К оглавлению

УДК 622.411.34:553.981.2(575.4)

Генезис сероводорода Даулетабад-Донмезского газового месторождения

В. В. СЕМЕНОВИЧ (Мингео СССР), С. П. МАКСИМОВ, Р. Г. ПАНКИНА, В. Л. МЕХТИЕВА, С. М. ГУРИЕВА (ВНИГНИ)

Известно, что сероводородсодержащие углеводородные газы (УВГ), особенно отличающиеся повышенными концентрациями H2S, в основном связаны с сульфатно-карбонатными толщами, перекрытыми соленосными отложениями. Такая связь отмечается в Прикаспийской и Амударьинской впадинах, в Предкавказье. Значительно реже сероводород встречается в УВГ терригенных пород. Обычно это газы, растворенные в нефти, и концентрации H2S в них невысоки. В Амударьинской газонефтеносной провинции, к которой относится Даулетабад-Донмезское месторождение, отчетливо видна связь сероводородсодержащих газов с сульфатно-карбонатными породами келловея - Оксфорда, перекрытыми соленосными отложениями кимериджа - титона. За пределами распространения соленосных отложений сероводород в газах обычно не встречается. В надсолевых терригенных породах меловой системы сероводород в газах отсутствует (Газли, Шатлык).

На фоне отмеченной закономерности неожиданным оказалось обнаружение незначительных концентраций сероводорода в газах терригенных пород нижнего мела Даулетабад-Донмезского газового месторождения, расположенного, так же как и Шатлыкское, в зоне отсутствия соленосной толщи.

Месторождение находится в юго-восточной части Туркмении в междуречье Серахс и Мургаб, в 100 км к югу от газового месторождения Шатлык.

Сейсморазведочные работы Управлением геологии Туркменской ССР были начаты в 1968 г. Первая параметрическая скважина заложена в 1972 г. В 1974 г. при испытании в этой скважине песчаного пласта из готеривских отложений нижнего мела был получен мощный газовый фонтан. Вскрытая часть осадочного чехла в пределах месторождения представлена комплексом отложений от антропогеновых до триасовых включительно. Общая вскрытая мощность осадочного чехла составляет 4500 м. Мощность продуктивного (шатлыкского) горизонта от 4 до 40 м. Эффективная газонасыщенная толщина основной продуктивной IV пачки составляет от 4 до 20 м, а ограниченно распространенной V пачки - от нуля до 8 м.

Газоносное поле охватывает различные тектонические элементы: на юге полузамкнутый Даулетабадский вал, на север от которого погружается обширная Беурдешикская моноклиналь с Донмезским структурным носом. Большая часть залежи и соответственно основные запасы газа размещены в пределах моноклинали. Ее ограничение на юге обусловлено, видимо, тектоническим экранированием. На южном ограничении ГВК определяется на отметке -2711 м, а на севере -3455 м. В пределах газоносного поля начальное пластовое давление в северной части (т. е. на погружении) достигает 35 МПа, пористость по подсчетным полям от 18 до 20%, средневзвешенная эффективная толщина пласта от 8,5 до 17,7 м, газонасыщенность 70 %.

Месторождение состоит из двух блоков - южного, приуроченного к Даулетабадскому валу, и северного с большей частью запасов, в западной части Даулетабад-Лекнерской моноклинали.

Плотность газа 0,571-0,598 кг/м3. В его составе (в %) содержатся следующие компоненты: метан - 95, этан 1,2-1,4, пропан 0,1-0,3, бутан 0,06- 0,1, азот до 6,96, углекислый газ от нуля до 3,8. Газ содержит 5,8 г/м3 конденсата в залежи северного блока и 15,94 г/м3 в залежи южного блока. Концентрация H2S в свободном газе в пределах залежи неравномерна: в северо-западной части он практически отсутствует, а в юго-восточном направлении его содержание достигает 0,948 % (см. рисунок). В водорастворенных газах содержание H2S достигает 2,2 % (табл. 1).

Для освоения и разработки месторождения важно выяснить происхождение сероводорода, ибо из практики эксплуатационных работ известно, что концентрации кислых компонентов в процессе разработки месторождений могут возрастать; иногда увеличение содержание H2S и СO2 в газах бывает весьма значительным. Этот процесс может иметь двоякое происхождение. Первое - усиление жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий в пластовых водах в результате интенсификации их движения, связанного с отбором флюидов. Подобные явления были отмечены на ряде месторождений Среднего Поволжья, где концентрации H2S в процессе разработки, особенно при применении вторичного заводнения пластов, резко возросли. Второе - интенсивная эксплуатация, сопровождающаяся снижением пластового давления, может вызвать проникновение сероводорода из нижележащих горизонтов. Примером подобного рода может служить Бугринская площадь, на которой изначально бессернистый газ через несколько лет обогатился сероводородом, причем его содержание возрастало вниз по разрезу от 0,56 до 5,01 %, что свидетельствует в пользу поступления H2S из нижележащих отложений [1].

Одним из эффективных методов выяснения генезиса H2S в скоплениях УВ и прогнозирования его концентраций является изучение изотопного состава серы. В работе [4] детально рассмотрена взаимосвязь изотопного состава серы H2S с особенностями его образования, а также возможность прогнозирования количества H2S в газах по этому показателю. Показано, что в высококонцентрированных сероводородных газах сера имеет утяжеленный изотопный состав, близкий к сульфатам одновозрастных пород. Биогенный H2S, присутствующий в относительно небольших количествах в УВГ, напротив, отличается легким изотопным составом серы.

В связи с невозможностью (после тампонажа скважин) получить для исследования образцы H2S из свободных газов Даулетабад-Донмезского месторождения, мы использовали конденсационные (сепараторные) пластовые воды, пробы которых, герметически упакованные, позволяют судить с достаточной степенью надежности об изотопном составе серы H2S, содержащегося в газах. Известно, что газы в пластовых условиях содержат небольшое количество влаги. В сепараторах при резком падении температуры и давления вместе с конденсатом скапливается и так называемая сепараторная вода, обогащенная кислыми газами, растворимость которых в воде во много раз выше, чем растворимость УВГ [2].

Было отобрано 17 проб сепараторных и пластовых вод, а также проведено осаждение H2S в конденсационной воде на скв. 63 тотчас после отбора пробы (табл. 2). В 11 пробах был обнаружен черный осадок FeS, свидетельствующий о присутствии сероводорода. В лаборатории из проб, содержащих темный осадок, после их подкисления НСl был выделен H2S. Выделение проводилось путем вытеснения H2S током очищенного азота, H2S улавливали в барботерах раствором уксуснокислого цинка. Образующийся осадок ZnS отфильтровывали через взвешенный фильтр; количество ZnS определяли весовым методом; осадок использовали для определения изотопного состава серы.

Следует обратить внимание на то, что конденсационные (сепараторные) воды могут быть использованы для установления присутствия и ориентировочного определения количества кислых компонентов при крайне низких их концентрациях в газах или невозможности своевременного отбора пробы из скважины. Они также могут быть использованы для изотопных исследований при условии тщательного отбора и герметизации проб. Конденсационная вода является концентратором кислых газов и позволяет улавливать их следы даже там, где они при традиционных методах анализа в свободном газе не обнаруживаются. Содержание H2S (Здесь и далее так условно обозначено количество H2S, выделившегося после подкисления воды НС1) в пробах конденсационной воды из скв. 57, 43, 37, 63 значительно больше, чем в свободном газе. В пробах газа из скв. 16, 1, 11, 33 и 56, по данным ЦНИЛ, H2S отсутствовал, а в воде был в значительных количествах. Видимо, содержание H2S в газе и в пластовых водах (скв. 10, 44) было столь ничтожно малым, что обычные методы анализа его не выявляли.

Результаты исследования изотопного состава серы H2S конденсационных вод представлены в табл. 3. Выяснилось, что H2S обогащен тяжелым изотопом серы. Пробы газа из скв. 63 и 16 по изотопному составу идентичны, лишь из скв. 33 несколько легче.

Каков же генезис H2S на Даулетабад-Донмезском месторождении? Образовался ли он in situ в пластовых водах, подстилающих залежь, или имеет миграционный характер и поступает из юрских отложений? Проведенные ранее работы по изучению изотопного состава серы H2S и выяснению его генезиса в Амударьинской синеклизе [3] показали следующее. Сероводород в карбонатных коллекторах XV, XVa и XVI продуктивных горизонтов верхней юры, перекрытых мощной соленосной толщей, в пределах Чарджоуской ступени (месторождения Кандым, Денгизкуль, Уртабулак) характеризуется утяжеленным изотопным составом серы (d34S = +18 ‰), близким к эвапоритам юрского периода. Изотопный состав сульфатов вод в этой зоне меняется от +13,6 до +22,6 ‰. Образование H2S здесь связано с химическим восстановлением сульфатов пластовых вод при температурах, превышающих 100 °С.

Сероводород встречен также в газах Бухарской ступени, где его содержание существенно ниже, чем в газах Чарджоуской, а изотопный состав серы - легкий (d34S меняется от -0,7 до -5‰). Здесь условия залегания сероводородсодержащих газов иные: меньшие глубины, ниже пластовые температуры, в пластовых водах присутствует активная микрофлора. Происхождение H2S, видимо, обусловлено бактериальным восстановлением сульфатов, связанных с поверхностными водами аридной зоны.

Близость значений d34S H2S нижнего мела Даулетабад-Донмезского месторождения и подсолевых карбонатов Чарджоуской ступени позволяет предположить, что H2S в меловые отложения поступает из подсолевых юрских пород, условия залегания которых близки к установленным на Чарджоуской ступени. Допустимость этого предположения вытекает из того, что на Даулетабад-Донмезском месторождении установлены тектонические нарушения (см. рисунок), по которым могла происходить миграция газа.

Аналогичная картина наблюдалась нами на месторождении Прорва (Прикаспийская впадина), где обнаружен H2S, поступавший из подсолевых отложений и сохранивший присущий ему изотопный состав серы.

Менее реально предположение о связи H2S с вмещающими газ породами, поскольку в терригенных отложениях H2S обычно образуется в незначительных количествах и, как правило, быстро связывается окислами железа [5].

На исследуемом месторождении продуктивные газоносные пачки IV и V представлены коричневыми и пестроцветными слабосцементированными песчаниками, расслоенными глинистыми породами. Максимальная толщина IV и V пачек соответственно до 34 и 13 м. Пластовые воды среднеминерализованные (2 солей 130-150 г/л), хлор-кальциевого типа с незначительным содержанием сульфатов. Если бы H2S образовался в пластовых водах, подстилающих залежь, то в условиях низкой сульфатности последних количество H2S было бы невелико и в обогащенных окислами железа песчаниках он полностью связывался бы реакционноспособным железом. Если допустить, что H2S поступает в месторождение по тектоническим нарушениям из отложений юры, то становятся вполне объяснимыми незначительные концентрации и закономерное увеличение его содержания в юго-восточном направлении, а также тяжелый изотопный состав серы H2S. При этих условиях какая-то часть H2S, быть может и весьма значительная, связывается железом.

О том, что этот процесс имел место, свидетельствует наличие в продуктивной толще, особенно в ее подошве, большого количества вторичного пирита в виде крупных, хорошо сформированных кристаллов. Кроме того, осерненность газов зависит как от развития ангидритовых отложений юры, так и от близости тех или иных участков месторождения к зонам тектонических нарушений, т. е. к путям миграции H2S.

Образование тяжелого H2S в глубокопогруженных юрских отложениях вполне вероятно, так как термобарические условия их залегания способствуют абиогенному восстановлению сульфат-иона в водах. Судя по изотопному составу серы, количество мигрировавшего H2S должно быть значительным, иначе бы он не мог сохраниться в газах, находящихся в терригенных породах.

Итак, первые данные об изотопном составе серы H2S Даулетабад-Донмезского месторождения, сопоставленные с полученными ранее на других месторождениях Амударьинской синеклизы, позволяют высказать предположение о генезисе H2S. Сероводород в газах меловых отложений Даулетабад-Донмезского месторождения имеет миграционную природу и генетически связан с сульфатно-карбонатными отложениями верхней юры, залегающими в термобарических условиях, при которых они могут генерировать H2S в результате химической сульфатредукции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Аксенов А.А., Анисимов А.А. Прогноз распространения сероводорода в подсолевых отложениях Прикаспийской впадины. - Сов. геология, 1982, № 10, с. 46-52.

2.     Карцев А.А. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений. М., Недра. 1972.

3.     Панкина Р.Г., Смахтина А.М., Мехтиева В. Л. Особенности распределения сероводорода и его изотопный состав в газах некоторых нефтегазоносных территорий. - Геол. и разе, газ. и газоконд. м-ний. PC ВНИИЭгазпрома, 1977, № 2, с. 10-15.

4.     Панкина Р.Г., Мехтиева В.Л. Происхождение H2S и СO2 в углеводородных скоплениях. - Геология нефти и газа, 1981, № 12, с. 44-48.

5.     Сероводородсодержащие газы – условия и масштабы распространения / Г.И. Амурский, И.П. Жабрев, С.П. Максимов, В.Л. Соколов. - Геология нефти и газа, 1980, № 5, с. 11-18.

Поступила 24/П 1983 г.

 

Таблица 1 Химический состав растворенных газов пластовых вод Даулетабат-Донмезского месторождения

Скважина

Горизонт

Интервал перфорации, м

Содержание, %

H2S

N2

1

Юрский

3120-3230

1,56

5,81

6

«

3168-3175

0,6

2,08

1-ВД

«

3238-3304

1,6

10,4

3

Готеривский

3186-3204

3,1

5

8

«

3097-3105

-

4

7-Д

«

3057-3072

0,42

2,53

«

«

2950-2985

0,007

3,8

10-д

«

3038-3045

2,2

5

 

«

3012-3026

0,01

3,77

14-Д

«

3670-3683

1,79

4,97

Гумбдли

«

2882-2897

0,18

2,71

1-ВД

«

3143-3632

3,1

0

15-Д

«

2972-2984

1,31

4,87

 

Таблица 2 Характеристика конденсационных (сепараторных) и пластовых вод Даулетабат-Донмезского месторождения

Скважина

Интервал перфорации, м

Вода

Наличие осадка FeS

H2S, извлеченный из воды*, мг/л

Содержание H2S в свободном газе**, %

16-Д

2950-2966

Сепараторная

+

49

0

13

3620-3635

«

+

52,5

0

2

3826-3980

«

-

Следы

0

55

3685-3700

«

-

»

0

1

3584-3616

«

+

473,2

0

57

3315-3326

«

+

116,83

0,0145

11

3102-3116

«

+

98,7

0

10

3038-3045

Пластовая

+

56

0

44

3652-3661

 

+

147

0

33

3332-3342 3311-3321

Сепараторная «

+

14

0

56

3654-3685

«

+

3,5

0

23

3008-3024

Пластовая

 

0

0,035

43

3497-3502

Сепараторная

+

21

0,0174

37

3404-3412

«

+

78,12

0,00154

74

3610-3636

Пластовая

-

0

0

53

2010-2030

Сепараторная

-

0

0,38

63

2886-2903

Сепараторная, присутствует свободный H2S

-

266

0,5

* Наши определения.

** Определения ЦНИЛ.

 

Таблица 3 Изотопный состав серы H2S

Скважина

Интервал отбора, м

Вода

d34S, ‰

Примечание

63

2886-2903

Конденсационная

+ 15,8

Осаждение на скважине

63

2886-2903

То же

+ 14,3

Выделение в лаборатории

16

2950-2966

«

+ 15,8

То же

33

3311-3321

«

+9,3

«

 

Рисунок Карта распространения сероводорода в газах Даулетабад-Донмезского месторождения (структурная основа по М.К. Мирзаханову).

Скважины: 1 - эксплуатационные, 2 - разведочные, 3 - поисковые, 4 - параметрические, 5 - в испытании, 6 - в бурении, 7 - давшие притоки газа с конденсатом, 8 - то же, газа с водой, 9 - то же, воды; 10 - изогипсы подошвы продуктивного горизонта, м; 11 - тектонические нарушения: 12 - контур газоносности, принятый к подсчету запасов, на 1 /X 1981 г.; 13 - граница распространения H2S; 14 - площадь подсчета запасов газа категории C1; 15 - то же, категории С2; зоны различного количественного содержания H2S в газах (%): 16 - более 0,5, 17 - 0,5-0,1, 18 - 0,1-0,0014, 19 - менее 0,0014; 20 - линия раздела зон распространения бессернистого и слабосернистого газа