Гидрогеология нефти и газа

ГИДРОГЕОЛОГИЯ 
НЕФТИ И ГАЗА

Москва
Альфа-М 
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНИК

О.И. СЕРЕБРЯКОВ
Л.Ф. УШИВЦЕВА
Т.С. СМИРНОВА

УДК 556.3(075.8)
ББК 26.3
 
С32

Серебряков О.И.
Гидрогеология нефти и газа : учебник / О.И. Серебряков, Л.Ф. Ушивцева, Т.С. Смирнова. — Москва : Альфа-М ; ИНФРА-М, 2020. — 249 с. +
 Доп. материалы [Электронный ресурс]. — (Высшая школа: Бакалавриат).

ISBN 978-5-98281-436-4 (Альфа-М)
ISBN 978-5-16-011097-4 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-103089-9 (ИНФРА-М, online)

Рассмотрены вопросы курса «Гидрогеология нефти и газа», который читается студентам геологических специальностей: типы вод в минералах и горных 
породах, условия происхождения, залегания и движения, а также формирования химического, газового и бактериального составов. Приведены сведения по 
крупным гидрогеологическим провинциям и типы вод отдельных месторождений. Тематический материал сопровождается контрольными вопросами, практическими заданиями, задачами, рисунками.
Учебник предназначен для студентов, преподавателей, магистрантов, обучающихся по специальности 05.03.01 «Геология», аспирантов геологических, 
гидрогеологических и других специальностей, а также для работников ТЭК 
и производственных организаций. 

УДК 556.3(075.8)
ББК 26.3

Р е ц е н з е н т ы:
С.В. Казаева, канд. геол.-мин. наук, заместитель начальника геологического отдела инженерно-технического центра ООО «Газпром добыча 
Астрахань»;
А.И. Масленников, канд. геол.-мин. наук, доцент Астраханского государственного технического университета

А в т о р ы:
Олег Иванович Серебряков, д-р геол.-мин. наук, профессор, зав. кафедрой геологии, гидрогеологии и геохимии горючих ископаемых Астраханского государственного университета;
Любовь  Франковна Ушивцева, канд. геол.-мин. наук, доцент кафедры 
геологии, гидрогеологии и геохимии горючих ископаемых Астраханского государственного университета;
Татьяна Сергеевна Смирнова, канд. геол.-мин. наук, доцент кафедры 
геологии, гидрогеологии и геохимии горючих ископаемых Астраханского государственного университета

С32

© Альфа-М, 2016
©  Серебряков О.И., 
Ушивцева Л.Ф., 
Смирнова Т.С., 2016

ISBN 978-5-98281-436-4 (Альфа-М)
ISBN 978-5-16-011097-4 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-103089-9 (ИНФРА-М, online)

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

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
ВНИИГРИ 
— 
Всероссийский нефтяной научно-исследовательский 
геологоразведочный институт
ВНК 
— 
водо-нефтяной контакт
ВНС 
— 
водонапорные системы
ВРОВ 
— 
водорастворенное органическое вещество
ВСЕГИНГЕО 
— 
Всероссийский научно-исследовательский институт 
гидрогеологии и инженерной геологии
ВУВ 
— 
высшие углеводороды
ГВК 
— 
газо-водяной контакт
ГГДС 
— 
геогидродинамические системы
ГЖК 
— 
газо-жидкостный контакт
ГКМ 
— 
газоконденсатное месторождение
ИВНС 
— 
инфильтрационные водонапорные системы
КВД 
— 
кривая восстановления давления
МКП 
— 
межколонное пространство
ММП 
— 
многолетнемерзлые породы
НВ НИИГГ 
— 
Нижне-Волжский научно-исследовательский институт 
геологии и геофизики
НГБ 
— 
нефтегазоносный бассейн
НГКМ 
— 
нефтегазоконденсатное месторождение
НГП 
— 
нефтегазоносная провинция
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
ТУВ 
— 
тяжелые углеводороды
УВ 
— 
углеводороды
УВГ 
— 
углеводородные газы
УГВ 
— 
уровень грунтовых вод
ФЕС 
— 
фильтрационно-емкостные свойства
ЭВНС 
— 
элизионные водонапорные системы

ВВЕДЕНИЕ

Успешное проведение геологоразведочных работ на нефть и газ, 
а также разработка месторождений полезных ископаемых немыслимы без гидрогеологических, гидродинамических и гидрогеохимических исследований недр.
Цель настоящего учебника — дать студентам основы знаний 
по гидрогеологии нефти и газа как одной из отраслей геологических 
наук, занимающейся изучением подземных вод нефтяных и газовых 
месторождений. Учебник включает вопросы типизации подземных 
вод в минералах и породах, по условиям залегания, происхождения 
и движения, формирования химического и газового состава вод, 
о роли подземных вод в формировании, сохранении и разрушении 
залежей нефти и газа, специфических особенностях вод месторождений.
В задачи курса входят: установление типа подземных вод, гидрогеохимических и гидрогеологических критериев при прогнозировании нефтегазоносности недр, связи их с процессами нефтегазообразования, специфических свойств вод нефтяных и газовых месторождений, поведение подземных вод при разработке месторождений.
Во время учебного процесса студенты должны научиться производить гидрогеологические расчеты, определять направление движение вод, основные параметры фильтрационного потока, выполнять построение гидрогеологических карт, разрезов и графиков.

Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 
О ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

1.1. ГИДРОГЕОЛОГИЯ КАК НАУКА

Гидрогеология — это наука о происхождении, движении, физикохимических свойствах, закономерностях формирования и распространения подземных вод в земной коре, которые находятся в тесной 
связи с литосферой, атмосферой, метеорологией, гидрологией, с геологической историей Земли. Эта наука наиболее тесно связана с динамической геологией, геохимией, гидрохимией, геологией нефти 
и газа, минералогией, геотермией, гидрологией, инженерной гидрогеологией и др. 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 их, регулировать, а иногда и удалять.
Воды являются полезным ископаемым и используются: пресные 
воды — для водоснабжения населенных пунктов, минеральные и термальные воды — в лечебных целях, гидротермальные воды — для 
выработки тепловой энергии и теплоснабжения, для добычи ряда 
ценных для промышленности элементов — йода, брома, бора, лития, 
рубидия, стронция и др.
Подземные воды играют важную роль при решении практических 
и теоретических задач. По решаемым задачам выделяются следующие разделы гидрогеологии:
 
• общая (теоретическая), изучающая общие вопросы условий залегания, движения и формирования вод в литосфере;
 
• поисковая, связанная с поиском различных полезных ископаемых (металлы, соли);

• энергетическая, изучающая возможность использования теплоты 
земных недр при добыче термальных вод;
 
• инженерная, изучающая гидрогеологические условия при строительстве, горном деле и сельском хозяйстве;
 
• мелиоративная и шахтная;
 
• нефтегазовая, изучающая гидрогеологические условия формирования, существования и разрушения залежей, закономерности 
изменения их состава и типов по разрезу и площади нефтегазовых 
месторождений;
 
• экологическая, занимающаяся вопросами охраны и рационального использования подземных вод.
Изучение подземных вод необходимо для регулирования, использования 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 рациональной 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 «гидрогеология» 
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. Первая попытка объяснить происхождение подземных вод принадлежит Фалесу Милетскому (около VII–VI в. 
до н.э.), считавшему, что «вода является началом всего, все происходит из воды и все… превращается в воду». Древнегреческий философ Платон (427–347 до н.э.) связывал подземные воды с фильтрацией морской воды. Аристотель считал, что подземная вода формируется за счет сгущения воздуха (водяного пара), поступающего 
из недр земли. Философы Древнего Рима (Лукреций, Сенека, 

Плиний старший и др.) использовали и развивали представления 
Платона и Аристотеля о происхождении вод.
В средние века философы Ближнего Востока и Средней Азии 
более подробно рассматривали вопросы происхождения и использования вод. Так, в 1001 г. хорезмиец Бируни впервые объяснил происхождение напора подземных вод, а иранец Карали (Х в.) составил 
первое практическое руководство по гидрогеологии. Продолжала 
развиваться практика использования вод земной коры. В рукописях 
VIII–X вв. упоминаются деревянные и каменные водозаборы, водопроводы для снабжения городов водой. В XI–XII вв. подземные воды 
используются для орошения земель, лечения.
В конце XII в. на севере Франции в провинции Артуа впервые 
в Европе колодцами вскрыли фонтанирующую воду, которую стали 
называть артезианской (по латинскому названию Аrtesium).
В эпоху Возрождения и в Новое время появился ряд сочинений 
(Г. Бауэр, Б. Палисси, А. Кирхер) по генезису вод, теории формирования гидростатического напора, где были высказаны гипотезы 
о морском и атмосферном генезисе вод, проведены первые количественные представления о возможности формирования подземных вод 
за счет инфильтрации атмосферных осадков, высказано предположение о существовании водоносных и водоупорных пород. В конце 
XVII в. естествоиспытатели П. Перро и Э. Мариотт на основе очных 
наблюдений и расчетов доказывают атмосферный генезис пресных 
артезианских вод.
Временем окончательного становления гидрогеологической 
практики и теории считаются XVIII–XIX вв. В это время устраивают 
подземные водопроводы (например, в г. Пушкин), а по указу Петра I 
устанавливается охрана подземных вод и поощрения ученым за находку вод. В начале XVIII в. теория формирования гидростатического 
напора разрабатывается итальянцем А. Валлисниери. В 1763 г. 
М.В. Ломоносов определил подземные воды как природные растворы, образующиеся при инфильтрации атмосферных осадков. 
В 1840 г. в Париже впервые начата бурением скважина на воду. 
В конце XIX в. появляются первые гидрогеологические карты и руководства по поискам подземных вод, проводятся гидрохимические 
анализы вод. Первое математическое описание движения подземных 
вод дано французским гидравликом А. Дарси (1856), им открыт закон 
движения вод, после чего в гидрогеологии началось использование 
математических методов.
В России первые систематические исследования подземных вод 
связаны с созданием Российской академии наук (1724), а бурное развитие гидрогеологии началось с 1882 г., когда был организован Геологический комитет и впервые открылась должность штатного гид

рогеолога, на которую в 1886 г. был назначен Н.А. Головкинский. 
Большой вклад в развитие гидрогеологии внесли Г.П. Гельмерсен, 
С.Н. Никитин, составивший первые сводки по подземным водам 
Европейской части России и установивший связь подземных вод 
с тектоническим строением территории; И.В. Мушкетов исследовал 
происхождение вод; Н.И. Андрусов выдвинул теорию о морском генезисе вод месторождений нефти и газа, изучал подземные воды 
нефтяных и газовых месторождений Кавказа; В.А. Сулин изложил 
геохимические закономерности распределения различных типов вод 
и подземных вод нефтегазовых месторождений, а первая характеристика вод месторождений впервые дана Т. Хантом. Как наука гидрогеология сформировалась во второй половине XIX в., в 1885 
и 1895 гг. вышли первые учебники по гидрогеологии.

К концу XIX — началу XX в. уже накапливаются наблюдения над 

водными растворами глубоких горизонтов осадочных и нефтегазоносных бассейнов. Среди видных ученых того времени можно назвать: Н.И. Андрусова, А. Потилицына и Г. Харичкова, И.В. Мушкетова, А.Д. Архангельского, В.Н. Щелкачева, Н.С. Курнакова, 
П.И. Бутова, В.С. Ильина, О.К. Ланге, Н.Ф. Погребова, А.Н. Семихатова, Н.И. Толстихина, А.М. Овчинникова, Г.Е. Каменского, 
В.И. Вернадского, В.А. Сулина, Ч. Пальмера, Д. Роджерса и др.

Первая половина ХХ в. ознаменовалась крупными достижениями 

в области геогидродинамики (теория геофильтрации), с широким 
размахом в России ведутся гидрогеологические работы в самых 
разных направлениях. В 1931 г. состоялся первый Всесоюзный гидрогеологический съезд, в 1922 г. выпущен первый учебник под редакцией П.Н. Чирвинского. В эти годы сложилась советская школа 
гидрогеологов, главой которой считают Ф.П. Саваренского. По гидрогеологической изученности наша страна обогнала все страны. 
В последующие десятилетия XX в. большой вклад в развитие гидрогеологии внесли иследования Г.М Сухарева, В.Н. Корценштейна, 
А.А. Карцева, М.И. Субботы, Л.М. Зорькина, Л.Н. Капченко и др. 
Опубликованы монографии по отдельным нефтегазоносным и гидрогеологическим районам. Впервые появляются специальные гидрогеологические учреждения, организован институт гидрогеологии 
ВСЕГИНГЕО, в ряде вузов страны началась подготовка специалистов гидрогеологов.

Во второй половине — конце XX в. гидрогеология бурно развива
ется в различных направлениях, выходит 50 томное издание «Гидрогеология СССР», 6 томное «Основы гидрогеологии» (1966–1978), 
подводящие итоги развития гидрогеологических знаний. Среди фундаментальных работ этого периода можно назвать труды Г.М. Сухарева, М.И. Субботы, Л.Н. Капченко, В.М. Швеца, Е.А. Барс и др.

1.3. ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Относительно происхождения подземных вод существуют различные точки зрения.
Фалес Милетский считал (VI–VII вв. до н.э.), что морская вода 
вгоняется ветром в недра земли и под давлением горных пород выходит на поверхность в виде источников.
Марк Витрувий Поллио (I в. до н.э.) полагал, что подземные воды 
образуются за счет дождевых и талых вод. Аристотель (IV в. до н.э.) 
думал, что подземные воды образуются путем конденсации паров. 
Древнегреческий философ Платон считал, что морская вода путем 
фильтрации попадает в недра, совершая круговорот.
Эти идеи в наивной форме повторялась римлянинами Лукрецием 
и Сенекой, а в эпоху Возрождения — Леонардо да Винчи. Фалес Милетский и его последователи интуитивно полагали, что осадочные 
породы содержат морскую воду, но они не могли объяснить механизм ее перемещения. Замечательные догадки древних ученых на десятки веков опередили появление эмпирических данных, подтверждающих талассогенность основной массы подземных вод в осадочной толще.
М.В. Ломоносов полагал, что воды имеют инфильтрационный 
генезис, Г. Агрикола считал, что воды образуются путем сгущения 
паров воды, содержащихся в воздухе. Э. Зюсс в 1902 г. выдвинул 
теорию ювенильного происхождения вод, т.е. выделения ее из магмы 
при внедрении в земную кору. Эти воды он назвал «ювенильные 
(девственные)» в отличие от вод «вадозных (блуждающих)». Названные ученые указали четыре основных источника образования 
подземных вод. В соответствии с этими источниками в настоящее 
время существуют четыре теории происхождения подземных вод.
1. Инфильтрационная теория, согласно которой подземные воды 
образуются в результате просачивания атмосферных и поверхностных осадков в горные породы. По этой теории, просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нем, 
насыщая породы пористого и пористо-трещиноватого характера, 
вследствие чего возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод.
2. Седиментационно-диагенетическая теория, объясняющая происхождение вод путем проникновения морских иловых вод в толщи 
пород на различных этапах осадконакопления и позднее (Н.И. Андрусов, В.И. Вернадский).
3. Конденсационная теория, допускающая конденсацию водяных 
паров атмосферного и почвенного воздуха с образованием капельножидких свободных вод в поверхностных слоях литосферы — за счет 

конденсации водяных паров в горных породах. В теплое время года 
упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных глубинах — от 1 м до нескольких 
десятков метров от поверхности Земли. В этом слое движение паров 
воздуха прекращается в связи с увеличением упругости водяных паров 
при повышении температуры в глубине Земли. Вследствие этого возникает встречный поток водяных паров из глубины Земли вверх — 
к слою постоянных температур, а в зоне постоянных температур в результате столкновения двух потоков водяных паров происходит их 
конденсация с образованием подземной воды. Такая конденсационная 
вода имеет большое значение в пустынях, полупустынях и сухих 
степях, являясь в знойные периоды года единственным источником 
влаги для растительности. Таким же способом возникли основные 
запасы подземной воды в горных районах Западной Сибири.
Оба способа образования подземных вод — путем инфильтрации 
и за счет конденсации водяных паров атмосферы в породах — 
главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные 
и конденсационные воды иногда называются вадозными (от лат. 
vadare — идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы 
и участвуют в общем круговороте воды в природе.
4. Магматогенная теория (теория Зюсса), согласно которой воды 
образуются за счет процессов синтеза водорода и кислорода в магматических расплавах. Многие выходы этих вод в районах современной или недавней вулканической активности характеризуются 
повышенной температурой и значительной концентрацией солей 
и летучих компонентов. Для объяснения генезиса таких вод австрийский геолог Э. Зюсс в 1902 г. выдвинул теорию ювенильного происхождения (от лат. juvenilis — девственный). Такие воды, считал 
Зюсс, образовались из газообразных продуктов, в изобилии выделяющихся при вулканической активности и дифференциации магматической лавы.
Более поздние исследования показали, что чистых ювенильных 
вод, как их понимал Зюсс, в поверхностных частях Земли не существует. В природных условиях подземные воды, возникшие разными 
способами, смешиваются друг с другом, приобретая те или иные 
свойства. Определение генезиса подземных вод имеет большое значение: оно упрощает подсчет запасов, выяснение режима и их качества.
Как считают многие исследователи, в природе подземные воды 
образуются смешанным путем, что подтверждается их химическим 
и газовым составом, режимом, напорами.