Гидрогеологические исследования на нефтяных и газовых месторождениях

Нефтяные и газовые месторождения обычно находятся на больших глуби­нах в приподнятых частях геологических структур (чаще антиклиналях), перекрытых сверху множеством водоупорных слоев, чередующихся с водо­носными горизонтами. Подземные воды, приуроченные к залежам нефти, называются нефтяными.

Нефть, газ и вода располагаются в месторождении в определенном по­рядке, соответственно их удельным весам. Газ как более легкий распо­лагается вверху, ниже – нефть, а затем – вода.

В закрытом нефтяном месторождении нефть, вода и газы образуют общую гидродинамическую систему, находящуюся под пьезометрическим напором во­ды данного артезианского пласта. Эта система в естественных условиях находится в состоянии равновесия, обуславливающего застойный режим го­ризонта (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Схема залегания подземных вод нефтяного месторождения:

1 – проницаемые породы; 2 – непроницаемые породы; 3 – нефть;

А – поверхность грунтовых вод; воды: Б – грунтовые; В – верхние пластовые;

Г – промежуточные; Д – контурные; Е – подошвенные; Ж – нижние пластовые;

З - трещинные

При вскрытии скважинами нефтяного месторождения, давление воды вы­полняет роль подъемной силы, заставляющей нефть изливаться на поверх­ность. Большое значение имеет и газовый фактор. При вскрытии нефти скважиной давление падает и газы, растворенные в нефти, выделяются из нее, образуя газо-нефтяную смесь меньшего удельного веса, поднимающуюся на поверхность. Таким образом, под действием газов и давления воды нефть поднимается на поверхность, а скважины фонтанируют.

Когда газ полностью выходит из нефти, давление воды остается единс­твенным фактором работы буровых скважин, и по мере откачки неф­ти происходит передвижение подземных вод, замещающих извлекаемую из залежи нефть. Это явление в нефтепромысловой практике является весьма полезным, если фронт наступления воды на нефтяную залежь будет ровным. К сожалению, часто происходит нарушение равномерности фронта наступле­ния воды на нефтяную залежь, внедрение воды во внутрь ее и приводит к обводнению месторождения. Это приводит к падению дебита нефтяных скважин и потере части запасов нефти.

Обводнение нефтяного месторождения может происходить так называемы­ми конусами подсасывания и языками обводнения.

Конусы подсасывания образуются в результате того, что при эксплуата­ции нефтенасыщенных слоев создается понижение давления в зоне влияния скважин. В результате к фильтру скважины вместе с нефтью движется и вода, но так как она обладает меньшей вязкостью, чем нефть, а следова­тельно, и большей подвижностью, то успевает быстрее подойти к фильтру. При этом около скважины образуются конусы подсасы­вания, направленные вершиной к фильтру скважины. Если вершина подсасы­вания достигает верхней части фильтра, то скважина разобщена от нефти и будет давать чистую воду. Для борьбы с конусами подсасывания рекомендуются следующие мероприятия:

- в случае появления воды в скважине временно остановить эксплуата­цию ее, чтобы образовавшийся конус подсасывания опал;

- не добуривать скважины до водонефтяного контакта; при образовании конуса подсасывания цементировать нижнюю часть фильтра, расположенную в обводненных слоях залежи. Этот способ эффективен, если эксплуатируе­мый пласт имеет водонепроницаемые прослойки.

Языки обводнения образуются под влиянием неравномерной эксплуатации нефтяной залежи и изменчивости фильтрационных свойств пород (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Языки обводнения

При неправильной эксплуатации фронт нефти и воды делается неровным, на от­дельных участках создаются выступы более быстро наступающей воды, что и приводит к возникновению языков обводнения. Последние влекут за собой проникновение масс воды внутрь залежи и окружение водой отдельных нефтяных участков. Скважины преждевременно обводняются, а нефть теряется. Мерой борьбы против такого обводнения является правильная эксплуатация с учетом передвижения подземной воды, для чего следует в период экс­плуатации вести тщательные наблюдения за началом обводнения скважины и в случае появления в них воды эксплуатация обводненных скважин должна приостановиться. Таким образом можно выравнивать фронт водонефтяного контакта. Мерой борьбы с продвижением языка может служить также откач­ка воды из регулировочной скважины, закладываемой сзади языка на неко­тором расстоянии от эксплуатируемой скважины. Регулировочная скважина оттянет язык на себя и выровняет фронт водонефтяного контакта.

Увеличение добычи нефти можно достигнуть следующими мероприятиями:

- законтурным заводнением нефтяной залежи. За контуром нефтеносности закладывается система скважин с фильтрами, погруженными в водоносную часть нефтяного пласта. Под воздействием накачиваемой в скважины воды создается повышенное давление в пласте, которое и усиливает приток нефти к эксплуатационным скважинам. Применение законтурного заводнения требует детальных знаний гидрогеологических условий месторождения;

- гидравлическим разрывом пласта для повышения его фильтрационных свойств;

- прогревом нефтяных пластов паром, что делает нефть более подвиж­ной, уменьшает возможность обводнения и облегчает ее эксплуатацию.

Так как нефть залегает глубоко и на поверхность земли не проявляет­ся, то все гидрогеологические исследования нефтяных месторождений ве­дутся в скважинах, причем не на специальных гидрогеологических выработках, а чаще всего в разведочно-эксплуатационных скважи­нах на нефть. Поэтому гидрогеологической документации нефтяных скважин уделяют основное внимание. Недостатки в документации, обус­ловленные бурением с глинистым раствором, компенсируются широко приме­няемыми геофизическими методами разведки – каротажем всех видов.

В результате таких наблюдений по всем встреченным горизонтам и по ряду скважин гидрогеолог обязан иметь полное представление о гидрогео­логии месторождения, должен установить стратиграфическое положение водоносных горизонтов, взаимоотношение их между собой, а также поверх­ностными водами и нефтяной залежью, определить пьезометрические напоры их, изучить состав вод.

В процессе эксплуатации нефтяного месторождения работа гидрогеолога продолжается. Он ведет систематическое наблюдение за работой скважин и по полученным данным составляет карты обводнения нефтяного пласта, т.е. выясняет картину продвижения подземных вод в нефтяную залежь. Совместно с геологами и нефтяниками - эксплуатационниками гидрогеолог намечает пути борьбы с обводнением и меры по увеличению добычи нефти.