Гидрогеология месторождений нефти и газа

ГИДРОГЕОЛОГИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ 
НЕФТИ И ГАЗА

О.И. СЕРЕБРЯКОВ
Л.Ф. УШИВЦЕВА

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебника для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся  по направлению подготовки 
05.04.01 «Геология» (квалификация (степень) «магистр») 
(протокол № 8 от 22.06.2020)

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНИК

УДК 553.98+556(075.8)
ББК 26.35я73
 
С32

А в т о р ы:
Олег Иванович Серебряков, доктор геолого-минералогических наук, 
профессор, заведующий кафедрой промысловой геологии, гидрогеологии 
и геохимии горючих ископаемых Астраханского государственного университета (гл. 1; 2; 5; 8; 10; 11);
Любовь Франковна Ушивцева, кандидат геолого-минералогических 
наук, доцент кафедры промысловой геологии, гидрогеологии и геохимии горючих ископаемых Астраханского государственного университета 
(гл. 3; 4; 6; 7; 9; 12; глоссарий; практические работы)
Р е ц е н з е н т ы:
В.В. Пыхалов, доктор геолого-минералогических наук, заместитель 
главного геолога АО «Октопус» (г. Астрахань);
Ж.В. Калащник, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры геологии нефти и газа Астраханского государственного технического университета

ISBN 978-5-16-014209-8 (print)
ISBN 978-5-16-106697-3 (online)

Материалы, отмеченные знаком 
, 
доступны в электронно-библиотечной системе Znanium.com

© Серебряков И.И., Ушивцева Л.Ф., 
2020

Серебряков О.И.
С32  
Гидрогеология месторождений нефти и газа : учебник / О.И. Серебряков, Л.Ф. Ушивцева. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 251 с. + Доп. 
материалы [Электронный ресурс]. — (Высшее образование: Магистратура). — DOI 10.12737/969661.

ISBN 978-5-16-014209-8 (print)
ISBN 978-5-16-106697-3 (online)
Рассмотрены вопросы курса «Гидрогеология месторождений нефти 
и газа», который читается студентам геологических специальностей. Излагаются типы вод в минералах и горных породах, условия происхождения, 
залегания и движения; формирования химического, газового и бактериального составов вод. Приводятся сведения по крупным гидрогеологическим 
провинциям и характеристика вод отдельных месторождений. Тематический материал сопровождается контрольными вопросами, практическими 
заданиями, задачами, рисунками, тестами и таблицами.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Для студентов, преподавателей, магистрантов, обучающихся по специальности 05.04.01 «Геология», аспирантов геологических, гидрогеологических и других специальностей, а также для работников топливно-энергетического комплекса и производственных гидрогеологических 
и геологических организаций.
УДК 553.98+556(075.8)
ББК 26.35я73

Список сокращений

АВПД — аномально высокое пластовое давление.
АГКМ — Астраханское газоконденсатное месторождение.
АГЭ — Астраханская геофизическая экспедиция.
АНГРЭ — Астраханская нефтегазоразведочная экспедиция.
АНПД — аномально низкое пластовое давление.
АСЗ — аномалия сейсмической записи.
БК — боковой каротаж.
ВНК — водонефтяной контакт.
ВНС — водонапорные системы.
ВРОВ — водорастворенное органическое вещество.
ГВК — газоводяной контакт.
ГГДС — геогидродинамические системы.
ГКМ — газоконденсатное месторождение.
ИВНС — инфильтрационные водонапорные системы.
КВД — кривая восстановления давления.
МКП — межколонное пространство.
ММП — многолетнемерзлые породы.
НГБ — нефтегазоносный бассейн.
НГКМ — нефтегазоконденсатное месторождение.
НКТ — насосно-компрессорные трубы.
ОВ — органическое вещество.
ПАВ — поверхностно-активные вещества.
ПВНС — природные водонапорные системы.
ПДК — предельно допустимая концентрация.
ПО — производственное объединение.
ППВ — промышленные подземные воды.
УВ — углеводороды.
УВГ — углеводородные газы.
УГВ — уровень грунтовых вод.
ЭВНС — элизионные водонапорные системы.

Предисловие

Актуальность настоящего учебника заключается в его соответ
ствии современным требованиям учебной программы последнего 
поколения дисциплин «Геология», «Гидрогеология», он предназначен магистрантам и бакалаврам высшего образования по направлению «Геология», специальность «Науки о Земле». Учебник 
способствует развитию знаний по дисциплинам «Общая гидрогеология», «Литология», «Структурная геология», «Полезные ископаемые», «Гидрогеология и инженерная геология» и другим наукам 
о Земле.

Подземные воды, составляющие одну из оболочек земли — ги
дросферу недр, играют важную роль в жизнедеятельности людей, 
осуществляя перенос различных веществ, в частности компонентов 
месторождений полезных ископаемых. Человек использует подземные воды в качестве источника водоснабжения (пресные воды), 
в лечебных целях (минеральные и бальнеологические воды), производственной деятельности для выработки электроэнергии и отопления (гидротермальные воды), для извлечения редких и ценных 
компонентов (промышленные воды), в технологических процессах, 
для мелиорации и др.

Задачи учебника — помочь в изучении природных подземных 

вод, их свойств, условий формирования и залегания, роли подземных вод в формировании, сохранении и разрушении залежей 
нефти и газа, выявлении общих закономерностей распространения 
подземных вод по регионам России, методов оценки эксплуатационных запасов.

Цель учебника — ознакомить студентов с теоретическими осно
вами знаний по нефтегазовой гидрогеологии как одной из отраслей 
гидрогеологических наук, выявить роль подземных вод в формировании, сохранении и разрушении залежей нефти и газа, условия 
движения, формирования химического и газового состава вод; способствовать развитию индивидуальных способностей студентов 
к самостоятельной работе с различными гидрогеологическими материалами, с химическими анализами и способами их выражения, 
методикой обработки кривых восстановления уровней и давлений; 
ознакомить с приборами и оборудованием, применяемыми при гидрогеологических исследованиях, методикой и видами гидрогеологических исследований, построением гидрогеологических карт, 

разрезов, графиков; научить работать с фондовыми, гидрогеологическими и гидродинамическими промысловыми данными и литературными источниками.

Новизна учебника состоит в том, что изучение данной прог
раммы формирует профессио нальные компетенции будущего геолога и гидрогеолога, развивает способности к владению и использованию на практике и в науке знаний в области гидрогеологии, восприятию, анализу и обобщению гидрогеологической информации, 
решению практических задач при обработке гидрогеологических 
данных, направленных на разведку и добычу полезных вод и их 
практическое использование.

Научная новизна учебника представлена характеристикой под
земных вод, сведениями о гидрогеологических условиях крупных 
артезианских бассейнах, подробным освещением вопросов и методов гидрогеологических исследований, составляющих основу 
гидрогеологии как науки. Расширены и обоснованы теоретические 
воззрения на роль подземных вод в формировании, разрушении залежей нефти и газа. Обоснованы цели использования гидрогеологической информации в процессе бурения скважин, при разработке 
месторождений нефти и газа. Особое внимание уделено промысловым гидрогеологическим исследованиям и комплексированию 
с другими геологическими и геофизическими исследованиями 
с целью выявления водоносных комплексов, обводнения залежей, 
определения зон водопритока и изменения состава и свойств воды 
при разработке месторождений полезных ископаемых. Изучено 
влияние различных факторов, структурно-текстурных особенностей и тектонического строения на условия залегания, закономерности распространения и свойства подземных вод, технологию 
гидрогеологических работ.

Изучение подземных вод формирует следующие компетенции:
1) общекультурные (ОК): ОК-7: способности к самооргани
зации и самообразованию с целью получения дополнительных 
знаний;

2) общепрофессио нальные (ОПК): ОПК-1, 3: владение тео
ретическими основами геологии и гидрогеологии России, общей 
гидрогеологии, гидрохимии, гидродинамики, современными теориями происхождения подземных вод, новыми методиками обработки гидрогеологической информации, методами подсчета запасов 
подземных вод. На основе знаний основных положений природных 
законов и методов естественных и геологических наук уметь применять их в практической деятельности;

3) профессио нальные (ПК): ПК-1, 3, 8: готовность применять 

на практике гидрогеологических исследований профессио нальные 
знания в области гидрогеологии, использовать полученные навыки выполнения расчетов и представления графической гидрогеологической 
информации при решении производственных задач в соответствии 
с направленностью (профилем) рабочей программы дисциплины.

В результате освоения курса «Гидрогеология месторождений 

нефти и газа» студент будет:

знать

• принципы и основные положения процессов гидрогеологиче
ских исследований, приемы самоорганизации и самообразования;

• основные параметры, определяемые при гидрогеологических ра
ботах;

• методы и методику проведения химических анализов вод, ос
новные определяемые компоненты, представления о современных научных теориях миграции веществ в литосфере и гидросфере на основе знаний и методов естественных наук, а также 
основных положений базовых законов естественных наук;

• навыки практического применения базовых профессио нальных 

знаний в области гидрогеологии при решении производственных 
задач в соответствии с направленностью (профилем) рабочей 
программы дисциплины;

• нормативные докумен ты в области гидрогеологических иссле
дований;

• методы внедрения в практику гидрогеологических исследований 

новых технологий и методик обработки гидрогеологической информации, нового оборудования и приборов для решения производственных задач в соответствии с направленностью (профилем) рабочей программы дисциплины;
уметь

• обобщать и анализировать материалы промысловых гидродина
мических, гидрогеохимических и геотермических исследований 
с учетом знаний базовых законов естественных наук;

• изучать материалы и информацию о современном состоянии 

проблемы поиска и разведки подземных вод;

• оценивать качество проведения полевых гидрогеологических 

и гидродинамических работ;

• самостоятельно применять на практике базовые профессио
нальные знания по гидрогеологии и использовать их для расчета 
необходимых гидрогеологических параметров при решении производственных задач в соответствии с направленностью (профилем) рабочей программы дисциплины;

• составлять гидрогеологические и гидрохимические карты, раз
резы, графики, диаграммы;

• составлять проектые и сметные докумен ты на гидрогеологиче
ские исследования;

• определять типы подземных вод;

владеть

• способностью к самоорганизации и самообразованию;
• навыками исследований различных свойств подземных вод 

с учетом знаний основных законов естественных наук, в частности физики, гидродинамики, гидрохимии;

• знаниями по гидрогеологическому оборудованию и приборам 

при выполнении гидрогеологических исследований с учетом 
знаний естественных наук;

• способностью применять на практике профессио нальные гидро
геологические знания при решении производственных гидрогеологических задач в соответствии с направленностью (профилем) 
рабочей программы дисциплины;

• методами оценки запасов подземных вод, расчета необходимых 

параметров;

• геологическими, геофизическими и геохимическими методами 

и технологией работы при анализе гидрогеологической информации в соответствии с направленностью (профилем) рабочей 
программы дисциплины.
Подземные воды гидросферы играют весьма важную роль 

в жизни и производственной деятельности человека, поскольку 
не существует сферы производственной деятельности, где можно 
обходиться без воды.

Основной задачей в области гидрогеологии является необхо
димость поиска и разведки, прежде всего, пресных питьевых вод, 
дефицит которых ощущается во многих регионах России. Роль 
подземных вод трудно переоценить при разработке месторождений 
полезных ископаемых, в частности месторождений нефти и газа. 
Пластовые воды являются основной движущей силой при перемещении нефти и газа по пласту к забою скважины. Они служат основой при выборе системы разработки и режима работы залежей, 
определения типа выносимых вод и интервалов их притока. Знание 
свойств и состава подземных вод крайне важно при строительстве 
зданий и сооружений, гидротехнических средств, плотин, скважин.

Подземные воды, являясь природным ресурсом, находят самое 

широкое применение в различных отраслях народного хозяйства: 
медицине, санаторно-курортном лечении, промышленности в качестве гидроминерального сырья для извлечения редких элемен тов 
(йод, бром, литий, рубидий, цезий, магний), гидроэнергетике и др.

Неоценима роль подземных вод в переносе веществ из всех обо
лочек Земли.

Любая производственная деятельность человека связана 

не только с использованием подземных вод, но и с их загрязнением, по это му так важно решать вопросы охраны и рацио нального 
использования подземных вод.

Практическое отсутствие геологоразведочных работ на поиски 

и разведку подземных вод в последние годы, незначительные 
их объемы, отсутствие технологий добычи воды из глубокозалегающих водоносных горизонтов, несовершенство техники водоподъемников приводит к тому, что ресурсы подземных вод в значительной степени недоизучены.

В учебнике рассмотрены основные типы подземных вод по кри
териям водовмещающего пространства, по химизму, соотношению 
катионов и анионов, условиям залегания и происхождению. Проанализированы особенности и виды движения подземных вод, 
методы определения основных гидрогеологических параметров: 
расход потока, скорость фильтрации, определение гидравлического 
уклона, расчет пластового и горного давлений, геотермического 
градиента и геотермической ступени.

Дана характеристика отдельных крупных артезианских гидроге
ологических бассейнов и вод месторождений нефти и газа, и зучены 
закономерности распространения и свойства промысловых подземных вод.

Изложены гидрогеологические, гидрохимические критерии, 

используемые для прогноза нефтегазоносности территорий. Приведены методы и технология гидрогеологических исследований. 
Обоснованы цели и задачи гидродинамических, гидрохимических 
и гидрогеологических работ при разработке месторождений нефти 
и газа.

Учебник предназначен для студентов высшего образования, ма
гистрантов и бакалавров по специальностям «Геология», «Геология 
и геохимия горючих ископаемых», «Гидрогеология и инженерная 
геология», «Гидрогеология», «Гидрогеология нефтяных и газовых 
месторождений», «Науки о Земле», а также для преподавателей, работников топливно-энергетического комплекса, производственных 
гидрогеологических, инженерно-геологических и нефтегазодобывающих предприятий, научных и проектных организаций.

Каждая глава учебника сопровождается контрольными во
просами, в конце приводятся тестовые задания, темы для рефератов и докладов, содержат новые материалы в области гидрогеологических исследований за последние десятилетия.

Глава 1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

1.1. ГИДРОГЕОЛОГИЯ КАК НАУКА

Гидрогеология — наука о происхождении, движении, физико
химических свойствах, закономерностях формирования и распространения подземных вод в земной коре, которые находятся в тесной связи с литосферой, атмосферой, метеорологией, гидрологией, 
а также геологической историей Земли. Эта наука наиболее тесно 
связана с динамической геологией, геохимией, гидрохимией, геологией нефти и газа, минералогией, геотермией, гидрологией, инженерной гидрогеологией и другими и входит в цикл геологических 
наук о литосфере. Гидрогеология нефти и газа рассматривает подземные воды месторождений нефти и газа в тесной и непрерывной 
связи с горными породами, историей геологического развития 
Земли. Практическое значение нефтегазовой гидрогеологии чрезвычайно велико.

Как известно, пустотное пространство осадочных горных пород 

занято нефтью, газом или водой, причем на долю последней приходится большая часть объема. По образному выражению основоположника нефтегазовой геологии И.О. Брода, «нефть и газ являются 
лишь каплями в океане воды». Весь онтогенез — от накопления 
биогенного вещества до формирования скоплений нефти и газа — 
протекает в водной среде. Подземные воды находятся в непрерывном движении и изменении. Изучение обстановки, в которой 
происходят формирование и накопление нефти, газа и ресурсов 
подземных вод, позволяет управлять ими — использовать, регулировать, а иногда и удалять.

Воды являются полезным ископаемым и используются: пре
сные — для водоснабжения населенных пунктов, минеральные 
и термальные — в лечебных целях, гидротермальные — для выработки тепловой энергии и теплоснабжения, добычи ряда ценных 
для промышленности элемен тов (йода, брома, бора, лития, рубидия, стронция и др.).

В зависимости от роли, которую играют подземные воды при ре
шении практических и теоретических задач, выделяются следующие разделы гидрогеологии:

• общая (теоретическая), изучающая общие вопросы условий за
легания, движения и формирования вод в литосфере;

• поисковая, связанная с поиском различных полезных иско
паемых (металлы, соли);

• энергетическая, изучающая возможность использования 

теплоты земных недр при добыче термальных вод;

• инженерная, изучающая гидрогеологические условия при строи
тельстве, горном деле и сельском хозяйстве;

• мелиоративная и шахтная, исследующая возможности исполь
зования вод при мелиорации и роль вод при добыче полезных 
ископаемых шахтным способом;

• нефтегазовая, изучающая гидрогеологические условия форми
рования, существования и разрушения залежей, закономерности 
изменения их состава и типов по разрезу и площади нефтегазовых месторождений;

• экологическая, занимающаяся вопросами охраны и рацио
нального использования подземных вод.
Изучение подземных вод необходимо для регулирования, ис
пользования или удаления подземных вод, оценки запасов, извлечения полезных компонентов, при сооружении оросительных 
систем. Важное значение приобретает изучение подземных вод 
при разработке нефтегазовых месторождений нефти и газа, в частности для выбора рацио нальной системы разработки, определения 
режима залежи, максимального извлечения первоначальных запасов, выявления типа выносимых вод, определения интервалов 
притока и их изоляции, прогноза внедрения вод в залежь, выявления направления движения подземных вод и контроля флюидных 
контактов, оценки перспектив нефтегазоносности территорий.

1.2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГИДРОГЕОЛОГИИ

Как название учения о водах земной коры слово «гидрогео
логия» появилось около века назад, но истоки гидрогеологических 
знаний коренятся в глубокой древности.

Еще несколько тысячелетий до новой эры на Ближнем и Среднем 

Востоке, а также в Древнем Египте подземные воды использовались для питьевого и хозяйственного водоснабжения путем сооружения сложных водосборных галерей, колодцев. В Средней Азии 
сохранились водопроводы с глиняными трубами, сооруженные 
в I тысячелетии до н.э. В Древнем Китае существовала техника 
бурения и горных работ, позволявшая добывать подземные воды 
из колодцев глубиной до 1200 м.