Принципы районирования перспективных территорий, представляющих интерес для утилизации растворенных газов пластовых вод

В.Н. Корценштейн

В сб. «Ресурсы нетрадиционного газового сырья и проблемы его освоения». Ленинград. 1990. с. 116-123

Начиная с середины 50-х годов в СССР в процессе разведочных работ на нефть, газ и минеральные воды провод изучение состава, содержаний, упругостей, газов, растворенных в пластовых водах. Основой такого изучения явился метод отбор проб глубинных пластовых жидкостей. После унификации технических, аналитических и методических приемов, осуществленной во ВНИИгазе реализован этап массового охвата отбором глубинных проб ряда крупных нефтегазоносных регионов. Интерпретация полученных результатов по единой методике позволила проверять и совершенствовать метод на основе данных исследования разных регионов, в том числе и зарубежных «США, ГДР, Япония). В результате был накоплен фактический материал, не имевший аналогов в мировой гидрогеологической практике, обобщением которого явилась "Карта растворенных газов подземных вод нефтегазоносных провинций CCCP"[l]

Вместе с тем, с годами все более крепло представление о парагенезисе растворенных газов и промышленных газовых скоплений. Мало того - многочисленные факты свидетельствовали, что ресурсы растворенных газов намного превышают ресурсы их промышленных скоплений. В дальнейшем неоспоримый итог научных изысканий в области нефтегазовой гидрогеологии приобрел характер общей закономерности, согласно которой промышленные залежи газа, а возможно и нефти являются следствием глобального процесса газонасыщения подземной гидросферы.

Парагенезис растворенных газов пластовых вод и промышленных залежей углеводородов является краеугольным камнем дальнейшего научного анализа принципов районирования [2].

Ресурсы растворенных газов осадочного покрова гидросферы до глубин, в среднем, не превышающих 10 км, оцениваются десятками квадриллионов, а точнее - 34·1015 м3. Дело, однако, выглядит значительно сложнее, если оценить практическую возможность освоения даже ничтожной доли этих астрономических, но, несомненно, реальных ресурсов.

Теоретические основы принципов районирования перспективных территорий, заметно обогащенных растворенными газами, имеют прямую связь с общими гидрогеохимическими закономерностями формирования зон газонасыщения подземных вод. При этом следует анализировать проблему не только в территориальном аспекте, но и во временной ее протяженности.

В указанном плане можно сформулировать наиболее важные общие принципы.

  1. Извлечение растворенных газов пластовых вод и сопутствующих им флюидов в практическом аспекте целесообразно лишь в зонах развития обширных коллекторских толщ, отличающихся высокими пластовыми давлениями, обеспечивающими длительное фонтанирование высокодебитных скважин. Таким условиям чаще всего удовлетворяют зоны АВПД.
  2. Касаясь физико-химических особенностей флюидов, удовлетворяющих первому требованию - фонтанной их эксплуатации - следует обратить главное внимание на величины газовых факторов. Водоносные горизонты слабо газонасыщенные следует исключить из числа анализируемых объектов, как своего рода "забалансовые".
  3. Состав растворенных газов, приуроченных к высоконапорным пластовым водам, отличающимся высокими газовыми факторами, подлежит тщательному изучению, поскольку наряду с углеводородными газами значительный интерес могут представлять и другие газы, в первую очередь, гелий.
  4. Следует обратить особое внимание на то очевидное теперь положение, что любой метод практического использования растворенных газов неизбежно связан с вовлечением в технологию их добычи огромных масс пластовых вод. Возникает острая проблема их обратной закачки, поскольку бесконтрольный сброс их запрещен законодательными актами охраны среды обитания.
  5. Таким образом, наш поиск не может быть слишком общим. По существу это пройденный этап. Районирование перспективных территорий должно быть целенаправленным. При всех условиях представляется, что обязательной его основой является достаточно детальная карта АВПД.

Выше анализировались положения о парагенезисе зон промышленной газонефтеносности с областями активного газонасыщения подземных вод. Вместе с тем природный механизм этого явления не получил достаточного обоснования. Основные причинно-следственные связи довольно сложной природной системы могут быть сформулированы следующим образом.

Тщательный анализ большого фактического материала гидрогеологических исследований выявил общую закономерность, носящую скорее всего, глобальный характер. Она заключается в том, что подземная гидросфера Земли в силу высокой растворимости в ней углеводородных и других газовых компонентов в геологическом времени пребывает в состоянии перманентного, местами прогрессирующего газонасыщения преимущественно углеводородами, следствием которого неизбежно является образование зон предельного газонасыщения. Изучение таких зон, достоверно установленных в настоящее время в пределах молодых платформ, а также существовавших на древних этапах развития ряда регионов, рассмотренных ниже, позволяет раскрыть характер геохимических связей между залежами углеводородов и газонасыщенными подземными водами.

Рассмотрим подробнее конкретные материалы исследований с целью раскрытия, общих гидрогеохимических закономерностей, контролирующих размещение крупнейших газоносных провинций и приуроченных к ним обширных бассейнов интенсивно газонасыщенных подземных вод.

Прежде всего, отметим, что общая гидрогеохимическая модель строения наиболее крупных газоносных провинций может быть представлена в виде трех элементов, образующих сложную, но устойчивую во времени систему: 1) регионально распространенный водоносный комплекс, включающий продуктивные газоносные горизонты; 2) зона предельного газонасыщения пластовых вод преимущественно метаном; 3) основное значительное газовое или газоконденсатное месторождение и сопредельные с ними сравнительно небольшие месторождения «спутники».

Приведенная схематическая модель достаточно близко соответствует природным условиям следующих конкретных газоносных провинций и газоносных районов [4]

Северо-Тюменская газоносная провинция. Обско-Тазовская синеклиза. Главный продуктивный комплекс - сеноманский, воды которого содержат свыше 700 трлн.м3 растворенных преимущественно углеводородных газов. Предельное газонасыщение достоверно установлено в зоне размещения месторождений Медвежьего, Уренгойского и предположительно - Ямбургского и Заполярного.

Мургабская газоносная область (Мургабская впадина) Здесь важнейшим промышленно-газоносным комплексом является карабильский (шатлыкский горизонт), воды которого содержат порядка 100-трлн.м3 растворенного метана. Предельным газонасыщением или весьма близким к нему характеризуются воды, изученные вблизи большинства газовых месторождений, в том числе таких в как Шатлыкского и Даулетабадского.

Ставропольская газоносная область (Ставропольский свод Центрального Предкавказья). В этой провинции впервые установлено повсеместное предельное газонасыщение хадумского горизонта, к которому приурочено Северо-Ставропольско-Пелагиадинское месторождение, находящееся теперь на завершающей стадии разработки и целая плеяда "спутников" - незначительных промышленных месторождений. Ресурсы растворенных газов водонапорной системы Ставропольской газоносной провинции и смежных с ней регионов Восточного и Западного Предкавказья оцениваются в 100 трлн.м3.

Региональная промышленная газоносность ряда важных регионов связана также с нижнепермско-каменноугольными отложениями, экранированными хемогенными покрышками. Общей особенностью пластовых вод этих отложений является их высокая газонасыщенность (вплоть до предельной или близкой к ней) преимущественно углеводородными газами.

Верхнепечорский газоносный район относится к сравнительно древним, отличающимся значительным газонасыщением вод, но все же не предельным на современном этапе геологического развития. Здесь давление насыщения, хотя и не достигает величин пластового давления, но сопоставимо с ним. Это установлено в процессе изучения Вуктыльского газоконденсатного месторождения. Надо полагать, что этапу активного формирования этого месторождения по механизму разгазирования пластовых вод предшествовала фаза предельного газонасыщения. Как и в других газоносных провинциях, к центральному месторождению в известной мере тяготеют сутники. Среди них наиболее изучены Рассохинское, Курьинское и Пачгинское месторождения. Значительные ресурсы растворенных газов пермско-каменноугольного водоносного комплекса Верхнепечорской впадины, составляющие около 25 трлн. м3 (в условиях широкого распространения крепких рассолов и не очень высоких температур) убеждают в высоком газовом потенциале этой провинции по механизму разгазирования рассолов.

Соль-Илецкий газоносный район приурочен к Соль-Илецкому выступу - обособленному тектоническому элементу северного обрамления Прикаспийской впадины. Здесь широко развиты предельно газонасыщенные крепкие хлоркальциевые рассолы, приуроченные к нижнепермско-каменноугольному водоносному комплексу, содержащему десятки триллионов куб. метров газа довольно сложного состава. Наряду с углеводородными газами воды содержат значительные ресурсы сероводорода, углекислоты, тяжелых углеводородов. Газовые факторы воды составляют порядка 3-4 м33. В Оренбургском газоносном районе наиболее изучено основное месторождение. Менее изучен вопрос о потенциальной группе сравнительно незначительных месторождений, несомненно тяготеющих к этому главному месторождению.

Восточно-Украинская газоносная провинщи содержит ряд газовых месторождений, среди которых наиболее известны Шебелинокое и Крестищенское, приуроченное к нижнепермско-каменноугольным отложениям. Для этой провинции характерна целая плеяда незначительных по запасам газовых месторождений. Продуктивный газоносный комплекс генетически связан с заметно газонасыщенными хлоркальциевыми рассолами. Однако древнее региональное; поле газонасыщенности подверглось трансформации. Общее газонасыщение довольно быстро снижается по мере удаления от контура газоносности наиболее изученных газовых месторождений. С глубиной намечается нарастание газонасыщения, что может быть объяснено лучшей сохранностью здесь первичного геохимического фона. Указанные особенности регионального газонасыщения могут быть объяснены палеогидрогеологическими условиями и древностью бассейна..

Таким образом, каждое значительное по размерам газовое или газоконденсатное месторождение генетически тесно связано с крупной водонапорной системой, непосредственно участвующей в его формировании.

Надо полагать, что в процессе формирования каждого значительного газового месторождения мобилизуется гигантская рассеянная энергия созидания огромных по размерам водонапорных систем в течение многих миллионов лет как бы готовящих это месторождение. В этом, по всей вероятности, кроется внутренний механизм связи водонапорной системы и газовых месторождений, питающихся растворенными углеводородами системы.

Анализ современных представлений об АВДД в связи с динамикой газонасыщения подземной гидросферы позволяет считать, что в областях развития сверхдавлений широко развиты процессы консервации флюидов. Эти области служат своего рода огромными ловушками, эпизодически возникающими в осадочном и смежном с ним покровах вплоть до глубин надкритических температур и свойственных им давлений. Важнейшая особенность подобных ловушек, с зонами АВПД, заключается в их изоляции от части подземной гидросферы с нормальным гидростатическим давлением. Вместе с тем зоны АВПД всегда проницаемы для флюидов, находящихся под более высоким давлением, чем развитое в данной зоне.

Таким образом, в региональном аспекте каждая зона АВПД может быть замещена новой, отличающейся более высоким потенциалом. В этом состоит специфика динамики газонасыщения подземной гидросферы, открытой, для мощных инъекций флюидов, но полностью закрытой для сравнительно слабых флюидопроявлений. В более общем плане обширные зоны АВПД способствуют процессу аккумуляции глубинных флюидов, затрудняющему дегазацию планеты.

Остановимся подробнее на этой проблеме с позиций данных, полученных на конец 1970-х годов. Значительный интерес представляет работа Р.М.Новосилецкого [5], в которой анализируются результаты бурения глубоких скважин, вскрывших зоны АВПД на Украине. Заметим, что эти данные перекликаются с ранее полученными сведениями по Мексиканскому заливу. Данные Р.М.Новосилецкого подтверждают наше положение о том, что зоны АВПД, безусловно, затрудняют дегазацию подземной гидросферы и в силу своей изолированности от смежных зон с нормальным давлением блокируют, а вернее перехватывают газы, способные выделяться из подземных вод после достижения последними предельного газонасыщения. Приведенные указанным автором величины газовых факторов, резко превышающие соответствующие коэффициенты растворимости газов в воде при данных необычных или жестких термодинамических условиях, могут расцениваться в качестве неоспоримых доказательств вторжения из недр (наряду с предельно газонасыщенными водами) различных по величине скоплений свободного газа. Следует подчеркнуть, что появление свободного газа является прямой функцией или следствием предельного газонасыщения, и перенасыщения глубинных вод. С этих позиций как будто получает подтверждение гипотеза глубинного происхождения области АВВД как зоны развития предельно газонасыщенных растворов. Лишь дальнейшая генерация газов приводит к появлению избытка и неизбежной миграции в зоны дробления (если такие существуют). Таким образом, модель возникновения АВПД может быть представлена следующей цепью причинно-следственных факторов:

изоляция элемента литосферы> генерация флюидов >предельное их насыщение>разделение фаз>достижение максимальных величин геостатического давления>разрыв систем.

Как можно видеть, все факторы этой цепи важны, но основополагающим во времени все же является фактор изоляции системы.

Изучение проблемы АВПД на основе бурения и исследования глубоких и сверхглубоких скважин отличается исключительной сложностью. Мы находимся у истоков освоения "целины" газовых ресурсов зон АВПД. Из приведенного анализа особенностей влияния сверхдавлений на газонасыщение подземной гидросферы следует исключительно важный вывод о том, что к зонам АВПД приурочены различные по величине скопления свободного газа. Именно последние обусловливают невероятно высокую газонасыщенность глубоких подземных вод (почти на порядок превышающую предельные величины).

Достоверное выявление свободных газовых скоплений в зонах АВПД по-новому освещает проблему поисков углеводородных газов, генетически непосредственно связанных с подземными водами. К зонам АВПД приурочены сложнейшие по своей природе ловушки природного газа, ждущие своего изучения и освоения. Эти ловушки, в различной степени заполненные свободным газом, содержат избыточные его ресурсы, не "уместившиеся" в флюидальной системе АВД.

Необходимо учесть, что поиски залежей свободных углеводородов, приуроченных к зонам АВПД, предполагают существенное совершенствование применяемых в настоящее время методов. Дело в том, что анализируемые залежи по своей природе, скорее всего, относятся к неструктурному типу и методика их поисков еще плохо разработана, к тому же, как правило, зоны АВПД отличаются значительными трудностями вскрытия, бурения и опробования [6].

Литература

  1. Карта растворенных газов подземных вод нефтегазоносных провинций СССР, м-б 1:5000000/Гл.ред. Корценштейн В.Н. М. 1984.
  2. Корценштейн В.Н. Растворенные газы подземной гидросферы Земли. М. Недра, 1984. 230 с.
  3. Корценштейн В.Н. Методика гидрогеологических исследований нефтегазоносных районов, м.: Недра, 1976. 309 с.
  4. Корценштейн В.Н. Общие гидрогеологические закономерности, контролирующие размещение крупнейших газоносных провинций Советского Союза ДАН СССР, т.250, № 5, 1980. С.1220-
  5. Новосилецкий P.M. Водорастворенные углеводородные газы зон АВПД - новый источник энергии/Геология нефти 1982. № 8. С.53.
  6. Распределение зон аномально высоких пластовых давлений в базовых районах добычи газа. Объяснительная записка к карте размещения зон АВПД в основных газодобывающих областях СССР-. М-б 1:5000000/Авторы И.П.Жабрев, П.П.Иванчук, В.Л. Виноградов и др. М., 1983.

Авторы: 

Тематические разделы: