидратационно-эмиграционного коэффициента Shгл/Shэф и величин ДЭП* для систем ГФК с различным соотношением суммарных толщин глин и коллекторов в интервале глубин 1000-1025 м приведены на рис. 1. Величины ДЭП* систем ГФК, залегающих на близких глубинах и характеризующихся различной суммарной толщиной глин и коллекторов и одинаковым дегидратационным фактором глин, изменяются от 87 до 408 л/м3. Если же сравнивать между собой системы ГФК на различных глубинах с соответствующими им дегидратационными факторами глин и соотношением суммарных толщин глин и коллекторов, то пределы изменения ДЭП* будут еще значительнее.

Для выявления количественной связи между величиной ДЭП* и общей минерализацией пластовых вод в реальных условиях нами были рассчитаны значения этого параметра для интервалов и горизонтов Майкопа восточной части южного борта Западно-Кубанского прогиба, которые испытывались на приток, и по ним определялась величина общей минерализации пластовой воды. Как и в рассмотренном на рис. 1 примере, разрез майкопских горизонтов сложен тонкослоистыми чередующимися песчано-алевролитовыми и глинистыми пластами и характеризуется гидрогеологически закрытым режимом.

Необходимо отметить, что вопреки характерному для гидрогеологически закрытых систем распределению линий приведенных пластовых давлений (Б.М. Яковлев, 1963 г.), некоторые авторы [4] относят майкопскую гидрогеологическую систему к гидрогеологически открытой с областью питания у пос. Нефтегорска, где горизонты I-IV обнажаются на дневной поверхности. При этом уменьшение общей минерализации пластовых вод в горизонтах с ростом глубин их залегания и удалением от упомянутых выходов горизонтов объясняется влиянием избирательной инфильтрации, наличием следующих зон: наиболее интенсивного продвижения инфильтрационных вод с наименьшей минерализацией, свободного обмена, древней инфильтрации, застойной и т. д. Толщина глинистых прослоев в разрезе семи горизонтов Майкопа рассматриваемой гидрогеологической системы, как правило, не превышает 2 м, поэтому максимальная толщина глинистых пластов, из которых седиментационная вода мигрирует в смежные пласты-коллекторы, не превышает 1 м. При оценке дегидратационно-эмиграционного коэффициента систем ГФК, интервалов опробования учитывался весь объем седиментационных вод, выжимаемых из глин рассматриваемых систем; суммарные толщины глин и коллекторов, входящие в интервалы, подвергавшиеся испытанию на приток, оценивались по материалам электрокаротажа.

Общее число объектов составило 52, залегают они на глубинах от 650 до 2600 м, приурочены к 51 скважине и семи горизонтам и расположены на 15 площадях, простирающихся на 100 км. Результаты расчета ДЭП* и соответствующие им значения общей минерализации пластовых вод приведены в табл. 2.

При глубинах залегания объектов от 650 до 2600 м средняя пористость коллекторов обычно составляет 20-25 %. Поэтому 1 м3 коллектора может вместить соответственно 200-250 л воды. Из этого следует, что приведенные в табл. 2 объемы отжимаемой из глин седиментационной воды, приходящейся на 1 м3 коллектора, т.е. величины ДЭП*, во всех случаях превышают вместимость смежных коллекторов на 50-70 %. В результате сжатия глин из них удаляется огромное количества воды. Поэтому в больших и глубоких депрессиях вода в песчаных пластах, залегающих среди глин, в основном представляет воду, выжатую из последних (Н.Б. Вассоевич, 1960 г.). Поскольку уплотнение глинистых пластов по сравнению с песчано-алевролитовыми в процессе погружения осадков происходит более интенсивно, то отжимаемая из них седиментационная вода поступает в смежные пласты-коллекторы и повышает их общую минерализацию. Минерализация седиментационных вод глин значительно выше, чем вод пластов-коллекторов. Об этом, в частности, свидетельствует более высокая электропроводность глин на кривых КС электрокаротажа.

Несмотря на возможные погрешности в оценке суммарных толщин глин и коллекторов, входящих в интервалы опробования, а также дегидратационного фактора глин на различных глубинах, из табл. 2 следует закономерность: во всех случаях величина ДЭП* численно близка к значению общей минерализации пластовой воды из этого интервала, а на графике зависимость между этими величинами линейная (рис. 2).

Интерпретация выявленной новой численной закономерности в рассматриваемых гидрогеологических условиях заключается в следующем.

Пластовые воды представлены в основном седиментационными, выжатыми из глин.

Определяющее влияние на величину общей минерализации пластовых вод оказывает дегидратационно-эмиграционный коэффициент интервала, горизонта и дегидратационный фактор глин, соответствующий глубине их залегания; если же сравнивать величину общей минерализации пластовых вод в разных интервалах горизонта, залегающих на близких глубинах, то выявленная закономерность проявляется в следующем: чем больше дегидратационно-эмиграционный коэффициент интервала, тем минерализация пластовой воды в нем выше и, наоборот, объекты с меньшим дегидратационно-эмиграционным коэффициентом характеризуются водами более низкой минерализации.

Выявленная новая количественная закономерность изменения общей минерализации пластовых вод от удельной величины ДЭП* имеет региональный характер. Эта закономерность позволяет прогнозировать величину общей минерализации пластовых вод в сходных гидрогеологических условиях по материалам ГИС и дегидратационному фактору глин, соответствующему глубине залегания объекта. Использование выявленной закономерности будет способствовать более углубленному на количественном уровне решению различных задач, связанных с формированием залежей нефти и газа и их эволюцией, прогнозом и разведкой нефтегазоносности недр, интерпретацией материалов ГИС, испытанием скважин на приток, подсчетом запасов, разработкой залежей нефти и газа и др.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Капченко Л.Н. Преобразование ионно-солевого состава подземных вод нефтегазоносных бассейнов при дегидратации монтмориллонита / / Геология нефти и газа.- 1978,- № 7.- С. 57-60.

2.     Карцев А.А. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений.- М.: Недра.- 1972.

3.     Ляхович П.К. Механизм преобразования терригенных поровых коллекторов в трещинные // Геология нефти и газа,- 1980,- № 3.- С. 39-44.

4.     Рогожин Д.И., Шпак С. А. Гидрогеология майкопских отложений Нефтегорско-Хадыженской группы месторождений // Труды КФ ВНИИ.- Краснодар.- Вып. 13.- 1974,-С. 209-216.

Abstract

A new quantitative index is proposed allowing for the prediction of the magnitude of the aggregate formation water mineralization from geophysical well log data and from dehydration factor of clays in the objects composed largely of alternation of sand-siltstone and argillaceous beds characterized by a hydrologically closed regime and which have not undergone inversions.

 

Таблица 1 Свойства глин Западного Предкавказья на различных глубинах

Глубина, м

Дегидратационный фактор, л/ м3

Прирост дегидратационного фактора на 1000 м, л/м3

500

45

 

1000

120

120

2000

225

105

3000

275

50

4000

300

25

5000

320

20

 

Таблица 2 Величины ДЭП* и обшей минерализации пластовых вод по объектам и горизонтам Майкопа южного борта Западно-Кубанского прогиба

Номер точки на рис. 2

Площадь

Номер скважины

Интервал перфорации, м

Горизонт

ДЭП*

Общая минерализация, мг-экв/л

1

Хопры

0108

649-652

IV

(1/1.5)*50=33

28,7

2

Северные Хопры

645

1000-1012

V-VI

(8/2.5)*120=384

376,2

3

Соколова гора

073

1075-1100

IV

(16/6)*120=320

315,48

4

То же

702

1156-1162

IV

(2/1)*135= 270

273,08

5

»

220

1170-1185

V-VI

(6/3.2)*145=274

265,48

6

Центральное поле

593

710,5-758

IV

(20/4)*60=300

333,52

7

То же

335

780-800

V-VI

(6/1.5)*85=340

352,66

8

»

183

798-811

IV

(4/1)*82=328

343,00

9

Восковая гора

494

904-955

III

(8/2)*110=440

453,9

10

То же

483

896-995

III

(4/1)*110=440

469,88

11

»

493

780-792

I

(8/2)*85=340

333,28

12

»

074

1339-1360

V-VI

(9/5.5)*155=252

270,06

13

Хадыженская

349

950-980

I

(16/4.8)*115=382

397,38

14

То же

317

999-1009

I

(6/2)*120= 360

376,12

15

»

168

854-868

I

(12/2.5)*82=392

412,24

16

»

135

843-865

I

(7.5/1.5)*90=450

460,10

17

»

320

1057-1100

I

(13/5.5)*125= 297

291,84

18

»

340

1255-1275

I

(10/5)*145=290

282,28

19

»

235

966-1040

I

(10/3)*120=400

429,6

20

»

366

937-958

I

(7/2.5)*110=330

312,16

21

Кабардинская

88

1098-1114

II

(7/2.5)*130=365

342,60

22

То же

100

1152-1171

III

(10/3.5)*135=385

369,90

23

»

106

1196-1207

III

(7.5/3.0)*140=350

350,90

24

»

160

838-872

I+II

(9/2)*90=405

409,2

25

»

190

1090-1111

I

(6/2.5)*130=310

304,04

26

»

235

966-1040

1

(14/4)*120=420

429,6

27

Асфальтовая гора

149

939-1011

I

(20/5)*115=460

495,80

28

Камышанова балка

71

1068-1126

I

(15/3.5)*130=550

582,20

29

Тицыно

727

1499-1511

V-VI

(5/3.5)*170=264

271,20

30

То же

727

1618-1639

VII

(7/4)*180= 320

319,16

31

»

724

1750-1768

VII

(7/4)*195= 333

365,88

32

Ключевая

27

2100-2132

I

(8/4.5)*235=415

416,84

33

То же

58

2060-2077

I

(6/5)*230= 274

281,06

34

»

306

2116-2152

I

(15/2.3)*235= 292

267,94

35

»

93

2278-2324

II

(18/17)*240=256

258,38

36

»

304

2332-2342

II

(8/7)*240=272

269,26

37

»

28

2120-2132

I

(6/5)*230= 278

279,33

38

Дыш

90

2140-2150

I

(6/5)* 240=290

297,25

39

»

45

2122-2130

I

(5/4)*230=290

307,03

40

»

155

2064-2076

I

(7/4)*235=310

316,1

41

»

36

2157-2169

I

(6/4.7)* 230= 293

292,0

42

»

140

2247-2386

I

(38/37)*240=246

252,2

43

»

60

2550-2586

II

(16/17)*250=235

237,08

44

Калужская

6

1981-1996

I

(4/2.5)*225=358

343,86

45

То же

10

2104-2108

I

(4/2.5)*230=368

376,32

46

Новодмитриевская

2

2082-2091

I

(6/3.3)*230=417

401,48

47

То же

4

2028-2032

I

(3/3)*225=225

224,64

48

»

37

2058-2060

I

(2/1.5)*230= 307

314,00

49

»

46

2051-2055

I

(2/2)*225=225

225,34

50

»

122

2106-2115

I

(4/5.5)*230=167

198,26

51

 

18

2596-2612

II

(7.5/8.1)*250=232

227,12

52

Восточно-Северская

68

2496-2513

II

(4/3)*245=327

282,22

 

Рис. 1. Принципиальная схема изменения величин ДЭП* в системах ГФК или интервалах одного и того же горизонта, сложенных чередующимися песчано-алевролитовыми и глинистыми пластами и залегающими на близких глубинах:

1 - глины; 2 - песчаники, алевролиты

 

Рис. 2. Зависимость общей минерализации пластовых вод от ДЭП* по объектам и горизонтам Майкопа южного борта Западно-Кубанского прогиба.

Цифрами на графике обозначены площадки, номера скважин, интервалы перфорации и горизонты, приведенные в табл. 2