Исследование характера движения пластовых вод нефтегазоносных отложений Томской области: На примере Игольско-Талового и Карайского месторождений нефти тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.06, кандидат геолого-минералогических наук Трушкин, Валерий Владимирович

• Трушкин, Валерий Владимирович
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Трушкин, Валерий Владимирович

Введение.

Глава 1. Состояние изученности проблемы движения глубоких вод при градиенте напора ниже начального.

Глава 2. Гидрогеология Игольско-Талового и Карайского месторождений нефти . 1 б

2.1. Обзорная характеристика.

2.2. Общие черты гидрогеологического строения.

2.2.1. Геологическое строение.

2.2.2. Гидрогеологические услов ия.

2.2.3. Нефтегазоносность.

2.3. Условия движения вод в пределах верхнеюрского горизонта Ю]0.

2.3.1. Возможные причины неточности определения пластовых давлений и пути их устранения.

2.3.2. Анализ и дополнительная обработка гидродинамических данных.

2.3.3. Модель регионального движения вод.

Глава 3. Скорость движения подземных вод пласта Юх" при градиенте напора ниже начального.

3.1. Физическая суть проблемы.

3.2. Сущность движения подземных вод как физического тела.

3.2.1. Упругость и пластическая деформация воды.

3.2.2. Течение и вязкость воды.

3.2.3. Упругое сжатие и температурное расширение воды.

3.2.4. Теплопроводность и ползучесть воды.

3.3. Вывод формулы скорости ползучей фильтрации.

3.4. Скорость фильтрации вод в пределах Игольско-Талового месторождения.

Глава 4. Направление ползучей фильтрации вод в нефтегазоносных отложениях Томской области.

4.1. Понятие энергометрический напор и основной принцип его применения.

4.2. Вывод формулы расчета энергометрического напора.

4.3. Результаты расчетов энергометрических напоров и их анализ.

Глава 5. Гидродинамическая модель Игольско-Талового и Карайского месторождений нефти.

5.1. Гравитационные и капиллярные условия формирования месторождений.

5.2. Гидродинамическая обстановка структуры сочленения.

5.3. Границы водонефтяного контакта в пределах структуры сочленения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование характера движения пластовых вод нефтегазоносных отложений Томской области: На примере Игольско-Талового и Карайского месторождений нефти»

Актуальность. Ведущая роль подземных вод в формировании залежей нефти и газа признается большинством исследователей. Однако в настоящее время данный фактор слабо используется при проведении поисковых и разведочных работах на нефть и газ. Одна из причин этого кроется в недостаточной степени изученности гравитационного и капиллярного движения вод на больших глубинах, что не позволяет выработать более точных методов поиска и разведки залежей нефти и газа и подсчета их запасов. Особенно важной в этой связи оказывается проблема изучения закономерностей направления движения глубоких вод в резконеоднородной фильтрационной среде, где резко возрастает роль капиллярных явлений в экранировании залежей (Ю. М. Большаков, И.А. Иванов и др.).

Помимо этого традиционного направления актуальность проводимых исследований связана с разведкой и эксплуатацией гидроминеральных и гидротермальных ресурсов, закачкой жидких промышленных отходов в глубокие горизонты и с проблемой сейсмогидрогеологических прогнозов.

Признаваемая и рассматриваемая в настоящее время многими исследователями гидродинамическая зональность артезианских бассейнов, позволяет связывать проблему изучения движения пластовых вод глубоких горизонтов с проявлением нижнего предела применимости закона Дарси (В.А. Кротова, Л.Н. Кагтченко, И.Г. Киссин, А.Е Гуревич, А.Г. Арье и др.). Однако установление зависимости скорости фильтрации от градиента 5

Основные исследования по этому вопросу, проведенные Ю.М. Молоковичем и А.Г. Арье, до конца не решают эту сложную проблему глубинной гидродинамики.

Цель работы. Исследование характера движения пластовых вод нефтегазоносных отложений при градиенте напора ниже начального применительно к нефтяным водам седиментацконного и смешанного генезиса.

Основные задачи: 1) разработать модель регионалъного движения подземных вод в пределах Игольско-Талового и Карайского месторождений нефти; 2) оценить скорости и характер движения воды в пределах верхнеюрского горизонта Ю[° Игольско-Талового месторождения; 3) выявить зависимости изучения направления фильтрации вод нефтегазоносных отложений Томской области от характера их движения.

Методика исследования и исходные данные. Для изучения характера фильтрации пластовых вод при градиенте напора ниже начального применялся подход А.Г. Арье, основанный на выявлении физической сущности движения воды с использованием базовых положений механики жидкостей, теории упругости, термодинамики и молекулярной физики. Для решения других задач в работе применяется сравнительный, комплексный, регионально-гидрогеологический подходы и методы подземной гидродинамики.

В работе использованы данные по 42 скважинам Игольско-Талового и Карайского месторождений нефти. Проанализированы материалы гидродинамического исследования скважин (80 объектов), данные по составу воды (19 проб), нефти (29 проб) и растворенного газа (б проб). Автор осуществлял гидродинамический контроль за разработкой Игольской залежи, в процессе которого были получены важные результаты, обработаны и проанализированы данные гидродинамических исследований 32 эксплуатационных скважин. Кроме этого применялись данные замеров пластовых давлений и температур по 64 поисково-разведочным скважинам Первомайского, Малореченского, Лугинецкого, Ломового и Советского месторождения углеводородов.

Научная новизна. В результате обработки данных по Игольско-Таловому и Карай-скому месторождению нефти показано, что движение свободной воды верхнеюрского водоносного горизонта Ю)° не подчиняется закону Дарси. В отличие от Ю.М. Молоко-вича,называвшего, такое движение "ползучим" течением, в данной работе обосновано и предложено более точное название - ползучая фильтрация. Фильтрация, происходящая по закону Дарси, названа текучей. Используя законы теплопроводности, выведена формула расчета скорости ползучей фильтрации. Введено понятие энергометрического напора и выведена формула его расчета, позволяющая более точно определять направление движения пластовых вод и в частности более точно определять границы месторождений нефти и газа.

В работе защищаются:

1) элизионная модель движения седиментационных вод в пределах Игольско-Талового и Карайского месторождений нефти, которая может служить основой для других регионов Западной Сибири,

2) наличие двух видов фильтрации воды: текучей, описываемой законом Дарси,и ползучей, происходящей при градиенте напора ниже начального;

3) преобладание ползучей фильтрации в водоносных горизонтах нефтегазоносных отложений юго-западной части Западной Сибири.

Практическая значимость и реализация работы. Разработанные положения о движении пластовых вод при градиенте напора ниже начального целесообразно использовать при поисково-разведочных работах на нефть и газ в Западной Сибири. 7

К настоящему времени материалы диссертации использовались: при пересчете запасов Озерного, Малореченского и Первомайского месторождений нефти (1989-1991), при контроле за разработкой Игольско-Талового месторождения нефти (1994), при разработке гидродинамических критериев поиска месторождений нефти и газа в Томской области (1996-1997), при оценке гидродинамических перспектив формирования залежей нефти на востоке Томской области (1998).

Главным практическим результатом данной работы является разработанная гидро-геодинамическая модель строения Игольско-Талового и Карайского месторождений нефти, которая подтверждается данными эксплуатационного бурения. На северо-востоке Игольской залежи оконтурена гидродинамическая ловушка нефти с неразведанными запасами в 20 млн. т. и указано место заложения разведочной скважины.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-практических семинарах кафедры гидрогеологии и инженерной геологии ТПИ (1990-1999), на конференции молодых научных сотрудников (Иркутск, 1990), на XIII и XV совещаниях по подземным водам Сибири и Дальнего Востока (Томск, 1991, Тюмень, 1997), на VI Всероссийском гидрогеохимическом совещании по проблеме "Многоцелевые гидрогеохимические исследования в связи с поисками полезных ископаемых и охраны подземных вод (Томск, 1993), на конференции по современным проблемам гидрогеологии и гидрогеохимии Сибири (Томск, 1996), на Международных научных совещаниях-семинарах по механике реагирующих сред и экологии (Томск, 1992, 1994, 1996, 2000), на первом Международном научном симпозиуме "Молодежь и проблемы геологии" (Томск, 1996), на Юбилейной научно-практической конференции "Проблемы и пути освоения минерально-сырьевой базы Сибири и Дальнего Востока" (Томск, 2000). По теме диссертации 8 опубликовано 13 работ, три приняты в печать и получен патент на изобретение. Четыре работы переведены и опубликованы на английском языке.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом 135 страниц, включая 30 рисунков, 13 таблиц и список литературы (более ста наименований).

Заключение диссертации по теме «Гидрогеология», Трушкин, Валерий Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обобщая результаты проделанной многолетней работы по исследованию глубоких вод при градиенте напора ниже начального необходимо отметить, что, опираясь на работы А.Е. Арье и Ю.М. Молоковича, предложено решение некоторых вопросов этой проблемы как в теоретическом, так и в практическом плане. В теоретическом плане продолжено исследование сущности и режима движения вод нефтегазоносных отложений Томской области. В практическом плане выведены закономерности и предложены принципы более точного изучения скорости и направления движения глубоких вод при градиенте напора ниже начального.

Придерживаясь классических взглядов сторонников Ю.М. Молоковича, нами принято, что вода при градиенте напора ниже начального относится к типу максвеллов-ской жидкости и ползет подобно аморфно твердому телу. Опираясь на данный взгляд, обосновано выделение двух видов фильтрации: текучей, происходящей по закону Дарси, и ползучей, характеризующей движение вод при градиенте напора ниже начального. Показано. что в отличие от текучести в процессе ползучести начинает участвовать хаотическая энергия внутримолекулярного движения, которая под действием градиента напора начинает преобразовываться в направленную, и по физической сути процесс ползучей фильтрации схож с явлением теплопроводности. Механическая суть ползучести воды включает в себя упругое ее сжатие и последующее температурное расширение.

Опираясь на теорию теплопроводности, выведена формула скорости ползучей фильтрации. В пределах Игольско-Талового месторождения нефти рассчитанная скорость ползучей фильтрации при градиенте напора 1.7 ^Ю"0 составила 0.16 мм/год, что в

122

150 раз меньше скорости текучей фильтрации, рассчитанной по закону Дарси. Рассчитанная скорость ползучей фильтрации хорошо согласуется с характером распределения состава вод в продуктивном пласте Ю10 Игольско-Талового месторождения.

Рассмотрение физической сущности движения вод при градиенте напора ниже начального позволило сделать вывод, что вода относится не только к типу максвелловской жидкости, но и к типу сжимаемых жидкостей. В этом случае для изучения направления ползучей фильтрации, согласно первого начала термодинамики, было использовано термодинамическое уравнение Бернулли. Для его использования в пластовых условиях, где вода находится не только в свободном, но и физически связанном состоянии, согласно проведенным исследованиям Б.В. Дерягина, Н.В. Чураева об изменении термодинамических свойств физически связанных вод, выведена специфическая зависимость расчета удельной теплоемкости пластовых вод. В отличие от удельной теплоемкости свободной воды,равной 1 ккал/К или 4,1816 кДж/К, удельная теплоемкость пластовых вод уменьшается более чем в 4 раза.

Полученная в конечном итоге величина нами названа энергометрическим напором, величина которого отражает энергию пластовой воды, выраженную через высоту, на которую бы поднялся столб воды над уровнем отсчета внутри вертикальной трубки при условии, что внутренняя энергия воды была бы преобразована в потенциальную. В качестве основного принципа применения полученной величины в работе обосновывается принцип математической аналогии. В частности, использование данного принципа позволило вывести более точную формулу расчета наклонных границ месторождений нефти и газа.

123

Выявленные в данной работе зависимости и принципы изучения движения вод при градиенте напора ниже начального успешно апробированы на примере Игольско-Талового, Карайского, Первомайского и других месторождений углеводородов Томской области. На основе чего сделаны следующие практические выводы:

1) в пределах этих месторождений доминирует ползучая фильтрация;

2) в пределах Игольско-Талового и Карайского месторождений нефти движение вод происходит с юга на север за счет отжатая седиментационных вод из перекрывающих глинистых отложений и создания максимальных напоров до 266 м в южной сильно заглинизированной части Игольского куполовидного поднятия;

3) главным условием,препятствующим вымыванию нефти из Игольской и Карай-ской структур, явились литолого-гидрофобные барьеры, образовавшиеся на юге этих структур. В районе скважины 7-Т находится небольшая литолого-гидрофильная ловушка нефти;

4) на северо-востоке Игольской залежи оконтуренная гидродинамическая ловушка нефти с недоразведанными запасами в 20 млн. т. Дано геологическое обоснование заложения разведочной скважины в пределах этой структуры.

124

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Трушкин, Валерий Владимирович, 2000 год

1. Блох A.M. Структура воды и геологические процессы. М.: Недра, 1969. - 216 с. Бузинов С.Н., Умрихии И.Д. Исследование нефтяных и газовых скважин и пластов. М.: Недра, 1984. -269 с.

2. Булах А.Г., Булах К.Г. Физико-химические свойства минералов и компонентов гидротермальных растворов. М.: Недра, 1978. 167 с.

3. Василевский В.Н., Петров А.И. Оператор по исследованию скважин. Учеб. для рабочих. М.: Недра, 1983.-310 с.

4. Валуконис Г'.Ю., Ходьков А.Е. Геологические закономерности движения подземных вод, нефтей и газов. JL: ЛГУ, 1973. 304 с.

5. Воды нефтяных и газовых месторождений СССР. Справочник / Под ред. Л.М. Зорькина. М.: Недра, 1989. - 382 е., ил.

6. Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров Л.А. Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара. М.: Издательство стандартов, 1969. Высоцкий И.В., Высоцкий В.И. Формирование нефтяных, газовых и конденсатных месторождений. М., Недра, 1986. - 228 с.

7. Гаттенбергер Ю.П. Гидрогеология и динамика подземных вод с основами гидравлики. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1980. - 160 с.

8. Геология нефти и газа Западной Сибири./Конторович А.Э., Нестеров И.И., Салманов Ф.К. и др. -М.: Недра, 1981.-680 с.

9. Добрынин В.М., Серебряков В.А. Геолого-геофизические методы прогнозирования аномальных пластовых давлений. М.: Недра, 1989. - 287 е.: ил.

10. Ежов Ю.А., Вдовин Ю.П. К вопросу о вертикальной гидродинамической зональностиземной коры. Сов. геология, 1970, N8, с.66-76.

11. Еременко H.A. Геология нефти и газа. М.: Недра, 1968. -389 с.

12. Еременко H.A. Чилингар Г.В. Геология нефти и газа на рубеже веков. М.: Наука, 1996. -176 с.

13. Жданов М.А. Нефтепромысловая геология и подсчет запасов нефти и газа. М.: Недра, 1981.-239 с.

14. Запивалов Н.П. Богатырева O.A. Флюидодинамические системы на юге Западной Сибири и их связь с нефтегазоносностью. Изв. вузов. Геология и разведка. N 3, 1999. С 77-84.

15. Земскова И.М., Смоленцев Ю.К., Полканов М.П. и др. Ресурсы пресных и маломинерализованных подземных вод южной части Западно-Сибирского артезианского бассейна. М. : Недра, 1991.

16. Зимин Ю.Г., Новиков Г.Р. Гидродинамические условия мезозойских отложений Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна. " Труды СНИИГГиМСа", 1971, вып.137, с. 64-74.

17. Зосимов Ф.Н. Диффузный слой и минерализация пластовых вод. Тюмень: "СофтДи-зайн", 1995. - 192 с.

18. Капченко Л.Н. Гидрогеологические основы теории нефтегазонакопления. Л.: Недра,1983.-263 с.

19. Карнаухов М.Л. Гидродинамические исследования скважин испытателями пластов. -М.: Недра, 1991.-202 е.: ил.

20. Карнаухов М.Л., Рязанцев М.Ф. Справочник по испытанию скважин. М.: Недра,1984.-268 с.

21. Карцев A.A. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1972. - 280 с.

22. Карцев A.A., Вагин С.Б., Матусевич В.М. Гидрогеология нефтегазоносных бассейнов: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1986. с.224

23. Конторович В.А. История тектонического развития юго-востока Западной Сибири в юрский период. Геол. нефти и газа, 1999, N 1-2. С. 7-16.

24. Крюков П.А. Горные, почвенные и иоловые растворы. Новосибирск: Наука, 1971. -105 с.

25. Курчиков А.Р., Ставицкий Б.П. Геотермия нефтеганосных областей Западной Сибири. -М.: Недра, 1987. 134 с.

26. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т.VII. Теория упругости: Учеб. пособие. 4-е изд., испр. и доп. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987,- 248 с. Леворсен А.И. Геология нефти и газа. М.: Мир, 1970. - 638 с.

27. Савченко В.П. Смещение газовых и нефтяных залежей // Нефт. хоз-во. 1952. N12. С. 22-26.

28. Савченко В.П. Смещение газовых и нефтяных залежей // Нефт. хоз-во. 1953. N1. С. 36-41.

29. Савченко В.П., Виноградов B.JI., Яковлев Ю.И. Лобовой и тыловой эффект и егонефтепоисковое значение. Геол. нефти и газа, 1965, N 7, с. 36-40.

30. Словарь иностранных слов. М.: Сирин, 1996. - 608 с.

31. Словарь по геологии нефти и газа. Л.: Недра, 19888. - 679 с.

32. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М.: МГУ, 1991, 446 с.

33. Справочник по геологии нефти и газа. Под ред. H.A. Еременко. М.: Недра, 1984. 480с.

34. Сивухин Д.В. Механика: Учеб. пособ. для вузов. -3-е изд., испр. и доп. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 576с.

35. Белянин Г.Н. (отв. исполнитель). Контроль за разработкой Игольско-Талового месторождения нефти. Томск: ТомскНИПИнефть, 1994.

36. Биджаков В.И. (отв. исполнитель). Проект доразведки Игольско-Талового месторождения. Стрежевой: НГДУ "Иголнефть", 1991.

37. Крец Э.С. (отв. исполнитель). Подсчет запасов нефти и растворенного газа Игольско-Талового и Карайского месторождений. Томск: Т.Т.Г.Ф., 1985.