книги / Нефтегазовая гидрогеология

пространение водовмещающих пород, их литологические и фаци­ альные изменения, мощность и характер залегания; глубина зале­ гания кровли и подошвы водовмещающих пород; водообильность водоносных пластов по измерению дебитов в естественных и ис­ кусственных выработках; ионно-солевой и газовый составы и оцен­ ка качества воды; области питания, создания напора и разгрузки; взаимосвязь с другими водоносными пластами и водами земной поверхности; возможности использования водоносных пластов в народном хозяйстве. Описание заканчивается гидрогеологическим районированием.

Непосредственно гидрогеологические съемочные исследования состоят в описании и нанесении на карты всех водопроявлений (источников, скважин, колодцев, горных выработок и т.д.). Кроме того, обследуются поверхностные водоемы, изучаются различные физико-геологические явления, связанные с деятельностью под­ земных вод (оползни, карст), производятся наблюдения за расти­ тельностью.

При исследовании источника (водопункта) определяется его приуроченность к тем или иным геологическим горизонтам и струк­ турам, замеряются дебит воды, температура воды и воздуха, отби­ раются пробы для химического анализа, частично производимого на месте. Определение дебита источников осуществляют при по­ мощи мерных сосудов или водосливов.

При обследовании колодцев и скважин замеряются уровни воды. Для поисков подземных вод успешно используются геоботанические методы, в аридных областях эти методы основаны на изуче­ нии распространения растений-гидроиндикаторов и растительных сообществ.

Для поисков и разведки вод, особенно в закрытых районах, применяются геофизические методы, главным образом электро­ разведка, которая позволяет определять глубины залегания мине­ рализованных и пресных вод на основе различия электрического сопротивления вод с разной минерализацией. Для изучения строе­ ния гидрогеологических бассейнов применяются сейсморазведка, гравиметрия и магнитометрия.

При поисках и разведке высокотемпературных (термальных) вод проводятся геотермические исследования, а для поисков радиоак­ тивных вод — радиометрические.

По итогам обзорных и региональных съемок выделяются водо­ носные комплексы и горизонты, определяются площади развития, мощность и характер как водоносных, так и водоупорных толщ, глубины залегания и напоры вод, условия их движения, произво­ дится гидрогеологическое районирование.

Если каждый залегающий ниже горизонта имеет большую пло­ щадь развития, М. Е. Альтовский, М. В. Чуринов и другие иссле­ дователи предложили закрашивать участки, на которых одновре­ менно развиты эти водоносные горизонты, цветом, присвоенным самому молодому из них. В случае, когда площадь развития ниж­ них горизонтов меньше, чем верхних, на карте соответствующим цветом закрашивают площадь распространения верхнего горизон­ та, а внутри нее показывают распространение нижних горизонтов цветными контурами со стрелками, направленными внутрь. Для полноты гидрогеологической характеристики водоносных горизон­ тов или комплексов желательно составление альбома параллель­ ных карт, отображающих те или иные параметры.

Гидрогеологические исследования, проводимые в процессе по­ исков, разведки и разработки залежей нефти, имеют свою специ­ фику. При поисках нефти и газа на отдельных этапах поисковых работ могут применяться гидрогеохимические съемки и темати­ ческие работы по изучению имеющихся гидрогеологических мате­ риалов.

Нефтегазопоисковые гидрогеологические исследования долж­ ны иметь обоснование в виде гидрогеологического районирова­ ния, т.е. выделения бассейнов подземных вод. Районирование опи­ рается как на гидрогеологические, так и на геологические, орогидрографические данные.

При изучении гидрогеологии нефтяных и газовых месторожде­ ний обычно составляется ряд гидрогеологических карт для раз­ личных водоносных горизонтов и комплексов. При этом для каж­ дого из указанных объектов составляются карты гидроизопьез и различные гидрогеохимические карты (минерализации, различных классификационных характеристик, распределения основных ионов, их соотношений, газонасыщенности, газового состава и т.д. Обычно все параметры наносятся на карту в виде изолиний (изохимы, изоминеры, изохлоры, изоконы и т.д.). Зоны между опреде­ ленными изолиниями для большей наглядности рекомендуется закрашивать или выделять различной штриховкой.

§ 2. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ РАЗРЕЗОВ СКВАЖИН

Бурение скважин с последующим опробованием водоносных горизонтов является основным способом разведки. Пробуренные скважины служат и для эксплуатации вод. Естественно, что при бурении на неглубокозалегающие горизонты (грунтовых вод) ис­

пользуют различные способы мелкого бурения, а при поисках глубокозалегающих горизонтов напорных вод применяют глубокое бурение, осуществляемое тяжелыми буровыми установками. Ис­ пользуются скважины, пробуренные для других целей, например, для поисков и разведки на нефть и газ.

При разведочном бурении на грунтовые воды в скважинах про­ водят замеры уровней, по данным которых строятся карты гидро­ изогипс, отражающие рельеф уровенной поверхности грунтовых вод. Ведутся наблюдения за направлением и скоростями грунто­ вых потоков. Для этого применяют индикаторы, которые загружа­ ются в специальные загрузочные скважины и затем фиксируются

всоседних наблюдательных скважинах. В качестве индикаторов используют красители, электролиты, радиоактивные изотопы.

Разведочное бурение на напорные воды проводится по боль­ шей части вращательным способом. Для получения гидрогеоло­ гических данных наиболее удобно бурение без промывки, но по технико-экономическим причинам глубокое бурение обычно ве­ дется с промывкой водой или, в крайнем случае, глинистым ра­ створом.

По данным бурения составляется гидрогеологический разрез, определяются глубины залегания и толщины водоносных гори­ зонтов. Весьма важное значение имеют геофизические измерения

вскважинах. Электрометрия, помимо литологии разреза, позволя­ ет определять наличие и положение в разрезе горизонтов с пре­ сной и минерализованной водой: горизонты пресных вод отбива­ ются максимумами на кривых сопротивлений и естественных по­ тенциалов, горизонты с соленой водой или рассолом дают мини­ мумы на кривой сопротивлений и максимумы на кривой естествен­ ных потенциалов. Полезно применение термометрии и гамма-ме­ тода.

Для определения химического состава вод в скважинах приме­ няется также нейтронно-активационный метод. Ориентировочное определение эффективной пористости и проницаемости водонос­ ных пород может производиться с помощью метода ядерно-маг- нитного резонанса (ЯМР).

Вразведочных скважинах на напорные воды необходимо заме­ рять статические уровни, давления на устье, температуры и отби­ рать пробы вод на анализ.

Всамоизливающихся артезианских скважинах уровень опреде­ ляется путем наращивания труб, либо путем замера давления на устье. Исходя из высоты фонтана и диаметра труб определяется дебит. При отсутствии самоизлива в скважинах, бурившихся с гли­ нистым раствором, перед замером статического уровня проводят­

ся промывка и прокачка воды. Уровень воды в скважине измеря­ ется с помощью различных систем уровнемеров.

По данным бурения создается представление о гидрогеоло­ гическом разрезе, определяются водоносные комплексы и гори­ зонты, глубина их залегания и толщины, литологический со­ став.

При бурении ведется наблюдение за водопроявлениями, при­ чем основным его видом является контроль за промывочной жид­ костью. Определение вязкости жидкости на устье скважины и на­ блюдение за ее изменением во времени наряду с анализом фильт­ рата промывочного раствора позволяет установить наличие водо­ носных горизонтов.

§ 3. ОПРОБОВАНИЕ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ

Опробование водоносных горизонтов в скважинах составляет важнейшее звено гидрогеологических изысканий. Оно заключает­ ся в определении статических уровней и пластовых давлений, де­ битов, производительности водоносного горизонта, взятии проб на определение ионно-солевого и газового составов, температур­ ных замерах для определения необходимых гидродинамических параметров пласта.

Особый интерес для гидродинамических исследований пред­ ставляют пьезометрические скважины. Скважины-пьезометры дол­ жны обладать постоянством состава воды и хорошей сообщаемостью с пластом, только тогда изменения пластового давления будут фиксироваться изменением уровня, наблюдение за которым ве­ дется постоянно.

Гидрогеологические исследования следует проводить и в проста­ ивающих скважинах. Исследования в длительно простаивающих сква­ жинах начинаются с определения уровня и отбора пробы воды из приуровенного слоя. Затем проверяются постоянство плотности воды по всему стволу и характер сообщаемое™ пласта со скважиной.

С помощью глубинного пробоотборника в 4-5 точках ствола скважины, расположенных на равном расстоянии друг от друга, производится отбор воды и с помощью ареометра или лучше пик­ нометра устанавливается ее плотность.

В случае смешения пластовой воды с технической вследствие плохой откачки состав будет изменяться и статический уровень не будет являться истинным ввиду различия плотностей. Для опреде­ ления истинного статического уровня пластовых вод определяется изменение плотности воды по стволу скважины.

Опробование необходимо для оценки запасов вод, проектиро­ вания их эксплуатации и решения других задач.

Комплекс перечисленных операций и задач называется иссле­ дованием скважин и осуществляется различными аппаратами, как правило, спускаемыми в скважину. Спуск и подъем различных приборов осуществляются при помощи лебедок, одной из разно­ видностей которых являются аппараты В. П. Яковлева.

Для измерения уровня воды в скважинах глубиной до 300м при­ меняются приспособления типа хлопушек, свистков, поплавков и др. Для больших глубин желательно пользоваться электроуровне­ мером, представляющим собой два изолированных контакта дву­ жильного кабеля. При достижении поверхности воды в стволе сква­ жины контакты замыкают электрическую цепь и наверх передает­ ся сигнал (лампочка, звонок). В скважинах, обсаженных колон­ ной, последняя выполняет роль одного из контактов.

Для постоянной записи колебаний уровня воды в скважинах применяются пьезографы и лимниграфы.

Широко известный пьезограф В. П. Яковлева (рис. 36) закреп­ ляется в устьевой части скважины. В случае скважин с диаметром обсадных колонн менее 150 мм пьезограф помещается над устьем. Описанный прибор автоматически записывает колебания уровня с большой точностью. При изменении передаточного числа от ве­ дущего шкива к ведомому масштаб записи колебаний уровня мо­ жет меняться от 1:1 до 1:100.

Лимниграф Б. П. Остроумова схож, с описанным выше пьезог­ рафом.

В нефтегазовой гидрогеологии используются и погружные пье­ зографы ППИ-2 И. М. Иванова. Они опускаются в скважину на глубину от 5 до 20 м ниже статического уровня воды. Аппарат (рис. 37) состоит из корпуса, поплавка и записывающего устрой­ ства. Принцип действия пьезографа заключается в том, что при спуске в скважину вода через фильтр заполняет часть его корпуса. Тогда поплавок поднимается на высоту, на которой давление сжа­ того воздуха внутри прибора уравновешивают давление наружного столба воды. При изменении уровня воды в скважине уровень воды в приборе также изменится. Вертикальные перемещения поплавка регистрируются на записывающем устройстве.

Большую точность замера колебаний уровня (0,02-0,5 мм) дает прецизионный электроуровнемер П. И. Косолапова. В нем движе­ ние поплавка на уровне передается к перу не механически, а элек­ трически, при помощи электромоторчика. Этот аппарат позволяет записывать микроколебания уровня под влиянием колебаний ат­ мосферного давления.

Рис, 36. Пьезограф В. П. Яковлева, установленный на устье скважины:

1 - подвесная рама; 2 - основание; 3 - барабан; 4 - стойки; 3 - перо; 6 - шкиф; 7 - проволока; 8 - поплавок; 9 - контргруз; 10 - устьевая покрышка

Рис. 37. Пьезограф П П И -2 И . М . Иванова:

/ - колпак; 2 - каретка со штифтом; 3 - цилиндр; 4 - поплавок; 5 - дополнительная камера; 6 - наконечник; 7 - фильтр; 8 - ловильная головка; 9 - трубчатый шток

В переливающих скважинах избыточное устьевое давление за­ меряют образцовыми манометрами. Для автоматической регист­ рации изменений устьевого давления применяют устьевой мано­ метр Корнилюка—Яковлева (Якор-И).

Для отбора проб из скважины в простейшем случае используется желонка. Глубинные пробы воды с сохранением пластового давле­ ния отбирают при помощи глубинных пробоотборников. Наиболее известен пробоотборник ПД-ЗМ фирмы «Кастер» (рис. 38).

Пластовое давление в водяных скважинах определяется расчет­ ным путем по положению статического уровня и плотности воды. Прямое определение пластовых давлений производится глубин­ ными манометрами. Наиболее распространены манометры с не­ прерывной регистрацией показаний (самопишущие глубинные манометры МГГ-1 и МГГ-2У). Основным рабочим элементом дан­ ных приборов является пустотелая многовитковая пружина — те­ лике. При повышении давления, действующего на внутреннюю полость геликса, пружина разворачивается, причем угол раскру­ чивания пропорционален передаваемому давлению (рис. 39). Для больших глубин рекомендуется манометры МГН-2, фирмы «Кас­ тер».

Для снятия кривых восстановления забойного давления после остановки скважины при изучении взаимодействия скважин иногда

используются и различные термографы с автоматизированной записью.

При отборе проб растворенного газа для определения темпера­ туры воздуха и барометрического давления применяются термо­ метры и барометры-анероиды. Изменения атмосферного давления регистрируются барографами-самописцами.

Опробование пластов, вскрытых при бурении, производится в необсаженных и обсаженных скважинах. В необсаженных сква­ жинах предварительное опробование производится с помощью испытателей пластов. Наиболее распространены пластоиспытатели, опускаемые в скважину на бурильных трубах и известные под названием комплекта испытательных инструментов (КИИ). Пре­ имущество применения КИИ заключается в небольших затратах времени на производство работ и отсутствии необходимости креп­ ления скважины обсадными трубами и удаления из нее глинисто­ го раствора. Однако испытатель пластов позволяет получить в ос­ новном качественную характеристику пласта, а именно: выяснить, насыщен ли пласт газом, нефтью, водой.

Наиболее полные сведения получают в результате исследова­ ний обсаженных скважин. В обсаженных скважинах опробуются пласты, перекрытые цементом при затрубной цементации обсад­ ной колонны. Для вскрытия такого пласта обсадную колонну и цементное кольцо простреливают с помощью перфораторов. Очи­ стка ствола скважины от глинистого раствора производится про­ мывкой скважины водой через колонну бурильных или насосно­ компрессорных труб.

Для возбуждения пласта с целью вызова притока пластовой жидкости давление столба жидкости в скважине уменьшают с та­ ким расчетом, чтобы пластовое давление превышало противодав­ ление.

Обычно уровень воды в скважине снижают свабированием или компрессорным способом. При свабировании используют поршень с обратным клапаном (сваб). При погружении сваба ниже уровня жидкости клапан открыт и жидкость свободно заполняет простран­ ство над поршнем Во время подъема сваба клапан закрывается, и на поверхность извлекается столб жидкости, находящейся выше поршня. При компрессорном способе жидкость из скважины из­ влекается под действием сжатого воздуха. Для предотвращения де­ газации пластовой воды в скважине оставляют столб воды, обес­ печивающий большее противодавление по сравнению с давлени­ ем насыщения растворенных газов.

Пласт считают неводоносным, если притоки из него составля­ ют до Зм3/сут.