НЕКОТОРЫЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ АНОМАЛЬНО ВЫСОКИХ ПЛАСТОВЫХ ДАВЛЕНИЙ В ПЕДЕЛАХ ПЛАТФОРМЕННОЙ ЧАСТИ ТУРКМЕНИСТАНА

А.А.Аванесов

Ашхабад, Туркменистан

В настоящее время во многих нефтегазоносных бассейнах страны, в том числе Каракумском, интенсивно проводятся поиски и разведка залежей углеводородов в осадочных породах, залегающих на глубинах свыше 4000 м. Открытие здесь залежей связано с большими затратами, вызванными сложностью бурения глубоких скважин в условиях высоких давлений и температур. На изучаемой территории неожиданное вскрытие зон с АВПД сопровождалось открытыми фонтанами и выбросами (Байрам-Али, Керки-Даг и др.), что привело к большим материальным затратам. В связи с этим, своевременное и надежное выявление в осадочном разрезе интервалов с АВПД – одно из важнейших условий повышения эффективности поисков, разведки и разработки нефтегазовых месторождений.

Большой вклад в объяснение природы АВПД внесли исследования В.С.Мелик-Пашаева, Б.А.Тхостова, А.И.Леворсена, М.К.Хабберта, К.А.Аникиева, А.Г.Дурмишьяна, И.Г.Киссина, А.К.Алиева и других исследователей, которыми установлено, что в формировании АВПД главную роль играют следующие факторы: уплотнение пород, слагающих водоупоры, температурные условия, катагенетические преобразования пород, процессы осмоса и тектогенеза.

В настоящее работе основное внимание уделено гидрогеологическим условиям формирования или процессам, связанным с определенной ролью воды в образовании АВПД. Однако такой подход нисколько не снижает роли других (тектонических и температурных) факторов, оказывающих в некоторых нефтегазоносных бассейнах решающее влияние на условия формирования АВПД. На данном этапе исследований для объяснения условий формирования АВПД проанализирована взаимосвязь следующих параметров: содержание глин в разрезе выделенных комплексов пород, их мощность, пористость и величина пластового давления. Пористость основных водоупорных толщ, распространенных в пределах исследуемой территории, определена по результатам построения кривых уплотнения глин и соленосной гаурдакской толщи [1]. Характер кривых указывает на весьма замедленные процессы уплотнения водоупорных комплексов в пределах Мургабской впадины и Мары-Учаджинской моноклинальной области. В пределах этих тектонических элементов проявляется достаточно четкая генетическая взаимосвязь между пористостью глин, их мощностью и АВПД. Анализ проведенных современных и палеогидродинамических построений показал, что указанные территории на протяжении длительной истории развития всегда отличались наличием зон с АВПД [1,9]. Интенсивные процессы гравитационного уплотнения, преобладающие здесь, в значительной мере повлияли на характер оттока поровой воды из глино- и солесодержащих пород. Поэтому пласты-коллекторы, залегающие между верхнеапт-нижнеальбским водоупором и солями гаурдакской свиты, можно рассматривать как область разгрузки флюидов из уплотняющихся водоупоров. Следует отметить также, что процессы формирования и перераспределения АВПД происходят здесь достаточно длительное время. Ярким подтверждением такого вывода является значительное увеличение градиентов падения напоров, отмечающееся в южном направлении от указанных тектонических элементов, где четко очерчены граничные условия бассейна выходами допалеозойских отложений. Процесс рассасывания АВПД четко намечается в северном и северо-западном направлениях (южный и юго-восточный склоны Центрально-Каракумского свода), что находит полное отражение в особенностях региональной динамики подземных вод [1,9].

Один из важнейших аспектов, влияющих на формирование зон с АВПД – уплотнение соленосной формации гаурдакских отложений платформенной части Туркменистана. Известно, что гаурдакские отложения сложены не только каменной солью, но и другими литологическими разностями, поровое пространство которых уже в первой стадии диагенеза заполняется седиментационными водами, находящимися под давлением, близким к геостатическому.

Анализ многочисленных исследований геологов, занимавшихся проходкой соляных шахт [5], показал, что этими выработками вскрываются внушительные полости, содержащие рассолы под большим давлением. В этой связи характерны случаи фонтанных притоков весьма крепких рассолов из гаурдакских отложений, отмеченные на некоторых разведочных площадях: Керки-Жаг, Байрам-Али, Уч-Аджи, Кулач, Астанабаба, Яшлар, Южный Иолотань, Багаджа, Саман-Тепе, Майская, Шарапли.

Характерная особенность механизма фонтанирования скважин на указанных площадях – заметное увеличение скоростей проходки в 2-10 раз  в интервалах глубин, где впоследствии выявлены интенсивные притоки рассолов с высокой степенью метаморфизации и минерализации. Непосредственно перед фонтанированием отмечалось ухудшение параметров глинистого раствора, главным образом, за счет его осолонения. Так, на площади Байгушли в течение 3-х часов удельный вес раствора возрос от 1,02 до 1,24 г/см3, на площади Кулач – от 1,15 до 1,24 , Уч-Аджи – от 1,18 до 1,28 г/см3. Отмечались случаи значительного разгазирования глинистого раствора на площадях Байрам-Али и Яшлар, что приводило к одновременному уменьшению удельного веса раствора соответственно от 1,32 до 0,85 и от 1,32 до 1,12 г/см3. Прекращение процесса разгазирования раствора завершалось быстро нарастающим переливом скважин высокоминерализованной водой – следствием потери циркуляции глинистого раствора. В дальнейшем произвольно прекращалось фонтанирование из-за садки солей в стволе скважин, приводившей к полной герметизации высокодебитных объектов.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что в гаурдакских гидрогеохимических отложениях имеется бесконечное множество резервуаров, в которых содержатся флюиды под давлением, близким к геостатическому. Несомненно, что объем таких флюидов вследствие небольшой пористости содержащих их пород невелик по сравнению с таковым всей соленосной толщи. В этих условиях поступление даже небольших порций флюидов в соленосную толщу значительно увеличивает давление, которое должно приблизиться к величине геостатического.

В качестве примера рассчитаем возможную величину повышения давления при погружении водосодержащего пласта (площадь Уч-Аджи), заключенного в соленосной толще на 2500 м (с глубины 1000 до 3500 м) при геотермическом градиенте 3,0 и температуре 135 oС.

Приняв средний объемный вес пород 2,3 г/см3, можно считать, что на глубине 3500 м геостатическое давление должно достигать 80,5 МПа. Рассчитаем, каково же будет давление Р2 в замкнутом объеме минерализованной воды, если температура повысится от 50 до 135oС.

Р2 = Р1 + ΔР,                          (1)

где Р1 – пластовое давление на глубине 3500 м; ΔР – приращение давления при изменении температуры.

Известно, что приращение давления вследствие температурного расширения жидкости может быть определено по формуле [5]:

Р = βТ•(1/С),                          (2)

где β – коэффициент теплового расширение жидкости; С – коэффициент сжимаемости жидкости; Т – приращение температуры.

Для воды при t=100 oС; β = 7,19*10-5 1/град; С = 3,5*10-5. В этом случае Р = 7,19*10-5*85(1/3,5*10-5) = 17,5 МПа, следовательно, Р2 = 51,8 + 17,5 = 68,3 МПа.

Давление воды значительно превышает нормальное гидростатическое и приближается к геостатическому. Подобные явления отмечены и для площадей Байрам-Али и Южно-Иолотанская, причем на последней нормальное гидростатическое давление соизмеримо с геостатическим и составляет соотвественноь88 и 88,4 МПа.

Другой, не менее важный фактор формирования АВПД для исследуемой территории, по-видимому, - катагенетические преобразование различных литологических разностей, представленных, главным образом, глинами и гипсами. На наш взгляд, АВПД создаются за счет увеличения объема воды в поровом пространстве. В этой связи в предыдущих исследованиях большое внимание мы уделяли количественной оценке «межслоевых» вод глинистых минералов. Известно, что некоторые из них, например, монтмориллонит, содержат значительное количество воды, основная часть которой представлена «межслоевой».

Дегидратация глинистых минералов в процессе катагенеза приводит к выделению огромной массы возрожденных вод, которая для некоторых бассейнов типа Каракумского достигает внушительных величин [1]. Анализ количественных значений поступления возрожденных вод в пласты-коллекторы юрского, неоком-апсткого и альб-сеноманского комплексов из перекрывающих и подстилающих их водоупоров показывает, что значительные энергетические возможности постоянно концентрировались в пределах Мургабской впадины и Мары-Учаджинской моноклинальной области [1]. Процесс выделения возрожденных вод осуществляется, как правило, на тех глубинах, где уплотнение глин и отжатие их них слабосвязанных вод замедляются. Для условий Каракумского бассейна на основании кривых уплотнения основных водоупорных толщ [1] можно указать, что процесс выделения возрожденных вод мог наступить с глубин 2000-2200 м. Поэтому роль последних в формировании АВПД можно считать вполне реальной, что находит подтверждение в проявлении АВПД именно на этих глубинах (Гельчешме, Кагазли, Карабиль). Если учесть также, что дегидратируется не только монтмориллонит, но и другие глинистые минералы (но в меньше степени), изучение роли возрожденных вод в формировании АВПД приобретает большое значение.

Анализ минерального состава глин [1] основных водоупорных комплексов, проведенный для всего бассейна показал, что преобладание гидрослюды на современном этапе, по всей видимости является результатом катагенетических преобразований монтмориллонитов, сопровождавшихся отжатием возрожденных вод.

Выделение флюидов в соленосных толщах – следствие дегидратации гипса. Как известно, при его дегидратации [5] образуются 2 фазы: твердая (ангидрит) и жидкая (вода). Учитывая широкое распространение в пределах гаурдакской соленосной формации значительных прослоев ангидритов и гипсов, можно предположить, что первые – следствие указанного процесса, а вторые могут быть рассмотрены как дополнительные источники питания водоносных комплексов.

Выделение огромных масс флюидов, сопровождаемое дегидратацией гипса, и их смешивание с седиментационными водами различной солености, формируют напряженные водоносные резервуары (линзы) в межслоевых отложениях Мургабской впадины и Мары-Учаджинской моноклинальной области.

Существенную роль в формировании АВПД исследуемой территории, по всей вероятности, играют и процессы осмоса. Однако, учитывая то, что нами не изучалась минерализация поровой воды, достаточно убедительных доводов в пользу этого эффекта привести на данном этапе исследований не представляется возможным. Укажем только лишь на случаи, которые позволяют считать, что осмотические процессы играют немаловажную роль в формировании АВПД. Так, в пределах Мургабской впадины и Мары-Учаджинской моноклинальной области отмечается явное относительное уменьшение минерализации вод готеривских продуктивных отложений (60-100 г/л). Эта закономерность характерна практически для всего осадочного чехла в указанных тектонических элементах. Более того, весьма интересно проявление слабых рассолов в зоне АВПД на площади Багаджа с минерализацией до 60 г/л. Указанное на данном этапе исследований может косвенно свидетельствовать о взаимосвязи зон с относительно низкой минерализацией с зонами АВПД.

            Таким образом, в пределах исследуемой территории проявление АВПД отмечено преимущественно в водоносных комплексах юрских и меловых отложений Мургабской впадины, Мары-Учаджинской моноклинальной области, Багаджинского выступа и Бешкентского прогиба. Анализ изменения градиента давления показывает, что зона повышенных пластовых давлений характерна для разведочных площадей, расположенных в пределах Мургабской впадины (Ислим, Карачоп, Санды-Качи), а также Мары-Учаджинской моноклинальной области, Репетекеского вала и Заунгузской впадины (Северный Чешме, Шарапли, Репетек, Малай и другие).

            Нижняя граница зоны АВПД с градиентом 0,013 МПа/м наиболее четко проявляется на площадях, тяготеющих к Мургабской впадине и Бадхыз-Карабильской ступени (Кагазли, Курукбейли, Восточный Курукбейли, Даулетабад). Верхняя граница этой зоны включает преимущественно площади, расположенные в пределах Приамударьинской ступенчато-моноклинальной области, Багаджинского выступа и Бешкентского прогиба (Сакар, Багаджа, Караулкую).

            В стратиграфическом диапазоне глубин зона АВПД наиболее четко проявляется в нижне-среднеюрских (Багаджа, Карачоп), в келловей-оксфордских (Багаджа, Караулкую, Южный Иолотань) в эвапоритовых (Байрам-Али, Мары), в карабильских (Теджен, Мары) и неоком-аптских отложениях (Теджен, Даулетабад, Курукбейли, Карабиль, Гельчешме и другие).

            Несомненно, что дальнейшее увеличение глубин поисково-разведочных скважин в пределах выделенных структурных элементов приведет к вскрытию зон с более высокими градиентами пластовых давлений. Это вызывает необходимость внесения соответствующих корректив на технологию вскрытия и опробования объектов, характеризующихся АВПД.

Выводы

  1. Для условий платформенной части Туркменистана важную роль в формировании аномально высоких пластовых давлений оказывают процессы уплотнения водоупорных комплексов, катагенетические преобразования пород и осмоса.
  2. Проявление аномально высоких пластовых давлений отмечено в водоносных комплексах юрских и меловых отложений Мургабской впадины, Мары-Учаджинской моноклинальной области, Багаджинского выступа и Бешкентского прогиба.

Литература

  1. Аванесов А.А. Гидродинамические условия Каракумского гидрогеологического бассейна в связи с нефтегазоносностью. - Автореф.дис.канд.геол.-минер.наук, Ашхабад, 1972.
  2. Алиев А.К. О пластовых давлениях в недрах нефтяных месторождений. - Азерб.нефт.хоз-во, 1951, № 11.
  3. Аникиев К.А. Прогноз сверхвысоких пластовых давлений и совершенствование глубокого бурения на нефть и газ. - М.: Недра, 1971.
  4. Дурмишьян А.Г. О сингенетической и эпигенетической природе АВПД в недрах. - Нефтегазовая геология и геофизика, 1973, № 3.
  5. Калинко М.К. Соленакопление, образование соляных структур и их влияние на нефтегазоносность. – М.: Недра, 1973.
  6. Мелик-Пашаев В.С. Аномально-высокие пластовые давления в нефтяных и газовых месторождениях. – Газовая промышленность, 1956, № 8.
  7. Тхостов Б.А. Начальные пластовые давления и гидродинамические системы. – М.: Недра, 1966.
  8. Хабберт М.К. Гидродинамические условия формирования нефтяных месторождений. – М., ГОСИНТИ, 1958.
  9. Ходжакулиев Я.А. Гидрогеологические закономерности формирования и разрушения скоплений газа и нефти. – М.: Недра, 1976.