Нефтегазовая гидрогеология. Лекция 8. Основы гидрогеотермии. Полезные воды и техногенез в недрах

Содержание

Слайд 2

План занятий по курсу

План занятий по курсу

Слайд 3

Основы гидрогеотермии Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов: 1) Конденсационные воды 2) Воды,

Основы гидрогеотермии
Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов:
1) Конденсационные воды
2) Воды, насыщенные углеводородными газами
3)

Промышленные воды
4) Минеральные воды и рассолы лечебного значения
5) Пресные воды, пригодные для бытового, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения
6) Термальные воды
Гидрогеологические аспекты техногенеза
Слайд 4

Основы гидрогеотермии Гидрогеотермия — раздел гидрогеологии, посвященный изучению закономерностей теплопереноса и

Основы гидрогеотермии

Гидрогеотермия — раздел гидрогеологии, посвященный изучению закономерностей теплопереноса и теплообмена

в водоносных толщах литосферы
Гидрогеотермические исследования позволяют оценить роль природ­ных вод в формировании и распределении теплового поля, то есть участие вод в термическом режиме Земли
Знание температур вод­ных растворов литосферы позволяет использовать воды
в энергетичес­ких и лечебных целях
при оценке перспектив нефтегазоносности недр
при поисках, разведке и разработке залежей УВ
Слайд 5

Основы гидрогеотермии Источники тепловой энергии, определяющие тепловой режим подземных вод: Внешние

Основы гидрогеотермии

Источники тепловой энергии, определяющие тепловой режим подземных вод:
Внешние (космические) –

солнечная радиация
Внутренние (планетарные) – радиогенная энергия, выделяющаяся в результате распада радиоактивных эле­ментов (урана, тория и др.)
В лито­сфере теплоперенос осуществляется главным образом за счет теплопро­водности и конвекции
Среди осадочных пород наибольшей теплопроводностью обладают каменная соль, ангидрит, наименьшей – глины. Песчаники, алевролиты, известняки и доломиты характеризуют­ся средней теплопроводностью
Минимальной теплопровод­ностью обладает глинистый цемент, максимальной—кварцевый
Существенное влияние на величину теплопроводности оказывает влагонасыщенность: у сухих пород она ниже, чем у водонасыщенных. Понижается теплопроводность и в нефтенасыщенных породах
Слайд 6

Основы гидрогеотермии Под конвекцией понимается передача теплоты в горных породах движущимся

Основы гидрогеотермии

Под конвекцией понимается передача теплоты в горных породах движущимся потоком

подземных вод
При увеличении скорос­ти фильтрационного потока, тепловое воздействие вод пропорционально возрастает
Основными геотермическими параметрами при изучении теплового режима литосферных вод являются геотермический градиент и геотермическая ступень
Слайд 7

Основы гидрогеотермии Геотермический градиент — прирост температуры на единицу глубины: Г=(t2-t1)/(h2-h1)

Основы гидрогеотермии

Геотермический градиент — прирост температуры на единицу глубины:
Г=(t2-t1)/(h2-h1) 
t1, t2 –

температуры пород, определенные на глубинах соответст­венно h1 и h2
Обычно геотермический градиент относят к интервалу глубин 100 м, в этом случае он выражается в °С/100 м
Слайд 8

Основы гидрогеотермии Геотермическая ступень – расстояние по вертикали, на протяжении которого

Основы гидрогеотермии

Геотермическая ступень – расстояние по вертикали, на протяжении которого температура

изменяется на 1 °С:
G=(h2-h1)/(t2-t1)
Геотермический градиент, отнесенный к интервалу 100 м, и геотермическая ступень связаны соотношением:
Г100 = 100/G
Слайд 9

Основы гидрогеотермии В вертикальном разрезе земной коры имеет место геотермическая зональность

Основы гидрогеотермии

В вертикальном разрезе земной коры имеет место геотермическая зональность
Большинство

исследователей выделяют две зоны:
Гелиотермозона: включает верхнюю оболочку земной коры, в пределах ко­торой гидрогеотермический режим формируется под воздействием сол­нечной радиации
Геотермозона: включает нижние слои земной коры и верхнюю мантию; гидрогеотермический режим в преде­лах геотермозоны зависит от эндогенных источников тепла
Температура подземных вод нефтегазоносных бассейнов изменяется в широких пределах: от отрицательных значений в области развития криолитозоны до нескольких сот градусов в наиболее погруженных частях осадочных бассейнов и прогибов.
Слайд 10

Величины геотермического градиента в осадочном чехле разновоз­растных структур изменяются в широком

Величины геотермического градиента в осадочном чехле разновоз­растных структур изменяются в широком

диапазоне.
Наибольшие величины геотермического градиента фиксируются в Вос­точном Предкавказье в Терско-Каспийском прогибе — до 5 °С /100 м.

Величины геотермических градиентов в нефтегазоносных регионах

Основы гидрогеотермии

Слайд 11

Основы гидрогеотермии Величины геотермических градиентов зависят от многих факторов, прежде всего

Основы гидрогеотермии

Величины геотермических градиентов зависят от многих факторов, прежде всего от

термических свойств горных пород (теплопроводнос­ти), а также от их состава, водонасыщенности и т.п.
Геотермические градиенты песчаных и глинистых пород различны
Ниже уровня 1,2 км отмечается тенденция снижения геотермического градиента

Глинистые

Песчаные

Тенденция снижения геотермич. градиента

Температура на задан­ной глубине в однородных по теплофизическим свойствам породах определяется по формуле
tH=t1+Гср(H-H0)

t1 – фактическая температура на глубине замера H0
Н – заданная глубина экстраполяции
Гср – среднее значение геотермического гра­диента

Слайд 12

Основы гидрогеотермии В перераспределении теплоты в нефтегазоводоносных комплексах пластовые воды играют

Основы гидрогеотермии

В перераспределении теплоты в нефтегазоводоносных комплексах пластовые воды играют существенную

роль
При движении вод от областей питания через прогибы в направлении плат­форм в водоносных комплексах происходит перераспределение тепловой энергии
Наличие тектонических нарушений (преимущественно прово­дящих) способствует проникновению в вышезалегающие водоносные толщи вод с повышенной температурой и образованию гидрогеотермических аномалий
Слайд 13

Основы гидрогеотермии Количество теплоты, привносимое водным потоком, оценивается исходя из уравнения

Основы гидрогеотермии

Количество теплоты, привносимое водным потоком, оценивается исходя из уравнения теплового

баланса:
Q=Q1+Q2+Q3
Q – избыток тепловой энергии, привносимый подземным потоком
Q1, Q2 – количество теплоты, соответственно приобретенное в зоне максимального прогрева и заключенное в потоке после прохождения им изучаемого участка
Q3 – потеря тепловой энергии потоком за счет радиации при движении от зоны максимального прогрева до изучаемо­го участка
Q3 =(?(t2-t1)/l)S?
(t2-t1) – перепад температур от нагретого слоя до поверхности
? – коэффициент теплопроводности перекрывающей толщи
l – мощность перекрывающей толщи
S – площадь, для которой рассчитывается потеря теплоты
? – время
Слайд 14

Основы гидрогеотермии Исходным материалом для гидрогеотермических исследований слу­жат замеры температуры в

Основы гидрогеотермии

Исходным материалом для гидрогеотермических исследований слу­жат замеры температуры в скважинах,

проводимые электрическими и ртутными термометрами
На основе обработки по­лученных данных строятся гидрогеотермические разрезы, отражающие закономерности распределения температур на нефтяных и газовых месторождениях

Распределение температур в продуктивных частях разреза

Уренгойское м-е

Медвежье м-е

Слайд 15

Основы гидрогеотермии Составляются карты геоизотерм, карты-срезы, на которых показаны изменения температур

Основы гидрогеотермии

Составляются карты геоизотерм, карты-срезы, на которых показаны изменения температур на

определенных гипсомет­рических отметках, карты геотермических параметров, гидрогеотермические профильные разрезы:
Слайд 16

Основы гидрогеотермии Получаемые гидрогеотермические данные широко используются при решении вопросов нефтегазовой

Основы гидрогеотермии

Получаемые гидрогеотермические данные широко используются при решении вопросов нефтегазовой геологии


Сведения о геотер­мическом режиме недр позволяют судить о процессах нефтегазообразования и нефтегазонакопления в осадочной толще земной коры, поскольку температурные условия оказывают решающее влияние на степень преоб­разования ОВ, на фазовое состояние УВ и их миграционные свойства
Температура существенно влияет на свойства флюидов — воды, неф­ти, газа
Учет этих свойств, характерных для пластовых и поверхностных условий, необходим при подсчете запасов нефти и газа и при разработке нефтяных и газовых месторождений
В последнее время геотермические исследования проводятся при геологическом картировании и выявлении нефтегазоносных структур не только на континенте, но и в пределах шельфовых зон
В комплексе с электроразведочными, радиометричес­кими и геохимическими исследованиями геотермический метод позво­ляет существенно повысить эффективность геологоразведочных работ на нефть и газ
Слайд 17

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов В недрах нефтегазоносных бассейнов (НГБ) содержатся огромные

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов

В недрах нефтегазоносных бассейнов (НГБ) содержатся огромные запасы

гидроминерального сырья, которые могут использоваться в хозяй­ственной деятельности:
1) Конденсационные воды
2) Воды, насыщенные углеводородными газами
3) Промышленные воды
4) Минеральные воды и рассолы лечебного значения
5) Пресные воды, пригодные для бытового, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения
6) Термальные воды
Слайд 18

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов Конденсационные воды Пластовые конденсационные воды Конденсационные –

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов
Конденсационные воды

Пластовые конденсационные воды

Конденсационные – получаемые попутно

из недр с углеводо­родными газами (из 1м3 газа выделяется 28-53 г воды)
Солюционные – выделившиеся из нефти (из 1м3 нефти выделяется до 0,01 м3 воды)
Конденсационные и солюционные воды имеют низкую минерализацию – 1 г/л и менее,
Относительно обогащены гидрокарбонат-ионом, диоксидом углерода, летучими ОВ и микроэлементами (ртуть, сурьма, сера),
Из растворенных солей в них преобладают хлориды и бикарбонаты натрия
Минера­лизация и состав конденсационных водных растворов определяется:
Термобарическими условиями растворения подземных вод в углеводородах и
Условиями последующей сегрегации газовых и жидких растворов

Техногенные конденсационные воды
Конденсирующиеся из парогазовой смеси при эксплуатации скважин – так же имеют большое значение (как и природные)

Слайд 19

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов Воды, насыщенные углеводородными газами Объем растворенных газов

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов
Воды, насыщенные углеводородными газами

Объем растворенных газов в пластовых

водах нефтегазоносных бассейнов

В пластовых водах НГБ содержится огромное количество растворен­ных углеводородных газов
Содержание растворенных газов в водах отдельных бассейнов изменяется в широких пределах и зависит от
мощности и коллекторских свойств водовмещающих толщ
интенсивности генерации и рассеяния УВ
газоемкости пластовых вод

Слайд 20

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов Промышленные подземные воды и рассолы Содержание некоторых

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов
Промышленные подземные воды и рассолы

Содержание некоторых ценных элементов,

мг/кг, в подземных водах

Особенности литосферных водных растворов (рассо­лов) как источников ряда металлов (в первую очередь в НГБ):
большие запасы сырья
отсутствие затрат на горные работы (часто используют уже пробу­ренные для других целей скважины)
возможность получения продукции с больших глубин и с большей площади;
комплексность полезного ископаемого

возможность попутного получения ряда солей (хлориды натрия, калия, магния, кальция и др.)
возможность использования водных ресурсов – отходов дейст­вующих производств (нефтегазодобывающего, йодо-бромного, калийного и др.
возможность получения электролитически чистых металлов, особенно сверхредких

Слайд 21

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов Минеральные лечебные подземные воды и рассолы Характеристика

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов
Минеральные лечебные подземные воды и рассолы

Характеристика йодистых, йодисто-бромистых

и бромистых минеральных вод и рассолов в нефтегазоносных районах

Существуют также йодистые, бромистые, радиевые и некоторые другие специфические виды минеральных лечебных вод и рассо­лов, характерных для нефтяных и газовых месторождений

Практически все воды и рассолы в нефтегазоносных пластах обла­дают лечебными свойствами
БОльшая часть их ресурсов сосредоточена именно в НГБ, хотя в них представлены далеко не все типы этих вод
Для нефтяных и газовых месторож­дений характерны следующие типы подземных минеральных лечебных вод:
Метановые и азотно-метановые минерализованные воды морских отложений (подтипы – нафталанский, охинский, майкопский)
Воды и рассолы засоленных осадочных пород (подтипы – ишим-байский, зевардинский)
Сульфидные воды и рассолы (подтипы – кзылмуштукский, каякентский, краснокамский, балыхтинский)

Слайд 22

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов Пресные подземные воды Пресные подземные воды являются

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов
Пресные подземные воды

Пресные подземные воды являются ценнейшим полезным

ископае­мым
Обычно встречаются в разрезах НГБ выше продуктивных горизонтов
Доля пресных вод, получаемых из земных недр, в общем водопотреблении в последнее время неуклонно растет, и это при очень большом росте всего водопотребления. Такое положение объясняется, прежде всего, опережающим загрязнением поверхностных – речных и озерных вод, а также в связи с использованием пресных подземных вод в системах поддер­жания пластового давления на нефтепромыслах (ППД)

Более половины городов нашей страны в качестве основного источни­ка водоснабжения используют подземную воду. Во многих других странах роль недр в водоснабжении еще больше (в Дании, например, 100%)
Ввиду исключительной ценности пресных вод важной задачей явля­ется использование этих вод при освоении нефтегазоносных бассейнов

Слайд 23

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов Термальные воды К термальным обычно относят воды

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов
Термальные воды

К термальным обычно относят воды с температурой

выше 20 °С, ко­торая составляет максимальную среднегодовую температуру воздуха на земном шаре.
В гидрогеологии широко распространена классификация, в которой выделяются три группы вод:
Холодные. Выделяются следующие подгруппы с температурой, °С:
<0 – переохлажденные
0-10 – очень холодные
10-20 – холодные
Низкотермаль­ные. Выделяются следующие подгруппы с температурой, °С:
20-37 – теплые
37-50 – горячие
Высокотермальные. Выделяются следующие подгруппы с температурой, °С:
50-100 – очень горячие
>100 – перегретые
Слайд 24

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов Термальные воды Термальные воды имеют как лечебное,

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов
Термальные воды

Термальные воды имеют как лечебное, так и

энергетическое значение
Лечебные свойства термальных вод нефтяных и газовых месторождений определяются преимущественно высокой минерализацией, содержанием в них различных химических элементов и составом водорастворенных газов (углекислота, сероводород, азот и т.п.)
В ряде случаев воды нефтяных и га­зовых месторождений обогащены йодом, бромом, железом, а также различ­ными микроэлементами, имеющими бальнеологическое значение
Нередко термальные воды содержат в достаточно высоких концен­трациях различные элементы, например, литий, рубидий, цезий, мышьяк и в случае их высоких концентраций могут рассматриваться как жидкие руды
Запасы геотермальной энергии в пределах земного шара огромны и составляют в океанах и на континентах 2900·1010 Вт
Слайд 25

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов Термальные воды Генетическая классификация термальных вод нефтегазоносных

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов
Термальные воды

Генетическая классификация термальных вод нефтегазоносных бассейнов

Для нефтегазовой

гидрогеологии наибольший интерес представляют термальные воды гидрогеологических бассейнов, содержащих залежи УВ
С теплоэнергетических позиций термальные воды подразделяются на
Низкопотенциальные (t<70 °С)
Cреднепотенциальные (t=70-100 °С)
Высокопотенциальные (t>100 °С)

Для использования термальных вод в качестве источника тепловой энергии важно знание тепловой и энергетической мощности их месторож­дений, т.е. количества теплоты или электроэнергии, которое можно полу­чить при их эксплуатации
Наибольшей тепловой и энергетической мощностью характеризуются месторождения термальных вод в районах современного вулканизма
К наиболее перспективным место­рождениям пластового типа следует относить такие, геотермический гра­диент которых не ниже 3 °С/100 м. В таких случаях можно получить воду с температурой 100 °С и выше с глубин менее 2,5-3 км

Слайд 26

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов Термальные воды Потенциальные запасы термальных вод в

Гидроминеральные ресурсы нефтегазоносных бассейнов
Термальные воды

Потенциальные запасы термальных вод в нефтегазоносных бассейнах


Оценка потенциальных эксплуатационных запасов термальных вод по России и СНГ применительно к двум методам эксплуатации скважин – фонтанному и насосному:
На ближайшую перспективу освоение пластовых термальных вод нефтегазоносных бас­сейнов должно вестись в первую очередь в пределах южных районов За­падной Сибири, Предкавказья, Азербайджана, Сахалина

Слайд 27

Гидрогеологические аспекты техногенеза Под техногенными процессами следует понимать совокупность тесно связанных

Гидрогеологические аспекты техногенеза

Под техногенными процессами следует понимать совокупность тесно связанных между

собой и обусловливающих друг друга гидрогеологических и инженерно-геологических процессов, проявляющихся особенно интенсивно при водохозяйственной деятель­ности человека и определяющих изменение геологической и окружаю­щей среды в целом
Наиболее интенсивно техногенные гидрогеологические процессы проявляются:
при эксплуатации обводнительных объектов — на орошаемых землях, в сфере влияния ирригационных и транспортных каналов, равнинных водохранилищ, на нефтяных месторождениях при их заводнении и т. д.
при эксплуатации осушительных объектов — на площа­ди осушения заболоченных территорий, при горных разработках, работе подземных городских сооружений, в сфере влияния водоза­боров и т. п.
Слайд 28

Гидрогеологические аспекты техногенеза По условиям формирования тепломассообмена можно выде­лить три типа

Гидрогеологические аспекты техногенеза

По условиям формирования тепломассообмена можно выде­лить три типа техногенных

процессов (такое разделение особенно су­щественно с точки зрения влияния техногенеза на гидрогеологическую обстановку):
инжекционные — привнос вещества в литосферу; вещество пред­ставлено в основном водными растворами. Заболачивание и подтопление территорий, прилегающих к ирригационным и гидротехническим соору­жениям; опреснение минерализованных литосферных вод; загрязне­ние литосферных вод; межпластовые перетоки и грифонообразования; землетрясения
эжекционные — изъятие вещества из литосферы; вещество предс­тавлено водными растворами, твердым веществом пород, газами, нефтью, однако важно, что при изъятии других веществ практически всегда происходит и извлечение вод. Истощение запасов литосферных вод; просадки и провалы земной поверхности; засолонение и опреснение (вод, почв и т. п.), межпластовые перетоки и т. д.
сложные техногенные процессы, совмещающие привнос и изъя­тие вещества литосферы, в том числе вод; разделение массопереноса по направлениям происходит в условиях взаимодействия обводнительных и осушительных объектов
Слайд 29

Гидрогеологические аспекты техногенеза Большое значение приобретает прогноз­ная оценка возможного развития техногенных

Гидрогеологические аспекты техногенеза

Большое значение приобретает прогноз­ная оценка возможного развития техногенных процессов

и на ее осно­ве – проектирование профилактических мер