Hydrodynamic flow and formation pressures in the Anambra basin, southern Nigeria

Abstract

Pressure measurements and records of drill-stem tests (DST) from deep petroleum exploration wells in the Anambra basin have been analysed together with fluid potential data obtained from over 500 water wells drilled in the basin. The analyses indicate the existence of three distinct hydraulic systems in the basin, viz.: an upper system with hydrostatic formation pressures; a middle system in which pressures are just moderately higher than hydrostatic; and a relatively deep system of abnormally high formation pressures. The three hydraulic systems correspond approximately to three hydrostratigraphic units that are clearly discernible from the lithologie logs of boreholes and oil wells drilled in the basin. The main fluid in the uppermost hydraulic system is circulating meteoric water, and the fluid potential distribution is largely governed by the local topography at the surface. Within the middle hydrostratigraphic unit, hydraulic heads and fluid energies are highest at me basin edge to the east where the major aquifer of the unit is exposed, and much lower in the basin centre to the southwest where the aquifer is confined. The magnitude and distribution of fluid potentials in the two top hydraulic systems suggest that the general hydrodynamics of the basin are, to a large extent, responsible for the generation of the fluid pressures. In the third and deepest hydraulic system, however, the situation is different. The hydraulic heads and formation pressures are very high indeed, and cannot be explained purely in terms of circulating meteoric waters. Some other fluid energy sources must also be active in this part of the basin. The fluid potentials and pressures fluctuate very rapidly both laterally and vertically, suggesting the existence of distinct flow units within the entire system. Each flow unit appears to be hydraulically closed, sealed both vertically and horizontally, and characterized by a unique fluid energy distribution. The existence of both vertical and horizontal potential gradients at depth, especially at the basin centre, indicates that the fluids are not static, but mobile, and that the complex movement of fluids could be through deep-seated drains. Such fluid movements obviously affect the temperatures of the sedimentary layers and could also be significant in the migration and accumulation of hydrocarbons in the basin.

Résumé

Les mesures de pression et les enregistrements des tests de forage provenant de puits d'exploration pétrolière profonds du bassin d'Anambra ont été analysés conjointement avec les données recueillies sur plus de 500 puits hydrauliques forés dans le bassin. Ces analyses montrent l'existence de trois systèmes hydrauliques: un système supérieur où les pressions sont hydrostatiques, un système moyen où les pressions sont légèrement supérieures á des pressions hydrostatiques et un système relativement profond où les pressions sont anormalement élevées. Ces trois systèmes hydrauliques correspondent sensiblement aux trois unités hydrostratigraphiques que l'on peut clairement discerner sur la lithologie des logs des sondages et des puits forés dans le bassin. Le principal fluide circulant dans le système supérieur est de l'eau météorique et la distribution des charges est essentiellement gouvernée par la topographie locale. A l'intérieur de l'unité hydrostratigraphique moyenne, les charges hydrauliques et l'énergie des fluides sont plus élevés á l'extrémité orientale du bassin, lá où l'aquifère le plus important est á découvert, qu'au centre et au sud-ouest du bassin où il est confiné. L'amplitude et la répartition des charges hydauliques dans les deux systèmes supérieurs suggèrent que c'est bien l'hydrodynamique propre du bassin qui est dans une large mesure á l'origine de la pression des fluides. La situation est différente dans le troisième système situé á plus grande profondeur. Les charges hydrauliques et la pression des formations sont particulièrement élevées et ne peuvent s'expliquer seulement en termes de circulation d'eaux météoriques. D'autre sources d'énergie doivent vraisemblablement être actives dans cette partie du bassin. Les charges et les pressions varient très rapidement, aussi bien verticalement qu'horizontalement, suggérant la présence de flux distincts au sein du système. L'existence de gradients horizontaux et verticaux en profondeur, surtout au centre du bassin, indique que les fluides sont en mouvement et que ces mouvements complexes peuvent se faire á travers des drains profonds. De tels mouvements de fluides affectent évidemment la température des couches sédimentaires et peuvent jouer un rôle dans la migration et l'accumulation des hydrocarbures dans le bassin.