К оглавлению

Новые данные о геологическом строении Шебелинского газового месторождения

И. С. РОМАНОВИЧ

В региональном геологическом плане Шебелинское газовое месторождение приурочено к зоне сочленения Днепровско-Донецкой впадины с северо-западными окраинами Донецкого складчатого сооружения.

В строении Шебелинского газового месторождения принимают участие отложения от каменноугольных до четвертичных включительно.

Нижний и средний карбон залегают на значительных глубинах и к настоящему времени скважинами еще не вскрыты. Отложения среднего карбона известны по Спиваковской площади, где они вскрыты глубокими разведочными скважинами. В разрезе среднего карбона выделяют башкирский ярус со свитами отдои московский ярус, включающий свиты. Представлены они толщей морских прибрежных песчано-глинистых образований. Подчиненное положение в разрезе занимают известняки. Общая мощность среднего карбона порядка 1200 м.

Отложения верхнего карбона известны по ряду глубоких разведочных скважин. На основании микропалеонтологических исследований Г.Д. Киреевой, М.И. Шайкина, литологического характера и геофизической характеристики здесь нами выделяются три свиты: исаевская (), авиловская () и араукаритовая ().

В разрезе исаевской свиты наблюдается переслаивание сланцевых глин, песчаников, алевролитов и известняков. Мощность ее 250 м.

Авиловская свита характеризуется закономерным чередованием серых и голубовато-серых глин, глинистых сланцев, среднезернистых кварцевых песчаников, алевролитов, редких прослоев известняка и углистых сланцев. Мощность свыше 350 м. Отложения араукаритовой свиты разделяются на две отличные по литологическому составу части. Нижняя часть (мощностью 300 м) более песчанистая. Верхняя часть представлена преимущественно глинами и алевролитами. Мощность свиты 650 м.

В основу принятого стратиграфического расчленения перми Шебелинского месторождения положена схема Н.Н. Яковлева и А.А. Малявского для Бахмутской котловины.

В разрезе перми Шебелинского месторождения выделяются нижняя и верхняя пермь. Нижняя пермь делится на два комплекса: свита медистых песчаников и ангидритово-соленосная свита.

Литологически свита медистых песчаников представлена мелко- и тонкозернистыми песчаниками, песками, алевролитами и пестроцветными глинами, связанными между собой рядом переходов. Песчаники, как правило, сильно пиритизированы. Мощность песчаных прослоев достигает 5 м. В отдельных участках разреза свиты они образуют целые песчаные пачки, представляющие собой чередование песчаников, алевролитов с тонкими пропластками глин. Пористость песчаников изменяется в пределах от 5 до 27%. Проницаемость от 0,04 до 250 миллидарси.

Алевриты зеленовато-серые, бурые с голубовато-серыми пятнами, часто глинистые. Общая пористость алевролитов изменяется в пределах 3-21%. Проницаемость, как правило, не превышает 5 миллидарси. Мощность пластов алевролитов не более 4 м.

В разрезе свиты медистых песчаников встречаются редкие маломощные прослои мергелей и известняков. Общая мощность ее 460-470 м.

В свите выделяются пять обособленных пачек мощностью 10-40 м, сложенных преимущественно песчаниками и алевролитами, получивших наименование (сверху вниз): горизонт M₁, горизонт М₂, горизонт М₃, горизонт М₄, горизонт М₅.

На первоначальной стадии изученности свиты Н.А. Дудко введено представление о данных горизонтах как о маркирующих. Однако последующими геологоразведочными работами установлено, что указанные горизонты не являются едиными стратиграфическими единицами в разных точках структуры, а представляют собой песчано-алевролитовые пачки, варьирующие в широком диапазоне в пределах общего стратиграфического комплекса - свиты медистых песчаников.

Так как на данном этапе геологической изученности Шебелинского месторождения установлено, что представление о маркирующих горизонтах не отвечает действительности, нами предложена схема стратиграфического расчленения ее на пять условных стратиграфических горизонтов без выделения промежутков между ними. Общей закономерностью для свиты в целом является переход песчано-алевритовых фаций в алеврито-глинистые от свода к крыльям складки. Однако следует отметить, что степень перехода в разные стороны от свода складки по разным горизонтам неодинакова. На основании построенных литофациальных профилей нами составлены литофациальные карты по всем горизонтам свиты медистых песчаников. Каждый из горизонтов представлен в двух фациях: песчано-алевритовой и алеврито-глинистой.

Горизонты M₁, М₂, M₃ характеризуются тем, что в центральной части складки они представлены песчано-алевритовой фацией, а на крыльях алеврито-глинистой (рис. 1).

Горизонт М₄ характеризуется меньшим распространением по площади песчано-алевритовых фаций. Характерной особенностью является смещение их в сторону северо-восточного крыла складки (рис. 2).

Горизонт M₅ отличен от всех предыдущих. Здесь полосы распространения слагающих его фаций ориентированы почти в поперечном направлении к простиранию складки. Обе периклинали складки выражены в алеврито-глинистой фации.

Литофациальный характер свиты медистых песчаников и обнаруженные в ее осадках остатки фораминифер говорят о слабо опресненных мелководных бассейнах осадконакопления. При этом существенную, а в отдельных случаях, вероятно, решающую роль играли подводные течения с довольно стабильным режимом.

Нижний ангидритовый горизонт залегает на осадках свиты медистых песчаников. Литологически горизонт представлен чередованием пластов ангидритов, доломитов, известняков, мергелей, красноцветных глин, каменной соли, песчаников и алевролитов. В определенных интервалах горизонта мощность прослоев ангидритов, доломитов и известняков увеличивается, образуя ангидрито-доломитовые пачки. Общая мощность горизонтов до 150 м.

Нижний солевой горизонт сложен крупнокристаллической каменной солью. Соль обычно чистая, прозрачная, со слабо выраженными годичными кольцами, реже загрязненная тонкими прослойками глин и ангидритов. Мощность 10-30 м.

Средний ангидритовый горизонт представлен чередованием серых ангидритов, доломитизированных известняков, доломитов с каменной солью, прослоев серых, зеленоватых, реже красноцветных глин, мергелей, алевролитов и редко мелкозернистых песчаников. Мощность горизонта 50-80 м.

Верхний солевой горизонт сложен каменной солью с подчиненными прослойками глин, известняков и ангидритов. Каменная соль крупнокристаллическая, пестроцветная, иногда розовая и коричневато-бурая, реже прозрачная. Мощность изменяется в пределах 40-70 м.

Верхний ангидритовый горизонт представлен чередованием светло-серых, серых, реже голубоватых ангидритов, серых, кирпично-красных глин, каменной соли, буровато-серых доломитов и известняков. Мощность горизонта непостоянна и закономерно увеличивается от 110-180 м на своде складки до 400 м на крыльях. Отложения верхней перми залегают на размытой поверхности ангидрито-соленосной свиты с угловым несогласием. В целом это мощная пестроцветная толща песчано-глинистых пород. Литологически она сложена переслаиванием песчаников, песков, алевролитов и глин. Мощность горизонта изменяется в пределах 260-400 м.

Отложения триаса залегают на верхнепермских породах с эрозионным и небольшим угловым несогласием. Литологически они представлены пестроцветными глинами с подчиненными им прослоями алевролитов и зеленовато-серых, иногда почти белых разнозернистых песчаников. Весь комплекс подразделяется на три толщи: нижнюю - песчаную, среднюю - песчано-карбонатную и верхнюю - глинистую. Мощность осадков триаса увеличивается от 180 м на своде до 300 м на крыльях складки.

Осадки юры залегают трансгрессивно на триасовых. Представлены они всеми тремя отделами. Нижняя юра сложена преимущественно песчаниками и алевролитами. В разрезе средней юры преобладают глины. Верхняя юра представлена всеми ярусами от келловейского до волжского включительно. Отличительной ее чертой от предыдущих отделов является значительное развитие карбонатных пород. Общая мощность юры колеблется в пределах 400-530 м, увеличиваясь в сторону крыльев складки.

Меловые отложения залегают трансгрессивно с большим угловым несогласием на осадках юры. Нижний мел имеет повсеместное развитие и представлен светло-серыми и белыми каолинистыми песками и песчаниками с прослоями серых и темно-серых углистых глин. Мощность его 20-90 м. Отложения верхнего мела в значительной степени размыты, и более менее полный их разрез встречается только на далеких крыльевых погружениях. Представлены они кварцево-глауконитовыми песками, песчаниками, глинами и толщей светло-серых мелоподобных мергелей. Мощность осадков верхнего мела изменяется от нуля на своде складки до 480 м на крыльях.

Третичные отложения залегают трансгрессивно с угловым несогласием на различных ярусах меловых. Представлены канево-бучакским, киевским, харьковским ярусами палеогена и полтавской свитой неогена. Это пески и песчаники, чередующиеся с прослоями темно-серых опоковидных глин, светлосерыми мергелями, красно-бурыми глинами. Мощность 20-180 м.

Рассматриваемый район расположен в переходной области. Эта область является областью постепенного перехода Донецкого складчатого сооружения в герцинскую платформу.

По своим тектоническим особенностям в области выделяются три зоны: Харьковская и Лозовская депрессии и зона центрального поднятия, разделяющая эти депрессии.

Харьковская депрессия является по существу северо-западным продолжением Бахмутской котловины, располагаясь между центральным поднятием переходной области и южным склоном Воронежского кристаллического массива. На южном борту депрессии выделяются два типа структур: открытые палеозойские поднятия, перекрытые обычно небольшой мощностью осадков триаса и кайнозоя (Спивасковское газовое месторождение), и погребенные поднятия, перекрытые мощными толщами осадков триаса, юры, мела, третичной и четвертичной систем (Шебелинское газовое месторождение, Краснодонецкая структура и др.).

Шебелинское газовое месторождение расположено на южном борту Харьковской депрессии и представляет собой брахиантиклинальную складку, вытянутую с северо-запада на юго-восток. Длина складки 30 км, ширина около 12 км. Северо-восточное крыло положе юго-западного. Углы падения по нижнеангидритовому горизонту на северо-восточном крыле 8-11°, на юго-западном 20-22°.

Мезозойский структурный план не полностью отражает палеозойскую структуру. Ось складки по триасу в центральной и юго-восточной части со несколько смещена к югу по сравнению с палеозойским структурным планом. Углы падения пород юры на юго-западном крыле порядка 11-13°, на северо-восточном 7-8°.

Характерной чертой тектоники Шебелинского месторождения является наличие стратиграфических и угловых несогласий, приуроченных к границам между отдельными стратиграфическими комплексами слагающих его осадков.

Шебелинское поднятие осложнено крупным тектоническим нарушением типа взброса, разбивающим складку в продольном направлении на северовосточную и юго-западную части. Направление падения взброса северовосточное, угол падения около 70°. Амплитуда взброса около 50 м. Возраст его - начало триасового времени. Кроме того, складка разбита целой серией поперечных и диагональных тектонических нарушений (типа сброса и взброса), разбивающих складку на ряд блоков. Возраст нарушений разный. Амплитуда нарушений 50- 80 м. В направлении к своду складки обычно происходит увеличение амплитуды нарушений.

Формирование Шебелинского поднятия началось в нижнепермское время (в начале отложения нижнеангидритового горизонта) и продолжалось в течение всей последующей геологической истории до третичного времени.

В настоящее время в разрезе Шебелинского газового месторождения известно девять промышленно газоносных горизонтов, связанных стратиграфически с широким диапазоном осадков от триасовых до верхнекаменноугольных включительно.

Первый газоносный горизонт приурочен к песчано-карбонатной толще триаса. Горизонт опробован только тремя скважинами. Из скв. 27 получен газовый фонтан с абсолютно свободным дебитом 1100 тыс. м³/сутки. Пластовое давление 68,5 ат. Газовая залежь приурочена к сравнительно небольшой присводовой части структуры и контактирует с подошвенной водой. Коллекторами являются песчаники в разной степени известковистые. Мощность газоносной части горизонта 4-8 м.

Второй газоносный горизонт связан со среднеангидритовым горизонтом. Горизонт опробован в восьми скважинах. Наилучшая продуктивная характеристика скв. 25. Абсолютно свободный дебит ее 770 тыс. м³/сутки. Статическое устьевое давление горизонта 165-173 ат. Пластовое давление 190-200 ат. Скважины, оказавшиеся за контуром газоносности, дали слабые притоки воды (дебит их в пределах 0,04-1,3 м³/сут) или оказались сухими.

Коллекторами здесь, являются трещиноватые ангидриты, известняки и доломиты, а также песчаники, слагающие в значительной степени промежутки между ангидрито-доломитовыми пачками. Характер изменения коллекторских свойств горизонта пока неизвестен. Мощность горизонта в целом 60-80 м. Режим залежи газовый.

Третьим газоносным горизонтом является нижнеангидритовый. Абсолютно свободные дебиты скважин из него изменяются в широких пределах от 40 до 2500 тыс. м³/сутки. Подавляющее большинство характеризуется дебитом 600-1400 тыс. м³/сутки. Статическое устьевое давление 200-205,6 ат. Пластовое давление горизонта 224- 240 ат.

Коллекторами газа являются как трещиноватые ангидриты, известняки и доломиты, так и песчаники и алевролиты, входящие в состав промежутков между ангидрито-доломитовыми пачками.

Общей закономерностью для нижнеангидритового горизонта является ухудшение коллекторских свойств, а следовательно, и продуктивности его в направлении от свода к крыльям и периклиналям складки. Однако в отдельных случаях и в пределах идентичных структурных условий продуктивная характеристика горизонта резко изменяется.

За пределами контура газоносности скважины, как правило, «сухие». Лишь в двух случаях (скв. 17, 18) были получены практически ничтожные притоки воды. Режим залежи газовый. Общая мощность горизонта в газоносной части площади 90-140 м. Газовая залежь данного горизонта находится в настоящее время в промышленной разработке.

Газоносные горизонты 4,5,6,7,8 связаны с отложениями свиты медистых песчаников. Продуктивная характеристика их изменяется широко: абсолютно свободные дебиты скважин колеблются в пределах 20-11000 тыс. м³/сутки. Статическое устьевое давление составляет 200,0-206,2 ат. Пластовое давление 237-254 ат.

Контур газоносности по всей свите значительно шире, чем по нижнеангидритовому горизонту. Режим залежи смешанный, близкий к газовому.

Коллекторами газа являются песчаники и алевролиты. Они связаны между собой рядом постепенных переходов.

Девятый газоносный горизонт приурочен к горизонту A₁ араукаритовой свиты верхнего карбона. К настоящему времени горизонт опробован скв. 33. Получен промышленный приток газа с абсолютно свободным дебитом 1611 тыс. м³/сутки. Статическое устьевое давление 204,2 ат. Пластовое давление 248 ат. Коллекторами являются песчаники. Общая мощность горизонта 80 м.

Газ всех газоносных горизонтов Шебелинского месторождения метановый. Содержание метана в объемных единицах составляет 92-95%. Содержание тяжелых углеводородов 2,5-4,3%.

Детальный анализ имеющегося геологического материала позволяет сделать следующие основные выводы.

Газоносные горизонты свиты медистых песчаников и араукаритовой свиты верхнего карбона образуют крупную массивную единую газовую залежь с общим контактом газ - вода в подошве.

Несмотря на то, что с точки зрения условий формирования и условий залегания газовая залежь нижнеангидритового горизонта является единым целым с залежью свиты медистых песчаников и араукаритовой свиты верхнего карбона, ряд особенностей (отличный контур газоносности, совершенно другой тип коллектора) позволяет рассматривать ее с точки зрения выделения эксплуатационных объектов как самостоятельную.

Контур газоносности залежи нижнего ангидритового горизонта не выдержан и всецело контролируется коллекторскими свойствами последнего.

Свита медистых песчаников и араукаритовая свита верхнего карбона характеризуются резкой литофациальной изменчивостью как по разрезу, так и по площади.

Режим газовой залежи свиты медистых песчаников и араукаритовой свиты является смешанным, близким к газовому. Однако из приведенной их литофациальной характеристики следует, что смешанный характер режима имеют только приконтурные части залежи и непосредственно примыкающие к плоскости контакта газ - вода. Контакт газ - вода характеризуется абсолютной отметкой -2260 м.

Практически перетоков газа между выделенными газоносными горизонтами не существует.

Разработку газовой залежи свиты медистых песчаников и араукаритовой свиты верхнего карбона целесообразно и рационально вести единой сеткой скважин. Отсутствие в разрезе данных свит водоносных пластов позволяет вскрывать их через единый сплошной фильтр, несмотря на большую их мощность (700-900 м).

Формирование основной газовой залежи произошло в процессе миграции газа с больших глубин. Газовые залежи среднеангидритового горизонта и триаса следует рассматривать как результат «перераспределения» основной газовой залежи по плоскостям тектонических нарушений в последующие геологические эпохи.

В свете приведенных данных исключительный интерес представляет глубокая разведка с целью поисков нефтяных и газовых залежей в отложениях среднего и нижнего карбона и девона на данной площади.

Шебелинская контора бурения

Рис. 1. Литофациальная карта горизонта М₃ свиты медистых песчаников.

1 - скважины; 2 - изогипсы кровли горизонта М₃ (M₄); 3- сброс; 4- взброс; 5 - границы фаций; 6 - песчано-алевритовые фации; 7 - алеврито-глинистые фации.

Рис. 2. Литофациальиая карта горизонта М₄ свиты медистых песчаников.