Минеральный состав подземных вод

 

Подземные воды, цир­кулируя по трещинам и порам горных пород, обогащаются раз­личными минеральными соединениями. В зависимости от коли­чества растворенных солей в 1 л воды они разделяются на:

1) пресные – растворено до 1 г солей;

2) слабо минерализован­ные (солоноватые) – от 1 до 3 г;

3) среднеминерализованные (соленые) – от 3 до 10 г;

4) сильно минерализованные (повы­шенной солености) – от 10 до 50 г;

5) рассолы – более 50 г.

В зависимости от содержания карбонатов воды разделяются на мягкие (с малым содержанием карбонатов) и жесткие (с повышенным их содержанием).

Воды, используемые в лечебных целях, благодаря повышен­ному содержанию каких-либо химических компонентов, газов или повышенной радиоактивности, называются мине­ральными. Степень их минерализации весьма различна, иногда составляет всего 0,5 г/л. На месте выходов минеральных вод, содер­жащих в своем составе лечебные вещества, построены много­численные санатории.

Минеральные воды разделяются также на холодные – тем­пература до 20° С; теплые – от 20 до 37° С; собственно термальные – от 37 до 42° С; горячие – температура более 42° С.

Естественный выход подземных вод на поверхность назы­вается источником (ключ, родник). Они могут быть восходя­щими (выходят наружу с напором) и нисходящими. Источники с высокой температурой воды называются горячими, или термальными (см. рис. 8.2). Температура воды в них достигает 100° С.

 

ВОДЫ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

 

Подземные воды играют большую роль в формировании и сохранении

месторождений нефти и газа. Нефть всплывает на воде, потому что ее удельный вес меньше воды. Если на пути движения нефти встречается водоупор, образуется нефтяная залежь. Подземные воды, подстилающие нефтяную залежь, запечатывают ее и не дают возможности мигрировать дальше.

В нефтях большинства залежей растворены газы: метан и его производные – этан, пропан, бутан и т. д., азот, углекислый газ, сероводород и некоторые другие, т. е. те же газы, которые растворены и в подземных водах. Обычно в нефтях преобладают углеводородные газы, но не всегда. Бывают случаи, когда большую часть растворенных газов составляет, например, азот.

Выделившийся из нефти газ может скапливаться верхней части ловушки, образуя газовую шапку. Подчас газовая шапка представляет собой самостоятельную залежь, настолько она велика, а нефть образует лишь небольшой слой. Обычно в верхней части ловушки располагается газ, а ниже нефть, которая подпирается пластовой водой (рис. 8.3).

Поверхность, разделяющая нефть и воду, называется поверхностью водонефтяного контакта (ВНК). Она может иметь различную форму. В залежах, приуроченных к структурным ловушкам, при их полном зanoлнении она может иметь кольцеобразную форму в плане. При этом линия пересечения поверхности водонефтяного контакта с кровлей пласта называется внешним контуром нефтеносности, а линия пересечения поверхности водонефтяного контакта с подошвой пласта – внутренним контуром нефтеносности.

 

Рис. 8.3. Условия залегания газа, нефти и воды в ловушке

а – залежь нефти с газовой шапкой; б –   залежь газа с нефтяной оторочкой;

1 – вода; 2 – нефть; 3 – газ

 

Контакт нефти и воды в большинстве залежей при­ближается к горизонтальной поверхности. Но нередки случаи, когда поверхность водонефтяного контакта имеет наклонное положение. На положение поверхности водонефтяного контакта влияет целый ряд факторов, и основным является движение воды. Ведь залежь нефти в ловушке омывается пластовой водой. Поток движущейся воды может быть настолько интенсивным, что приведет к смещению залежей. Оно может достигать де­сятков метров. Случается, что смещение залежей на­столько значительно, что они как бы повисают на крыльях складки. Их так и называют висячими. Пример висячей залежи приведен на рис. 8.4. Такие залежи из­вестны в Скалистых горах в США, на Апшеронском по­луострове в Азербайджане.

                                    а                                             б

    

Рис. 8.4. Смещение залежи нефти движущимися водами

а – залежь с наклоном ВНК; б – висячая залежь; 1 – водоносный горизонт; 2 – нефтяная залежь; 3 – водоупоры; 4 – направление движения подземных вод

 

Несколько залежей, связанных общим участком земной поверхности и приуроченных к единой тектонической структуре, образуют месторожде­ние нефти. Встречаются месторождения, в которых име­ется лишь одна или две-три залежи, но большинство месторождений многопластовые. При разведке и разработке нефтяных месторождений очень важно знать, как распределяются воды по отно­шению к залежам, особенно в месторождениях много­пластовых. Ведь между залежами могут находиться и водоносные горизонты. Кроме того, месторождение под­час разбито тектоническими нарушениями, по которым циркулируют воды. И в самой залежи соотношение неф­ти и воды может быть разнообразным. Классификация пластовых вод, принятая в нефтепромысловой геологии, показана на рис. 8.5.

 

 

Рис. 8.5. Промысловая классификация подземных вод

а – грунтовые воды; б – нижние краевые воды; в – верхние краевые воды;

г – подошвенные воды; д – нижние воды; е – воды, оставшиеся в части нефтяного пласта с плохими коллекторскими свойствами, ж – тектонические воды; з – верхние воды; 1 – песчаники; 2 – глины; 3 – нефть; 4 – известняки; 

  5 – разрывное тектоническое нарушение; 6 – почвенный слой

 

     Если пласт полностью насыщен нефтью на всю мощность, ВНК будет иметь форму кольца, внутренняя часть которого называется внутриконтурной зоной. Сами воды, подстилающие залежь, называются нижними краевыми водами. Редко, но все же бывает так, что залежь не только подстилается, но в верхней части пласта выше нефти и перекрывается пластовой водой. Эти воды называются верхними крае­выми водами. Появление верхних краевых вод может быть связано с тем, что пласт был размыт, его головная часть разрушена, и в него просочились грунтовые и по­верхностные воды. Если воды подстилают залежь по всей ее площади, их называют подошвенными.

В процессе бурения в нефтяной пласт может попасть вода из скважины, которую в этом случае относят к технической воде.

Минерализация пластовых вод нефтяных и газовых месторождений колеблется в широких пределах и увеличивается с глубиной. Как правило, это концентрированные рассолы с содержанием растворенных веществ до  400 г/л. Вязкость воды уменьшается с ростом температуры и возрастает с увеличением ее минерализации. Вязкость воды меньше вязкости нефти, и вода стремится прорваться к скважинам по высокопроницаемым прослоям раньше нефти. При этом в недрах остаются большие целики нефтенасыщенных пород, и конечный процент извлечения нефти уменьшается. По мере разработки месторождения неизбежно отмечается обводненность продукции, содержание воды в нефти постепенно увеличивается вплоть до 99 %. В связи с этим встает проблема утилизации рассолов, так как сброс их в поверхностные водоемы запрещен. Приходится бурить на месторождении специальные нагнетательные скважины и закачивать попутные воды на глубину. Закачка пластовых вод обратно способствует поддержанию пластового давления в залежи.

Как видно, вода в недрах земли всюду сопутст­вует нефти. Во-первых, нефтяная залежь является частью водонапорного комплекса, а в целом и всей во­донапорной системы гидрогеологического бассейна. Во-вторых, вода есть и в уже сформировавшейся залежи нефти. Очень важно отметить, что природные флюиды (вода, нефть и газ) тесно взаимодействуют друг с дру­гом, в результате чего образуется сложная в физико-хи­мическом отношении среда, причем все изменения этой среды сказываются на каждом из перечисленных флю­идов. И, наконец, даже при разработке мы должны учи­тывать влияние природных подземных вод, а также закачиваемых в пласт вод.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА

 

Гипотезы о происхождении нефти высказывались с конца XVII века, но вопрос так и остаётся спорным. М. В. Ломоносов объяснял образование нефти воздействием «подземного огня» на «окаменелые уголья», в результате чего образовывались асфальты, нефти и «каменные масла». Д. И. Менделеев и В. Д. Соколов были сторонниками гипотезы происхождения нефти из неорганического вещества. К настоящему времени разработаны две теории происхождения нефти – органическая и неорганическая.