Сверхгидростатические пластовые давления в тимано-печорской провинции

Г.П. Лысенин, Е.Ф. Карпюк (Филиал ООО «ВНИИГАЗ» - «Севернипигаз», г. Ухта)

Мат. XIV Геол. съезда Респ. Коми. Т. III. – Сыктывкар: Ин-т геол. Коми НЦ УрО РАН, 2004. – С. 151-153.

В 30 – 40-е годы XX века в ряде альпийских регионов Земли при бурении скважин на нефть в водоносных частях разреза впервые были выявлены пластовые давления, значительно превышающие нормальные гидростатические (нередко в 1,5-2,0 раза). Ввиду необычности явления такие давления именовались аномально высокими пластовыми – АВПД. Первоначально АВПД считались исключительной принадлежностью альпийских поясов и связывались с активной неотектоникой (К.А. Аникиев, 1963, 1964), однако позже сверхвысокие давления стали обнаруживаться при достижении определенных глубин бурения в большинстве осадочных бассейнов, на древних платформах и кристаллических щитах (в том числе в Кольской сверхглубокой скважине СГ-3). С 70-х годов такие давления постоянно выявляются и в недрах Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции – от Печоро-Колвинского авлакогена до Предуральского краевого прогиба.

Постепенно стало складываться представление о закономерном и повсеместном распространении сверхвысоких пластовых давлений в земной коре, в связи с чем мнение об аномальности этого явления потеряло смысл. Было предложено называть такие давления сверхгидростатическими – СГСД (А.А. Карцев, 1980; В.В. Колодий, 1981 и др.). Аномальными же можно считать лишь локально проявляющиеся сверхвысокие давления, формирующиеся в результате импульсных прорывов высоконапорных вод из зоны СГСД в верхнюю часть земной коры с гидростатическими давлениями.

Существует ряд гипотез генезиса СГСД в недрах (К.А. Аникиев и др., 1985; В.И. Славин и др., 1999 и т.д.). Многие авторы придерживаются мнения о полигенности этого явления. Но планетарное распространение СГСД предполагает и универсальный механизм формирования зоны сверхвысоких давлений. Наиболее убедительной является теория С.Н. Иванова (1966, 1970, 2003), доказавшего неизбежность их возникновения в любой точке планеты. На основе анализа большого экспериментального и фактического материала он пришел к выводу, что на определенной глубине, зависящей от прочностных свойств водонасыщенных пород, под воздействием литостатической нагрузки происходит отток из них трещинно-поровых вод, закрытие пор, каналов, трещин, и создается интервал максимально уплотненных, практически непроницаемых отложений – барьерная зона. Ее изолирующие свойства усиливаются интенсивным вторичным минералообразованием. Именно под этой зоной создаются условия для существования СГСД; полостность пород здесь возрастает из-за крайней затрудненности свободного оттока воды, пластовое (резервуарное) давление сравнивается с поровым, а газоемкость вод резко возрастает. С ростом глубины давление достигает литостатической величины, а в верхней части зоны СГСД может значительно снижаться за счет прорывов воды через барьерную зону при достижении давления гидроразрыва, которое в большинстве случаев составляет 70-100% литостатического давления.

Степень гидростатичности пластовых давлений оценивается по величине общего градиента давления – ОГД (нередко ошибочно именуемого «коэффициентом аномальности»); он представляет собой отношение давления к глубине его замера. В Тимано-Печорской провинции (ТПП) плотность пластовых вод в глубоких горизонтах при минерализации до 200-265 г/л достигает 1145-1175 кг/м3; максимальные ОГД в зоне нормальных гидростатических давлений при этом составляют 1,08-1,10 МПа/100 м (с учетом положения статических уровней воды до глубины 150-190 м). Следовательно, сверхгидростатическими здесь следует считать давления с ОГД более 1,10 МПа/100 м.

Таблица

Площадь, номера скважин Глубина интервала исследования, м; возраст отложений Тип флюида Пластовое давление, МПа Общий градиент давления, МПа/100 м
Денисовская впадина
Лаявожская, скв.1, 3, 7, 500 4480-4700 (D3f1- D2zv) вода 64,03-67,59 1,42-1,51
Колвинский мегавал
Харьягинская, скв.1, 10, 16 3746-4051 (D2zv) вода 45,81-55,18 1,22-1,38
Возейская, скв.62, 70 3314-3517 (D2zv) вода 37,67-44,40 1,28-1,31
Лёккеркская, скв.1, 11 4174-4245 (D1-S2) нефть 56,80-61,61 1,36-1,47
Хорейверская впадина
Средне-Макарихинская, скв.12 4168-4505 (О3) нефть вода 58,66 55,72 1,41 1,36
Южно-Баганская, скв. 10 4192-4320 (О3) вода 59,36 1,41
Варандей-Адзьвинсая структурная зона
Северо-Сарембойская, скв. 15 3157-3183 (D1) нефть 51,89 1,67
Косью-Роговская впадина
Кочмесская,
скв. 5, 6
5572-6262 (О) вода 83,32-120,00 1,49-1,90
Верхнепечорская впадина
Вуктыльская, скв.42, 51 4618-5666 (C1t-D2) вода 61,00-79,02 1,25-1,44

СГСД установлены в ТПП на многих площадях – от Лаявожской, Хыльчуюской и Яреюской на северо-западе до Вуктыльской на юго-востоке, в отложениях различного состава (от песчаников до известняков) и возраста (от турнейских до ордовикских). Как правило, пластовые давления определялись прямыми замерами, реже расчетным способом по массе столба жидкости в скважине. На Лебяжской площади СГСД выявлены по материалам ГИС и технологическим данным бурения – ТДБ (В.Н. Беляев, В.П. Шишкина, 1989). Возможно, в некоторых случаях сверхвысокие давления в глубоких горизонтах не удавалось выявить из-за резкого чрезмерного снижения давления в скважинах, повлёкшего закрытие флюидопроводящих пор, каналов и трещин в призабойной зоне. Наряду с водоносной частью разреза СГСД определялись иногда в нефтяных залежах, когда давления в них оказывались выше нормального избыточного, обусловленного разностью плотностей воды и нефти (Северо-Командиршорская, Лёккеркская, Среднемакарихинская, Лёккейягинская, Северо-Сарембойская площади).

Замеры СГСД выполнены в интервале глубин от 3157 до 6262 м. Величина ОГД варьирует от 1,22-1,25 до 1,51-1,90 МПа/100 м; наибольшие значения отмечены на Лаявожской, Северо-Сарембойской и Кочмесской площадях. Нередко наблюдается увеличение ОГД с глубиной. Максимальные давления (79,02 и 83,32-120,00 МПа) зафиксированы на Вуктыльской и Кочмесской площадях Предуральского прогиба (на глубинах соответственно 5500 и 5600-6262 м). Некоторые данные о СГСД приведены в таблице.

В целом прослеживается увеличение глубины верхней границы СГСД с севера на юг. Анализ фактического материала и оценочные расчеты по методике С.Н. Иванова (1970) показывают, что барьерная зона располагается на минимальных глубинах в районах развития мощной толщи слабоуплотненных мезозойских и кайнозойских отложений на севере провинции – от 3000-3200 до 4000-4200, а в Предуральском прогибе она находится на глубинах от 4200-4500 до 5000-5400 м.

Глубокое бурение в ТПП, в процессе которого выявлены СГСД, проводилось исключительно с целью поисков нефти и газа и ставилось на перспективных структурах либо на уже открытых месторождениях углеводородов. Поэтому естественно, что на подавляющем большинстве разбуренных площадей имеются нефтяные и газовые залежи. Они не менее чем, в 90% случаев расположены в зоне гидростатических давлений, а СГСД фиксируются на различной глубине ниже них. В зоне СГСД обнаружены лишь отдельные залежи. Это объясняется тем, что фоновые сверхвысокие давления не благоприятствуют сохранению залежей: чем выше величина СГСД, тем быстрей в залежах достигается давление гидроразрыва, ведущего к их разрушению. Поэтому в зоне СГСД с глубиной закономерно уменьшаются высоты залежей и запасы углеводородов, а глубина достижения литостатического пластового давления является предельной глубиной существования залежей (Г.П. Лысенин, Ю.А. Ежов,1986, 1987). Еще раньше А.И. Алиев и Р.Р. Джафаров (1977) указывали, что вопреки распространенному мнению сверхвысокие фоновые давления разрушают залежи.

Все это подтверждается распределением геологических запасов углеводородов по разрезу осадочного чехла (Е.С. Баркан, В.П. Якуцени, 1981; В.Ф. Никонов, 1987). Материалы по ТПП показывают, что и здесь к гидростатической зоне приурочено более 90% запасов нефти и почти все запасы газа: в зоне СГСД встречены лишь отдельные небольшие высоконапорные газовые скопления (Г.П. Лысенин, Е.Ф. Карпюк, Ю.А. Ежов,1993; Г.П. Лысенин, Е.Ф. Карпюк, 1997). Показано, что на глубинах свыше 4500 м, т.е. преимущественно в зоне СГСД, поиски и разведка промышленных залежей газа обычно малорентабельна (Е.С. Баркан и др., 1984). Очевидно, зону СГСД в первую очередь следует рассматривать как источник водорастворенных газов и гидротермальных ресурсов.

Наличие в недрах ТПП сверхгидростатических давлений ограничивает и глубину поисков поглощающих горизонтов, пригодных для безопасного захоронения промышленных и промысловых стоков. Это связано с тем, что даже при прочих благоприятных условиях в зоне СГСД не может быть создано оптимальное давление закачки. Для закачки стоков в коллекторы зоны СГСД необходимо создание весьма высокого давления нагнетания с целью преодоления уже существующего большого устьевого давления. При этом возникнут не только технические сложности (потребность в особо мощных насосах, опасность аварийных ситуаций на скважинах), но и резко возрастет барическая напряженность в поглощающем горизонте, что может обусловить прорыв закачанных стоков в вышележащие водоносные горизонты, а по затрубному пространству - и на поверхность (Е.Ф. Карпюк, Г.П. Лысенин, 2002).

Авторы: 

Тематические разделы: