Новые данные о прямых геохимических методах разведки нефтяных и газовых месторождений
Статья публикуется в порядке обсуждения, в целях привлечения внимания к разработке и внедрению прямых геохимических методов поисков нефтяных и газовых месторождений.
Б.П. Ясенев
Изучение газонасыщенности горных пород, отобранных из структурных профильных скважин, а также из скважин, бурившихся с целью их исследования, позволило собрать дополнительный материал для обоснования эффективности применения прямых геохимических методов разведки нефтяных и газовых месторождений.
Наиболее важное значение в теории геохимических методов, применяемых при изучении газов, имеет вопрос о масштабах вертикальной и горизонтальной миграции углеводородов из залежей нефти и газа. Он достаточно широко освещен в ряде работ. Исследования диффузионной проницаемости горных пород и дальности молекулярной миграции углеводородных газов проведены П.Л. Антоновым. Однако эти вопросы и в настоящее время окончательно не решены.
На основании полученного в процессе исследований большого фактического материала изучения газонасыщенности осадочных пород, залегающих в различных геологических условиях (над известными промышленными залежами нефти и газа, над скоплениями газа, не имеющими промышленного значения, и на площадях пустых, находящихся вне контуров нефтегазоносности), можно сделать следующие выводы.
При изучении миграции углеводородов прежде всего возникает необходимость выяснить сингенетичность или эпигенетичность обнаруженных углеводородов по отношению к вмещающим породам и затем преимущественное направление миграции (вертикальная или боковая).
Об отличии газа, связанного с породой, из которой он отобран, от газа миграционного, т.е. об отличии эпигенетичного газа от сингепетичного можно сказать следующее. Сингенетичный газ образуется в момент осадконакопления и первичного формирования породы, концентрации этого газа обычно невелики и он прочно связан с породой. Эпигенетичный газ может иметь двоякое происхождение. Часть газа образуется в процессе вторичного преобразования породы и содержащегося в ней органического вещества. Это преобразование происходит под влиянием бактерий или термальных процессов при глубоком прогибании отдельных участков земной коры. Во многих районах вторичные эпигенетичные газы не образуются или концентрации их ниже чувствительности измерений. Другая часть эпигенетичных газов генетически не связана с породой. Эти газы являются миграционными. Некоторые исследователи считают, что газ, извлекаемый из пород, не является миграционным, а генерируется в той же породе и связан с заключенным в ней органическим веществом. Для выяснения этого вопроса нами, наряду с изучением газонасыщенности пород, определялось и органическое вещество, заключенное в этих породах. Полученные данные показывают, что встречаются различные сочетания этих величин, т.е. связи между наличием органического вещества в породе и газонасыщенностью, как правило, не существует. Исключение составляют лишь нефтематеринские свиты, где высокому содержанию органики обычно сопутствует и высокая газонасыщенность пород. Отсутствие закономерной связи между количеством органического вещества в породе и ее газонасыщенностью свидетельствуют о том, что газ, который мы исследуем, является в основном эпигенетичным (миграционным). Не отрицая процесса генерации или наличия почти в любой породе сингенетичного газа, мы в то же время должны признать и весьма слабое влияние этого газа на общую газонасыщенность пород, покрывающих залежи нефти и газа. На это указывает не только подмеченное отсутствие связи между количеством органического вещества в породе и ее газонасыщенностью, но еще и следующие соображения. Очевидно, генерация газа породой - процесс медленный; извлечение этого газа происходит также чрезвычайно медленно, особенно при самопроизвольной дегазации. Между тем методика дегазации керна при исследованиях газонасыщенности пород с поисковыми целями такова, что газ извлекается за несколько минут, причем возможность разложения органического вещества исключена. Дегазация происходит без нагрева при помощи создания вакуума, т.е. по существу исследуется газ, выделяющийся из породы самопроизвольно. Это второе обстоятельство, позволяющее утверждать, что нами изучается газ эпигенетичный (миграционный). Наконец, если генерация газа происходит в каком-то пласте, то концентрация газа должна быть одинакова или примерно одинакова по всей площади пласта. Во всяком случае, она не зависит от наличия залежи в подстилающих породах, а связана с изменением геохимической обстановки, что, как известно, не происходит на таких небольших расстояниях, как расстояние между сводом структуры и ее крыльевой частью. Однако наблюдаемое распределение углеводородных компонентов показывает, что концентрации газа в отложениях, покрывающих залежи, меняются довольно резко на сравнительно малых расстояниях и зависят главным образом от того, находится ли порода над залежью или за ее пределами. Следовательно, наши данные показывают, что концентрации углеводородных газов связаны не с геохимической обстановкой, а со структурным положением точки, из которой отобрана проба и с наличием или отсутствием залежей нефти и газа на глубине.
Все изложенное выше свидетельствует о том, что при использовании описанной методики работ для поисков залежей нефти и газа нами изучается в основном эпигенетичный, миграционный газ, обязанный своим происхождением не породе, из которой он извлечен, а источнику нефти или газа на глубине.
Однако умение отличить эпигенетичный газ и доказать его наличие в исследуемой породе не дает возможности говорить о путях миграции (боковой или вертикальной) и, следовательно, не позволяет направлять поиски источника углеводородов.
Задача по выяснению направления миграции может быть решена путем наблюдений за распределением углеводородных компонентов в природных условиях. Существуют определенные закономерности в распределении углеводородов в породах, залегающих в различных геологических условиях по отношению к залежам нефти и газа.
На основании полученных данных можно считать установленным наличие повышенных, аномальных содержаний газа в породах, покрывающих залежи нефти и газа. Это высокое содержание газа чаще всего наблюдается в сводовых частях структур с нефтью и газом. В крыльевых частях структур, вне контуров газонефтеносности, содержание газа по разрезу пород резко снижается. Примеров высокой газонасыщенности разреза отложений, покрывающих залежи нефти и газа, много. В частности, по Туркмении это наблюдалось в ряде скважин на Серном Заводе и Дарвазе, давших газовые фонтаны; в структурных скважинах на нефтяном месторождении Камышылджа; в скв. 1 Карачопа, давшей фонтан газа, и наконец в скв. 41, пробуренной на Кумдагском нефтяном месторождении и показавшей высокую газонасыщенность пород, начиная с поверхностных слоев земли до вскрытия нефтяного пласта. Другими словами, как показывают материалы, полученные в Туркмении, а также в других областях СССР, высокому содержанию газа в породах покровных отложений, как правило, отвечает залежь нефти либо газа, имеющаяся на глубине.
На Кум-Даге наблюдается резкое отличие газонасыщенности разреза, вскрытого скв. 41, заложенной внутри контура нефтеносности, от газонасыщенности разреза законтурной скв. 42, заложенной в 1200 м от первой. Различие в газонасыщенности кернов отмечено главным образом по количеству тяжелых углеводородов (рис. 1).
Газонасыщенность пород метаном, так же как и тяжелыми углеводородами, резко отлична в законтурной скважине от внутриконтурной.
Следует отметить, что десорбированный из кернов газ скв. 41 был проанализирован на обычной аппаратуре и на аппаратуре с очень высокой чувствительностью. На рис. 1 видно, что в первом случае тяжелые углеводороды появляются только за 200 м до вскрытия нефтяного пласта. Во втором случае тяжелые углеводороды появляются с самых верхних слоев разреза.
Указанное обстоятельство свидетельствует о том, что отсутствие содержания газа над залежами нефти и газа в поверхностных слоях часто связано не с действительным отсутствием углеводородов, а вызвано применением недостаточно чувствительной газоаналитической аппаратуры.
Почти весь газ, извлеченный из пород, залегающих над нефтеносным пластом, как внутри контура его нефтеносности, так и вне контура, относится к газу свободному, способному мигрировать. Кроме того, если учесть, что значительные концентрации этого газа мы начинаем обнаруживать уже в верхних частях разреза, представленных к тому же древнекаспийскими отложениями, то можно связывать присутствие углеводородных газов в этих породах исключительно с миграцией их из залежи. Возникает второй вопрос, а именно: откуда же шла миграция. Миграцией снизу можно объяснить постепенное нарастание концентрации углеводородов с глубиной, ярко выраженное по тяжелым углеводородам в разрезе внутри контурной скв. 41. Кроме того, в законтурной скв. 42 не обнаружено тяжелых углеводородов, которые, если допустить здесь наличие боковой миграции, должны были бы присутствовать в породах этой скважины хотя бы в виде следов.
Имеется и еще одно, с нашей точки зрения, убедительное доказательство проявления вертикальной миграции. Например, в разрезе пород скв. 41 до глубины 564 м тяжелые углеводороды представлены одним этаном, и только ниже этой отметки появляются более тяжелые углеводороды - пропан, бутан, пентан (рис. 2).
Здесь мы имеем дело с известным явлением, когда осадочная толща пород представляется своего рода природной хроматографической колонкой. Один конец этой колонки на выходе представлен поверхностью земли, а другой связан с источником питания, т.е. залежью нефти.
Породы же, вскрытые скважиной и представленные в данном разрезе главным образом глинами, являются своего рода хроматографическим сорбентом. Вполне естественно, что в такой колонке, в противоположном конце от источника питания, на выходе мы будем иметь самые легкие углеводороды.
По мере приближения к источнику питания мы будем встречать углеводороды, обладающие большим молекулярным весом. Поэтому приведенный факт может служить доказательством миграции снизу, где источником питания является нефтяной пласт, в данном случае горизонт Е.
Итак, материалы по изучению газонасыщенности горных пород, полученные на Кум-Дагском нефтяном месторождении, свидетельствуют о том, что при наличии промышленной нефтяной залежи вертикальная миграция легких и тяжелых углеводородов нами прослежена. Признаки этой миграции в виде углеводородных газов могут быть обнаружены современной аппаратурой за несколько десятков и сотен метров от залежи. Следовательно, и наличие самой залежи на глубине может быть предсказано задолго до ее вскрытия.
Выше нами указывалось, что наличие нефтяной либо газовой залежи, как правило, отражается в показаниях газонасыщенности горных пород, покрывающих эти залежи. Этот вывод проверен в Туркмении на скважинах Зеагли-Дарвазинского поднятия, где особенно показательно насыщение углеводородами верхних слоев разреза скв. 125, давшей газовый фонтан. Такая же повышенная газонасыщенность разреза получена и на нефтяном месторождении Камышылджа.
Приведенные данные о закономерном газонасыщении пород установлены по разрезам скважин, пробуренных в резко отличных геологических условиях, находящихся в межгорной впадине (Кум-Даг, Камышылджа) и в платформенной части Туркменской ССР (Центральный Каракумский свод). Это обстоятельство позволяет выявленные закономерности по указанным районам распространить и на другие области Туркменской ССР.
Полученный вывод относится к промышленно-нефтяным или газовым месторождениям.
Более сложно интерпретировать результаты изучения газонасыщенности горных пород, залегающих на структурах, содержащих непромышленные скопления нефти и газа или на пустых структурах.
Для рассмотрения этого вопроса нами проводилось изучение газонасыщенности пород вскрытых как на Кумдагском нефтяном месторождении, так и на Худайдагской площади с признаками газонефтеносности, а также за пределами этой структуры.
Худайдагскую структуру можно отнести к структуре с непромышленной залежью. Основные результаты газометрии в районе Худай-Дага заключаются в том, что газонасыщенность пород этой площади отличается от газонасыщенности разреза промышленно-нефтеносной структуры Кум-Даг по количеству содержащихся в породах этих разрезов углеводородных компонентов.
Тяжелые углеводороды, содержащиеся в разрезе пород Кум-Дага, были обнаружены в количестве нескольких кубических сантиметров на килограмм породы и перед вскрытием промышленного пласта их содержание достигло 17 см3/кг породы. Хотя распределение углеводородов в отдельных интервалах по разрезу было неравномерным за счет изменения газоемкости различных пород, однако их количество по мере приближения к залежи резко возрастало. В Худайдагских разрезах количество тяжелых углеводородов в большинстве случаев равно сотым и в редких случаях десятым долям см3/кг породы, т.е. примерно на два порядка ниже, чем на площади с промышленной нефтеносностью. Кроме того, в разрезах Худай-Дага закономерность в распределении тяжелых углеводородов по разрезу невозможно установить, тогда как в разрезе Кумдагской внутриконтурной скважины четко прослеживается нарастание с глубиной. Таким образом, при решении вопроса о наличии промышленной или непромышленной залежи необходимо принимать во внимание количество тяжелых углеводородов, содержащихся в разрезе, и наличие закономерного роста содержания газа в породе по мере приближения к залежи. Конечно, здесь имеются слабые места. Сразу же возникает вопрос, а какие количества углеводородов в разрезе отвечают промышленной залежи. И как быть в случаях, когда разрез будет охарактеризован сравнительно высоким содержанием газа, но закономерного нарастания с глубиной обнаружить не удается. На первый вопрос может ответить только опыт, ибо совершенно очевидно, что газонасыщенность разреза в различных геологических условиях зависит от многих факторов и поэтому не может быть повсюду одинаковой. Для каждой геологической провинции, видимо, надо находить свои критерии.
Относительно второго вопроса, когда не наблюдается нарастания газонасыщенности керна с глубиной, то в этих случаях, видимо, пока что остается руководствоваться данными по общему количественному содержанию углеводородов в породе. Дальнейшие пути в разработке этого вопроса намечены уже прежними работами. Необходимо иметь газоаналитическую аппаратуру, позволяющую определять все содержащиеся газы в породе и в частности азот и кислотные газы. Определение полной газонасыщенности пород позволит точнее и увереннее оценивать площади с незначительными залежами или не имеющими промышленного значения.
Все приведенные соображения по площадям, содержащим залежи непромышленного значения, в равной мере справедливы и для пустых структур. Впрочем, исходя из имеющегося опыта по другим районам, отличие совершенно пустой структуры нам представляется задачей более простой, чем структуры с непромышленной залежью. В настоящее время для оценки площадей, лишенных залежей нефти и газа, имеется уже материал, хотя, может быть, пока и недостаточный. Однако нельзя пройти мимо факта получения отрицательных данных бурения на ряде площадей, где газометрия дала отрицательные результаты.
Проведенные экспериментальные работы по газометрии дали материал и для суждения о расстояниях, на которые прослеживается миграция углеводородов как вертикальная, так и боковая.
В результате изучения газонасыщенности разрезов Кумдагской и Худайдагской структур наметилась закономерность в распределении отдельных компонентов углеводородных газов, которая может быть связана уже с боковой миграцией углеводородов.
Если считать распределение отдельных компонентов по их молекулярным весам в разрезе за достоверный признак миграции, где источником питания является залежь нефти, то мы должны будем допустить, что и боковая миграция углеводородов, нами прослеживаемая, также связана с залежью нефти, в данном случае с Кумдагской, поскольку на пути исследованных нами разрезов других залежей нефти не обнаружено. Причем эта боковая миграция, если ее связывать с Кумдагской залежыо, прослеживается на расстоянии свыше 10 км. Вопрос этот по существу относится к так называемому «ореолу рассеяния» углеводородов, существующему в каждой нефтяной и газовой залежи.
К сожалению, мы еще имеем очень мало данных по вопросу о расстоянии, на которое это рассеяние углеводородов может распространяться.
Экспериментальные данные, полученные лабораторным путем, и расчеты, произведенные П.Л. Антоновым, показывают на то, что дальность молекулярной миграции за геологическое время может достичь многих сотен метров.
Наши исследования, полученные в природных условиях, указанные расчетные данные полностью подтверждают.
Можно считать установленным, что по вертикали от нефтяного или газового пласта следы миграции углеводородов или ореола рассеяния свободно улавливаются по крайней мере на расстоянии 1 км и больше. Последнее установлено только по данным исследования скважин.
В проведенных же опытно-производственных газометрических работах миграцию по вертикали от залежи удавалось наблюдать я па значительно больших расстояниях.
Распространение же углеводородов от залежи по площади или дальность боковой миграции, очевидно, значительно превосходит дальность вертикальной миграции. В результате изучения газонасыщенности горных пород в скважинах структурного и профильного бурения можно сделать следующие выводы.
1. Получены явные доказательства возможности прослеживания в осадочных породах миграции углеводородных газов как вертикальной, так и боковой. Эти признаки миграции углеводородов выражаются в количественном и качественном изменениях содержания тяжелых углеводородов и в закономерностях распределения их по разрезу осадочных пород.
2. Выявленные закономерности в распределении углеводородов в разрезах пород с промышленной нефтеносностью, на площади с признаками нефтеносности (непромышленной), а также при отсутствии залежи дали материал не только для познания вопросов, связанных с миграцией газообразных углеводородов, важных для разработки теории прямых геохимических поисковых методов, но они важны и для решения чисто практических вопросов.
ВНИИЯГГ
Рис. 1. Результаты газометрии контурной и законтурной скважин в районе Кум-Дага.
1-кривые содержания тяжелых углеводородов; 2 - содержание метана в см3/л глинистого раствора. В скв. 42 тяжелые углеводороды не обнаружены (крайняя правая кривая).
Рис. 2. Осредненные кривые содержания тяжелых углеводородов по скв. 41 Кум- Дага.
