К оглавлению	УДК 550.84:553.98
	© E. В. Стадник, 1991

Водные ореолы в зоне влияния залежей нефти и газа

Е.В. СТАДНИК (ВНИИгеоикформсистем)

В 30-х годах нашего столетия В.И. Вернадский писал, что вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Все земное вещество ею проникнуто и охвачено. Как известно, остатки отмирающих организмов накапливаются в осадках на дне водоемов; океанов, морей и озер. В дальнейшем процессы генерации жидких и газообразных УВ протекают в водной среде и при участии воды. Еще важнее роль воды при миграции УВ, формировании и разрушении их залежей. При этом в пластовых системах (Под пластовой системой понимается объем осадочных пород с вмещающимися флюидами (водой, нефтью, газом и др.).) осадочных бассейнов образуются водные ореолы залежей (зоны влияния или взаимодействия залежей и вод), без изучения которых представляется невозможным выяснение особенностей распределения геохимических полей, в том числе и гидрогеохимических, в зоне нефтегазопоискового зондирования.

Изучение водных ореолов стало возможным благодаря накопленным данным в изменениях характеристик подземных вод при движении от пустых структур к законтурным и приконтурным зонам нефтегазовых залежей, а также в надпродуктивных толщах вплоть до дневной поверхности. Такие материалы к настоящему времени имеются для большинства НГБ [1, 3]. В природных пластовых системах существуют различные по строению водные ореолы залежей, что предполагает наличие разных моделей формирования аномальных полей концентраций в зоне взаимодействия залежей УВ с водами и в свою очередь определяет особенности проведения нефтегазопоисковых гидрогеологических работ на основе анализа распределения геохимических полей.

Процессы перераспределения компонентов в системе порода - вода - залежь УВ в осадочных бассейнах и возникающие при этом физико-химические изменения в зоне взаимодействия осуществляются на всех стадиях формирования и разрушения скоплений нефти и газа. Эти процессы и изменения протекают с различной интенсивностью непрерывно в течение всего геологического времени, а состояние равновесия в системе возможно лишь в отдельные непродолжительные периоды. В частности, всякое изменение термобарических условий переводит систему в неравновесное состояние, приводящее снова к формированию зоны взаимодействия, например, между залежами нефти и газа и подземными водами или породами и подземными водами и т. д., при котором в зоне взаимодействия образуются водные ореолы нефтяных залежей. Водные ореолы - это зоны водонасыщенных пород, находящиеся под воздействием скоплений УВ и являющиеся аномальными по отношению к фоновым зонам. Подобные зоны могут возникать в результате разрушения залежей нефти и газа (водные ореолы рассеяния) и за счет водонапорной системы (водные ореолы концентрирования).

Существование в природных условиях двух различных типов водных ореолов залежей нефти и газа (рассеяния и концентрирования) согласуется с имеющимися представлениями о гидрогеохимическом районировании пластовых систем осадочных бассейнов. В зависимости от общих гидрогеологических условий бассейнов и особенностей их геолого-гидрогеологического развития В.П. Савченко, A.Л. Козлов, В.Н. Корценштейн, Л.М. Зорькин, Е.В. Стадник и другие выделяют от трех до пяти и более гидрогеохимических обстановок формирования, сохранения и разрушения залежей, которые могут быть объединены в две принципиально различные гидрогеологические обстановки: смещенного фазового равновесия (разрушения залежей) и фазового равновесия (формирования или роста залежей УВ) между залежами и подземными водами. В связи с существующими в пластовых системах различными гидрогеохимическими обстановками формируются различные типы водных ореолов залежей (рассеяния и концентрации).

Водные ореолы рассеяния. Углеводородные и неуглеводородные компоненты залежей нефти и газа в условиях смещенного фазового равновесия находятся в сложном взаимодействии с окружающими подземными водами и породами. Основные проявления этого взаимодействия - геохимические процессы рассеяния компонентов залежи, происходящие в газообразной и жидкой фазах в окружающие подземные воды и породы. В результате такого энергомассопереноса вокруг залежей нефти и газа образуются водные ореолы рассеяния и зоны восстановления. На обобщенной схеме (рис. 1), иллюстрирующей модель нахождения залежи УВ в гидрогеохимической обстановке смещенного фазового равновесия, могут быть выделены следующие геологические объекты, которые связаны с присутствием залежи и отражены в геохимических и геофизических характеристиках, проявляющихся вплоть до дневной поверхности. Эта залежь служит «полюсом» величины максимальных содержаний и упругостей УВ-газов, а в ряде случаев жидких УВ и других компонентов. Далее зона газонефтеводяного контакта представляет собой запечатывающий слой пород с характерными для них геохимическими свойствами. В ряде случаев здесь выделяется несколько зон вторичного минералообразования, которые соответствуют древним и современным положениям контактов.

Зона ореола вторжения УВ представляет собой область максимального диффузионно-фильтрационного проникновения компонентов залежей в окружающие породы и воды (выше- и нижезалегающие), в которой отмечаются повышенные величины газонасыщенности, битуминозности и др. Эта область сочетается с зонами восстановления пород и водными ореолами рассеяния залежей. Зона восстановления пород нефтегазовых залежей обычно отличается по соотношению аутигенно-минералогических форм железа и серы, появлению аномальных вторичных минералов (кальцита, вторичных кремнезема, глинозема и др.), физико-химическим свойствам (рН и Eh) минеральной среды и др. Восстановленность среды обычно возрастает при усилении миграции УВ из залежей. Интенсивность эпигенетичных изменений и минерагения надпродуктивного разреза определяются степенью их нарушенности дизъюнктивами. На п-ове Челекен они служат путями для восходящих гидротерм, связанных с нефтяными месторождениями и выносящими в год до 7200 т стронция, 300-360 т свинца, 48-50 т цинка, 6-8 т мышьяка.

Особый интерес представляют зонально-кольцеобразные области, формирующиеся в крыльевых частях структур и по периметру залежей УВ (см. рис. 1). Эти зоны, являющиеся в ряде случаев также областями разгрузки пластовых флюидов, отличаются аномальными эффектами в породах и водах по УВ, гелию, диоксиду углерода, различным химическим элементам и др. Указанные аномальные эффекты по различным компонентам отмечаются в приповерхностных водах (скважинах, колодцах, водоисточниках, придонных водах рек и озер и др.).. Подобные эффекты, обычно меньше по интенсивности, прослеживаются часто и в сводовых частях структурных поднятий. В этом случае формируются аномальные эффекты сводово-кольцевого типа (см. рис. 1). Отмеченная зональность имеет нефтегазопоисковое значение и известна как явление парагенезиса зонально-кольцеобразных геофизических, геохимических и биогеохимических полей.

Водные ореолы рассеяния образуются в результате разрушения нефтегазовых залежей за счет фильтрационно-диффузионного энергомассопереноса компонентов из залежи в подземные воды. Ореолы рассеяния распространяются вокруг залежей в соответствии с диффузионной и фильтрационной проводимостью среды и градиентами летучести диффундирующих компонентов. Наибольшей мигрирующей способностью отличаются газообразные УВ. Ореолы рассеяния метана и его гомологов в законтурных водах по пласту достигают в ряде случаев 4-6 км. В условиях динамической активности вод формируются ореолы, вытянутые по направлению потока (явление лобового и тылового эффекта, или эффект Савченко), размеры которых уменьшаются, а в ряде случаев и значительно, вплоть до полного исчезновения в лобовой части залежей. Ореолы рассеяния нефтегазовых залежей в вышележащие водоносные горизонты распространяются до зоны свободного водообмена и вплоть до земной поверхности. Они прослеживаются и вниз по разрезу из залежей. Однако их размеры незначительны (до первых десятков метров).

Достаточно эффективны при нефтегазопоисковых работах результаты изучения водных ореолов в природных условиях на известных месторождениях и поисковых площадях. Закономерности в изменении гидрогеохимических показателей в условиях смещенного фазового равновесия в системе залежь - подземные воды изучены в различных НГБ [1, 4]. Наиболее полно такие материалы были представлены автором (1978 г.) для Восточно-Европейской платформы (Урало-Волжский, Прикаспийский, Тимано-Печорский, Припятско-Днепровско-Донецкий и Прибалтийский НГБ).

Водные ореолы концентрирования. В условиях фазового равновесия между залежами и подземными водами миграция вещества подземной гидросферы (газообразные и жидкие УВ, микрокомпоненты и др.) направлена в сторону залежей. Формирование (рост) залежей, в первую очередь газовых и газоконденсатных осуществляется в результате диффузионно-фильтрационного энергомассопереноса в процессе разгазирования пластовой системы. При этом превалируют процессы фильтрации при усилении интенсивности диффузионного массопереноса. Механизм и масштабы выделения газа из подземных вод наиболее полно рассмотрены Л.Н. Капченко [2] и В. П. Савченко [5].

Общая схема, или модель, формирования в пластовых системах ореолов концентрирования нефтегазовых залежей и сопряженных с ними других зон (рис. 2) имеет отличительные и сходные черты со схемой водных ореолов рассеяния (см. рис. 1). В условиях фазового равновесия залежь представляет собой область минимальных значений упругости вещества, куда направлен миграционный поток. Зона газонефтеводяного контакта в условиях разгазирования системы отличается повышенной мощностью, образуя систему палеоконтактов. Зона вторжения формируется в надпродуктивной толще пород и вод за счет разности парциальных упругостей вещества на разных глубинных уровнях. Поскольку величины упругости, или пластовые давления, в газовых (газоконденсатных) залежах превышают эти величины в вышезалегающих породах и водах, то миграция будет всегда направлена вверх по разрезу. Поэтому остается реальностью в условиях гидрогеохимической обстановки фазового равновесия существование в надпродуктивных толщах ореольных зон вторжения УВ и связанных с ними зон восстановления пород. Однако размеры их, а также контрастность будут меньшими, чем для залежей, залегающих в обстановке смещенного фазового равновесия. Зонально-кольцеобразные области, образующиеся на периферии структурных поднятий и залежей УВ, прослеживаются в субвертикальных каналах вплоть до дневной поверхности, в пределах которых породы и воды отличаются восстановительным режимом. В приповерхностных и поверхностных водах образуются, как правило, гидрогеохимические аномалии кольцевого типа. Однако не исключается формирование аномальных эффектов чаще незначительной интенсивности площадного типа в сводовых частях структурных поднятий (см. рис. 2).

Водные ореолы концентрирования образуются в водонасыщенных породах вблизи залежей, формирующихся за счет подземной гидросферы. При этом не исключается, что в условиях активной генерации УВ подпитывание залежей осуществляется в результате струйного фильтрационного перемещения газов и вместе с ними других компонентов из пород непосредственно в залежь, минуя подземные воды. Эффект смещения водных ореолов концентрирования в зависимости от характера равновесия в системе залежь - подземные воды будет проявляться различно. В идеальном варианте обстановка фазового равновесия между залежами и подземными водами характеризуется установившимся равновесием между газовыми компонентами залежей и подземных вод. В геохимическом отношении эта обстановка может быть представлена как равновесие между процессами генерации УВ и процессами их разрушения. В общем случае в данной обстановке явлений лобового и тылового эффекта наблюдаться не будет. Однако такие условия, как уже отмечалось, в природных условиях кратковременны. Любые изменения термобарических характеристик, генерационных возможностей и других факторов приводят к формированию обстановки смещенного фазового равновесия между залежами и подземными водами либо к обстановке предельного насыщения вод газами, характеризующимися некоторыми превышениями упругости растворенных газов над пластовым давлением. Эта обстановка свойственна геохимически молодым, формирующимся газовым залежам. Характер проявления лобового и тылового эффекта здесь будет отличаться тем, что тыловые части залежей обеднены УВ-компонентами по сравнению с лобовыми. Наблюдается как бы «перевернутая» картина лобового и тылового эффекта, которая характерна для обстановки смещенного фазового равновесия.

Геохимические особенности подземных вод в обстановке формирования (роста) газовых (газоконденсатных) залежей наиболее полно изучены на примере хадумского горизонта Предкавказья (В.Н. Корценштейн, 1960 г.) и Северо-Западного Приаралья (Е.В. Стадник, 1967, 1970 гг.). Существующая здесь обстановка отличается некоторым превышением упругости растворенного газа над пластовым давлением.

Таким образом, на основе рассмотренных материалов в распределении углеводородных и неуглеводородных компонентов в системе залежь - подземные воды в НГБ различают две принципиально разные гидрогеохимические обстановки: смещенного фазового равновесия (обстановка разрушения залежей УВ) и фазового равновесия (обстановка формирования или роста залежей УВ) между залежами и подземными водами. Специфичность в распределении углеводородных и неуглеводородных компонентов в таких системах позволяет соответственно выделить две модели водных ореолов залежей: рассеяния и концентрирования. Указанные модели отличаются особенностями формирования зоны взаимодействия залежей УВ с водонапорной системой, что определяет разные методические подходы к применению гидрогеохимических показателей, используемых в нефтегазопоисковых целях, в том числе и по горизонтам свободного водообмена.

Рассмотренная концепция существования в водонапорных системах НГБ двух принципиально отличных моделей зон взаимодействия залежей УВ с водами позволяет с новых позиций подойти к решению вопросов формирования гидрогеохимических полей концентраций, образующихся в надпродуктивной части разреза, разработать методику и надежные критерии для прогнозирования нефтегазоносности геологических объектов. Открываются возможности для выяснения генезиса морфогенотипов гидрогеологических и других аномалий (кольцевых, сводово-кольцевых, сводовых), которые формируются в зоне геолого-геохимического нефтегазопоискового зондирования. Использование отмеченных особенностей распределения в природных системах различных типов водных ореолов позволяет однозначно и более определенно подходить к интерпретации получаемых материалов при гидрогеохимических исследованиях в процессе регионального, зонального и локального прогноза нефтегазоносности, получаемых на различных глубинных уровнях зондирования. Это может существенно повысить эффективность прогнозирования нефтегазоносности недр по результатам комплексного изучения подземной и приземной гидросферы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зорькин Л.М., Суббота М.И., Стадник Е.В. Нефтегазопоисковая гидрогеология.- М.: Недра,- 1982.

2. Капченко Л.Н. Гидрогеологические основы теории нефтегазонакопления.- Л.: Недра.- 1983.

3. Методы обработки и интерпретации результатов гидрогеологических исследований в нефтегазопоисковых целях / М.И. Суббота, В.Ф. Клейменов, Е.В. Стадник и др.- М.: Недра.- 1980.

4. Панченко А.С. Раздельное прогнозирование залежей газа и нефти.- М.: Недра.- 1985.

5. Савченко В.П. Формирование, разведка tf разработка месторождений нефти и газа.- М.: Недра.- 1977.

Abstract

On the basis of the investigation of interplay zone in a reservoir-subsurface water system in petroliferous basins, it is posible to create two models'for water haloes: water haloes of scattering and water haloes of concentrating (drainage) of oil and gas pools. These models, based on new grounds, allow us to come closer to the solution of the problem of creating geochemical fields of concentrations, including hydrochemi- cal ones, formed in the above-productive part of the section, as well as to develop approaches and reliable criteria for predicting geological objective petroleum potential. The possibility exists also of clarifying the genesis of morphogenotypes of geochemical and geophysical anomalies which form in the zone of geological-geochemical exploration sounding. The foregoing has been illustrated by the objects of the country's petroliferous basins.

Рис. 1. Обобщенная схема водных ореолов рассеяния нефтегазовой залежи (а) и типы гидрогеологических аномалий (б).

Области водообмена: I - свободного, II - замедленного и затрудненного; зоны с режимом: А - окислительно-восстановительным, Б - восстановительным; 1 - залежь УВ; зоны: 2 - газонефтеводяного контакта, 3 - ореола вторжения УВ; 4 - водного ореола рассеяния (или концентрирования), 5 - восстановления пород, 6 - субвертикальная в приконтурной залежи; 7 - направление миграции компонентов залежи нефти и газа; типы гидрогеохимических аномалий: 8 - кольцевой, 9 - площадной. Стрелки - направление движения флюидов

Рис. 2. Обобщенная схема водных ореолов концентрирования нефтегазовой залежи (а) и типы гидрогеохимических аномалий (б).

Усл. обозн. см. на рис. I