К оглавлению

О КНИГЕ А.А. КАРЦЕВА «ГИДРОГЕОЛОГИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ»

Со времени выхода в свет учебника В.А. Сулина «Гидрогеология нефтяных месторождений» прошло пятнадцать лет. За это время нефтяная и газовая промышленность Советского Союза совершила гигантский скачок в своем развитии. Впереди еще более бурные темпы роста нефтяной и газовой промышленности. Только в содружестве с наукой наша промышленность сможет решить поставленные грандиозные задачи. В этом деле гидрогеология нефтяных и газовых месторождений должна сыграть немалую роль. Вот почему назрела необходимость в хорошем учебном пособии по гидрогеологии нефтяных и газовых месторождений, отражающем современный уровень наших знаний в данной области.

С этих позиций рассмотрим книгу А.А. Карцева «Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений» (Гостоптехиздат, 1962 г.).

В кратком «Введении» показано положение науки о подземных водах среди других геологических наук и их тесная взаимосвязь. Совершенно верно отражена новаторская роль гидрогеологии в Советском Союзе и ее бурное развитие в отличие от США, где гидрогеология нефтяных и газовых месторождений не определилась в самостоятельную дисциплину.

Строению подземной гидросферы посвящена I глава, где в кратком, но достаточном для учебного пособия объеме показаны условия нахождения и виды вод в горных породах, условия залегания подземных вод и их классификация. Говоря о дебитах источников, выходящих из карбонатных коллекторов, А.А. Карцев утверждает, что они «составляют часто десятки кубометров в секунду». Эти дебиты, следовательно, якобы достигают миллионов кубометров в сутки. Вряд ли часто встречаются такие источники-реки. Можно говорить лишь о единицах кубометров в секунду для оценки наиболее характерных максимальных величин водообилия трещиноватых коллекторов.

Во II главе рассмотрены основы гидрохимии, отражающие современный уровень знаний. Здесь уделено внимание самой воде как растворителю, показан изотопный ее состав, строение молекул и их вероятные сочетания. Хорошо, что газовому составу подземных вод уделяется такое же внимание, как и ионно-солевым комплексам. Это обстоятельство следует рассматривать, как новые веяния в учебной литературе по гидрогеологии. Правда, такая композиция главы приближает ее к основам гидрогеохимии.

Можно высказать ряд замечаний по этой главе. Основными из них являются следующие.

Формулировка определения упругости растворенных газов (стр. 19) неудачна. Здесь не раскрыта физическая сущность этого важнейшего параметра подземных вод. Между тем понятие об упругости растворенных газов должно занимать одно из важнейших мест в гидрогеологии для геологов-нефтяников.

В книге неверно освещено влияние растворенных газов на величину коэффициента сжимаемости воды. Так, например, на стр. 21 автор утверждает, что «при больших величинах газонасыщения сжимаемость подземных вод может в 10 раз и более превышать сжимаемость воды, лишенной растворенных газов». Между тем из приводимой здесь же формулы Додда (кстати, авторство почему-то не указано) следует, что при максимально известных величинах газонасыщения подземных вод углеводородами (до 5 л/л) величина коэффициента сжимаемости воды возрастет не в 10 раз, а всего лишь на 25%, при наиболее часто встречаемых величинах газонасыщения (порядка 1 л/л) β возрастет всего лишь на 5%. Таким образом, речь идет о погрешности в 100-200 раз. Надо полагать, что А.А. Карцев, вероятно, имел в виду не растворенный, а свободный газ, выделяющийся из воды по мере падения пластового давления в системе. Но в таком случае оценка величины β производится не по формуле Додда.

Не совсем удачно изложены сведения о классификации подземных вод и изображении химического состава. В главе рассмотрено несколько методов, которые не могут найти применение среди гидрогеологов-нефтяников. Отсутствуют обоснованные рекомендации, какими графиками следует пользоваться и при каких условиях. Много места уделено устаревшим характеристикам Пальмера и графикам Роджерса. Странна рекомендация нефтяникам графика, в котором объединены такие анионы, как Сl и SО4.

Глава III посвящена движению подземных вод и рассолов. Следует одобрить стремление автора книги дать материал из области гидродинамики. Действительно, без этого трудно понять многие сложнейшие гидрогеологические процессы.

Одним из недостатков III главы является то, что в ней не отражены специфические особенности подземных вод нефтяных и газовых месторождений. Особенно это касается разгазированных вод, образующих эмульсии в скважинах. Как известно, в пластовых условиях результаты замеров уровней искажены.

В главе IV рассмотрена геотермия подземных вод. По объему глава небольшая, но весьма важная для понимания физикохимической сущности многих гидрогеологических процессов. Содержание главы IV тесно увязано с динамикой подземных вод, существенно влияющей на геотермию водонапорных систем.

Наибольший теоретический интерес представляет глава V. В ней подробно анализируются вопросы формирования подземных вод и рассолов. Вопросы формирования подземных вод рассматриваются на высоком современном уровне теоретических знаний как в области гидрогеологии, так и смежных с нею наук. Вместе с тем глава содержит и существенные недостатки. К наиболее важным из них относится анализ формирования подземных вод и рассолов исключительно с точки зрения ионно-солевых комплексов, а газовый состав подземных вод игнорируется. Это противоречит всему содержанию учебника, в котором растворенным газам уделяется большое внимание. Следует отметить также дискуссионность многих положений о седиментационном водообмене и о движении подземных вод из депрессионных прогибов в направлении современных областей питания.

Одной из наиболее интересных глав рецензируемой книги является глава VI. Здесь наиболее выпукло отражены современные тенденции в нефтегазовой гидрогеологии, направленные на изучение районов не в случайных границах, а в естественных, отражающих природные закономерности. Однако следует отметить недостаточно углубленное изложение внутренних связей водонапорных систем с залежами нефти и газа.

В главе VII подземные воды освещены в аспекте их использования в качестве важного источника минерального сырья, а также минеральных ресурсов. По существу проанализированы одни лишь йодобромные воды. Более полно отражены лечебные минеральные воды. В главе VII содержится ряд неточностей. Так, на стр. 99 говорится о том, что в водах мацестинского типа содержится до 2 г/л сероводорода. Между тем обычные концентрации не превышают 0,4-0,5 г/л. Аналогичные погрешности допущены на этой же странице, где говорится о концентрациях СО2 в подземных водах. Они достигают не «5 г/л и более», а 30-40 г/л. По этому вопросу имеются опубликованные результаты специальных исследований, названия которых приведены в списке литературы рецензируемого учебного пособия.

В главе VIII читателю даны понятия и краткие сведения о гидрогеологических картах, поисково-разведочном бурении на воды и рассолы, освещены вопросы оценки запасов и проектирования эксплуатации подземных вод и рассолов. Для нефтяников и газовиков все эти сведения, безусловно, представляют интерес.

Глава IX - «Палеогидрогеология». В учебнике по гидрогеологии такая глава появилась впервые. Содержание ее представляет большой интерес прежде всего в связи с новизной поднятых вопросов восстановления истории развития гидрогеологических процессов. Здесь следует обратить внимание на то, что А.А. Карцев, к сожалению, не показал, какое же место занимает палеогидрогеология по отношению к гидрогеологии современной геологической обстановки, не подчеркнул необходимость прежде всего изучить современные гидрогеологические условия, а затем палеоусловия. Могут создаться опасные иллюзии о возможности подмены хлопотливых гидрогеологических исследований современных условий спокойными кабинетными палеореконструкциями.

Необходимо также подчеркнуть, что чрезмерное увлечение представлениями о процессах непрерывного уплотнения глин, являющихся основным источником седиментационных вод, вряд ли обосновано. Не следует упускать из виду, что основная масса иловых вод выжимается из глинистых осадков только на первой стадии уплотнения, а в дальнейшем глины уплотняются очень слабо. Кроме того, многие исследователи склонны не замечать наличия в природе процессов разуплотнения глин, связанных с восходящими движениями земной коры (кстати об этом автор сам вскользь упоминает на стр. 61). Процессы уплотнения теснейшим образом переплетаются с процессами, ведущими к обратному всасыванию в глины ранее выжатых вод. Вопросы о тенденции и результаты этих процессов требуют дальнейшего изучения и их нельзя игнорировать.

Первые девять глав носят в известной мере описательный характер. Глава X ставит перед читателями вопросы особого рода, заставляющие применять весь пройденный материал для решения важных проблем формирования и разрушения нефтяных и газовых месторождений. Уже с первых шагов читатель сталкивается с многочисленными вопросами газонасыщенности подземных вод. Хорошо подобранные экспериментальные данные по растворимости углеводородных и других газов в пресных и минерализованных водах сопоставляются с данными новейших глубинных исследований подземных вод. На стр. 127 допущена опечатка - под нормальными условиями подразумевается температура воздуха «29° С и атмосферное давление».

Важный раздел X главы посвящен растворенному органическому веществу. Мы считаем этот раздел исключительно интересным, так как в нем автор на основе анализа многочисленных работ показал возможность (при определенных условиях) растворения множества сложных компонентов нефтей. Оказывается растворимость жидких углеводородов (с длинной углеводородной цепью) в воде сильно возрастает в присутствий таких органических соединений, как жирные кислоты, мыла и др. То, что известно было в области коллоидной растворимости не очень широкому кругу геологов-нефтяников, подвергнуто рассмотрению в связи со сложными процессами миграции нефти в водной среде.

Много интересных сведений содержится в разделе «Гидрогеологические особенности ловушек». Здесь по-новому истолкованы широко отмеченные явления возрастания минерализации и метаморфизации вод в ловушках. При этом наиболее важным механизмом этого явления, по мнению А.А. Карцева, является так называемый «фильтрационный эффект».

В учебнике широко рекламируются идеи о том, что к ловушкам приурочены скрытые очаги разгрузки подземных вод. С этим явлением якобы связаны факты приуроченности нефтяных и газовых залежей к «пьезометрическим минимумам». Нельзя не заметить, что, анализируя эти положения, автор учебника оперирует исключительно материалами, подтверждающими рассмотренные идеи, а на факты, противоречащие им, не обращает внимания. Между тем известно, что крупнейшие залежи нефти и газа не приурочены к «пьезометрическим минимумам». Об этом говорят результаты исследований Северо-Ставропольско-Палегиадинского, Шебелинского и Газлинского газовых месторождений, а также Ромашкинского, Туймазинского и других нефтяных месторождений.

Большое внимание в книге уделяется гидрогеологическим условиям формирования залежей нефти и газа и процессам нефтенакопления. Автор учебника является сторонником идеи о миграции нефти в растворенном состоянии совместно с подземными водами и подробно анализирует эту исключительно важную и интересную проблему. Приводимые им расчеты показывают возможность формирования промышленных залежей нефти за счет растворенных компонентов ее в подземных водах.

Глава X завершается подробным изложением гидрогеологических условий разрушения нефтяных и газовых залежей. Здесь описываются многие стороны этой проблемы - от механизма разрушения залежей под действием гидродинамических условий, физико-химического разрушения до подземного окисления углеводородов. Содержание главы X в целом очень ценно.

В XI и XII главах подробно рассмотрены вопросы нефтегазопоисковой и нефтегазопромысловой гидрогеологии. Эти главы являются непосредственным продолжением общего плана учебника, отражающего стремление его автора к тому, чтобы теоретические предпосылки, изложенные в предыдущих главах, были применены к решению практических задач, стоящих перед промышленностью. Можно отметить, что многочисленные вопросы применения гидрогеологии к решению задач поисков, разведки и разработки газовых и нефтяных месторождений освещены на современном уровне науки. В этом отношении рассматриваемое учебное пособие выгодно отличается от всех ранее изданных после опубликования книги В.А. Сулина. О высоком уровне теоретических знаний, положенных в основе гидрогеологических показателей оценки перспектив нефтегазоносности, можно судить по табл. 18 (стр. 163) в XI главе. Широко распространенный ранее гидрохимический метод оценки перспектив нефтегазоносности в настоящее время сильно устарел. А.А. Карцев пересматривает ряд устаревших положений, которые он и сам считал прогрессивными (стр. 168).

В учебнике совершенно справедливо подчеркивается сложность вопросов нефтегазопоисковой гидрогеологии. В этой области большую пользу приносят многие положения рассматриваемой книги, углубляющие наши теоретические представления и понятия о гидрогеологических показателях оценки перспектив нефтегазоносности. Совершенно справедливо, что среди гидрогеологических показателей одно из важных мест занимают ионно-солевые комплексы (в том числе и органические соединения - фенолы, нафтенаты и др.). Нельзя согласиться с тем, что некоторые исследователи склонны совершенно не учитывать гидрохимические показатели. В общем комплексе они, безусловно, необходимы для научно обоснованной оценки перспектив нефтегазоносности. В связи с этим понятно расширение круга показателей нефтегазоносности, охватывающего теперь и гидродинамические особенности водоносных горизонтов, геотермию и палеогидрогеологию.

Отмечая важность главы «Нефтегазопоисковая гидрогеология», следует указать на ряд ее недочетов. На стр. 166 - 168 кратко изложена методика расчета упругости растворенных газов. При этом А.А. Карцев выбрал наиболее сложные методы, часто отпугивающие не только студентов, но и опытных гидрогеологов. Между тем сейчас широко применяются сравнительно более простые расчеты, по точности не уступающие методам, описанным в учебнике. Неверно показана величина аргон-азотного коэффициента в водном растворе (2,7, а не 2,5, как указано на стр. 171).

Глава XII «Нефтегазопромысловая гидрогеология» содержит множество важных положений, убедительно свидетельствующих о богатых возможностях гидрогеологии. При ее помощи можно решать ряд нефте- и газопромысловых задач, особенно по разработке месторождений нефти и газа, гидрохимической корреляции и др.

Следует отметить фактически неверное утверждение - будто большие газонасыщения вод могут в несколько раз увеличить величину коэффициента сжимаемости пластовых вод (стр. 207).

Во второй части учебника дана характеристика основных нефтегазоносных артезианских бассейнов Советского Союза. По существу, здесь сконцентрированы наиболее важные результаты гидрогеологических исследований почти всех нефтегазоносных районов страны. Автором проанализирована огромная литература и в краткой форме изложены основы региональной нефтегазовой гидрогеологии. Это и есть логическое завершение единого плана учебника.

Принципиальное замечание можно высказать к заключительному абзацу раздела «Заключение», где А.А. Карцев склоняется к тому, что седиментационные гидро- геологические этапы являются нефтегазосозидающими, а инфильтрационные нефтегазоразрушающими. Это положение обедняет содержание книги и необоснованно упрощает сложность процессов формирования залежей углеводородов. Прежде всего отметим, что в книге довольно подробно рассмотрен пример крупной газоносной провинции Центрального Предкавказья, в пределах которой газовые залежи хадумского горизонта, подпираемые водами явно инфильтрационного происхождения, находятся в стадии созидания, роста, а не разрушения. Этот и другие примеры находятся в явном противоречии с выводом А.А. Карцева о том, что инфильтрационные гидрогеологические этапы являются «нефтегазоразрушающими». С теоретической точки зрения перемещение огромных водных масс (независимо от характера гидрогеологических этапов) играет важнейшую роль в процессах формирования залежей углеводородов, особенно в условиях недонасыщения ими подземных вод глубоко погруженных депрессий. Восходящие потоки в сторону поднятий приводят к выделению растворенных углеводородов и к нефтегазосозидающим процессам.

В заключение необходимо подчеркнуть, что, несмотря на отмеченные недостатки, книга А.А. Карцева сыграет важную роль в распространении современных гидрогеологических знаний среди геологов-нефтяников и будет способствовать общему прогрессу наших знаний в этой области, а также более рациональному, проведению поисков, разведки и разработки месторождений нефти и газа. Поэтому опубликование книги А.А. Карцева следует признать весьма своевременным.

В. Корценштейн