К оглавлению

УДК 550.84(571.5)

Опыт применения геохимической съемки в зимних и летних условиях на Среднеботуобинском газонефтяном месторождении

В. П. ИСАЕВ, В. И. КОРОЛЕВ (Иркутск, гос. ун-т)

Проведение геохимической съемки при поисках месторождений нефти и газа в районах сплошного развития многолетней мерзлоты осложняется отсутствием очагов разгрузки подземных вод и газов. Наличие мерзлых пород влияет не только на замедление процессов диффузионно-фильтрационного массопереноса флюидов, но и на переход некоторых газов (в основном гомологов метана) в кристаллогидратную форму.

Для выяснения возможности применения геохимических методов в северных районах были проведены работы на Среднеботуобинском газонефтяном месторождении Якутии, где мощность зоны сплошной многолетней мерзлоты 200-300 м.

Месторождение пластовое, сводовое, тектонически экранированное, приурочено к Мирнинскому своду, расположенному в северо-восточной части Непско-Ботуобинской антеклизы. Промышленная нефтегазоносность установлена в двух продуктивных горизонтах: осинском - карбонатном, приуроченном к нижней подсвите сокуканской свиты нижнего кембрия и ботуобинском - терригенном, расположенном в подошве иктехской свиты. Геологическое строение месторождения в значительной мере осложняется дизъюнктивными нарушениями, большинство которых приурочено к восточному крылу структуры. Разрывные дислокации на месторождении делятся на две группы: экранирующие и не экранирующие залежи УВ. Экранирующие нарушения разбивают месторождение на центральный, северный, северо-восточный [2] блоки, с каждым из которых связаны залежи УВ. Основные запасы газа ботуобинского горизонта сосредоточены в залежах центрального и северного блоков.

Нефтегазоносность осинского горизонта изучена значительно слабее, он включает два пласта: O-1 и O-2. Продуктивность пласта O-1 установлена в южной части месторождения. Притоки газа из пласта O0-2 получены в 10 скважинах, нефти - в 3.

С методическими целями в течение двух зимних и двух летних сезонов 1978-1979 гг. под руководством и при участии авторов была проведена поверхностная геохимическая съемка, охватившая не только месторождение, но и прилегающую территорию (см. рисунок).

В зимних условиях (март-апрель) применялись следующие виды геохимических исследований: опробование снежного покрова и мерзлого грунта, гидрохимическое и водогазовое.

Для усовершенствования методики снежной съемки, предложенной ВНИИЯГГом [1], были опробованы различные варианты извлечения газа: из сухого снега, снега, растаявшего под вакуумом, путем термовакуумной дегазации талой воды.

Любые виды газового опробования должны исключать разбавление проб газа атмосферным воздухом. При известном методе [1] отбора проб снега вдавливанием банки (0,5 л) в снег, сорбированные им газы многократно разбавляются воздухом, заполняющим межзерновое пространство снега. Так, например, из 5 л отдегазированного сухого снега получается 1800 мл газа, а из такого же количества растаявшего - 800 мл.

Таким образом, во избежание многократного разбавления проб газа атмосферным воздухом необходимо дегазировать талую воду в объеме, достаточном для получения нужного количества газа для анализа. При этом полностью исключается воздух, находящийся в межзерновом пространстве снега. Последующим анализом фиксируется только та часть воздуха, которая перешла в водорастворенное состояние.

Пробы снега отбирались на различной глубине снежного покрова, а также на разном удалении от автомобильной дороги в чистые банки (3 л) методом трамбовки; банки герметично закрывались металлическими крышками с резиновым уплотнением. Таяние снега происходило постепенно. При этом сорбированные им газы растворялись в воде. Вода переливалась в молочные бутылки (1 л) и запечатывалась резиновой пробкой с патрубком. Патрубок перегибался и вместе с пробкой привязывался к горлышку бутылки. Затем проводилась термовакуумная дегазация. Количество газа, полученного таким способом, составляло 10-15 см3/л.

Опробование на разных уровнях снежного покрова показало (табл. 1) рост содержания УВ в более мелкозернистых слоях, которые залегают ближе к поверхности. Это объясняется, видимо, различными сорбционными свойствами зерен снега. Нижние слои, как правило, представлены более крупными перекристаллизованными зернами (фирн) и имеют значительно меньшую сорбционную способность. Эта закономерность была отмечена ранее [1].

Данные табл. 2 свидетельствуют о том, что выхлопные газы автомобилей не оказывают влияния на концентрацию УВ, сорбированных снегом.

Площадное опробование снежного покрова показало повышенные концентрации метана и его гомологов в пределах месторождения (табл. 3). За контуром нефтегазоносности среднее содержание метана снижается в 2 раза, отсутствуют как предельные УВ (ПУВ), так и непредельные (НУВ).

Опробование мерзлых грунтов проводилось в мелких скважинах глубиной 0,8 м. Образцы грунта (500 г), предварительно очищенные стерильным ножом, помещались в молочную бутылку (1л), которая заполнялась концентрированным рассолом хлористого натрия с целью вытеснения атмосферного воздуха. Для герметизации пробы бутылка запечатывалась резиновой пробкой с патрубком. Процесс дегазации проводился через 10-12 ч с момента отбора пробы. Для полноты извлечения газа из оттаявшего грунта проба подогревалась до 60-70 °С, в момент откачки бутылка встряхивалась. После дегазации просушенные пробы грунта отбирались на спектральный и люминесцентно-битуминологический анализ.

Опробование мерзлого грунта на месторождении осуществлялось по профилям с интервалами бурения скважин 1 км. Аналогичным методом было проведено на том же участке профиля летнее грунтовое опробование. Грунтовые газы, отобранные в зимних и летних условиях (табл. 4), имеют следующие особенности.

1.     Высокое по сравнению с воздухом содержание углекислого газа при пониженной концентрации кислорода.

2.     Богатый спектр ПУВ и НУВ.

3.     Концентрации метана, ПУВ и значения kc повышены в пределах месторождений.

4.     С приближением к центру месторождения наблюдается увеличение концентраций метана, возрастание kc и уменьшение суммы тяжелых УВ.

5.     Грунтовой газ, отобранный зимой, имеет более представительный спектр УВ и более высокое содержание метана (примерно в 4 раза), чем летом, так как в зимних условиях меньше сказывается влияние поверхностного водогазообмена и биохимических процессов, происходящих в почвах.

6.     Содержание водорода летом больше, чем зимой, в 176 раз, что может быть связано с его образованием в почвах водородобразующими бактериями, жизнедеятельность которых при низких температурах затухает [3].

Параллельно снежной и грунтовой съемкам проводились профильное гидрохимическое и водогазовое опробование в зимних условиях и площадные гидрохимические исследования летом.

При летнем опробовании методики отбора, консервации и дегазации проб воды общеприняты [4]. В зимних условиях пробы, воды отбирались в местах пересечения автодороги с реками и ручьями. В точке отбора расчищался слой снега до льда, бурилась лунка диаметром, позволяющим отбирать воду бутылкой (1 л). На месте замерялась температура, в дневниках отмечались запах, вкус, цвет отбираемой воды. По каждой гидрохимической пробе проводились комплексные аналитические исследования, включающие определение солевого состава, физико-химических характеристик, некоторых микрокомпонентов, сероводорода, летучих фенолов.

Для установления наличия сероводорода пробы предварительно консервировались: на 100 мл пробы добавлялось 10-15 мл уксусно-кислого кадмия. Такая же консервация проб проводилась для определения летучих фенолов: к 500 мл исследуемой воды добавлялось 2 г едкого натрия. Результаты анализа показали, что в зимних условиях минерализация вод возрастает в 5 раз по сравнению с летними (табл. 5). При этом содержание НУВ уменьшается вдвое, а концентрация метана возрастает в 5 раз. Все это обусловлено отсутствием поверхностного стока, снижением биохимической активности микроорганизмов почв [3] и свидетельствует о глубинной природе метана и его гомологов, так как возможность их современного биохимического образования в почвах, болотах и озерах при низких температурах значительно уменьшается.

По результатам водогазовой и гидрохимической съемки месторождение на поверхности отразилось комплексной геохимической аномалией, выделенной по основным газовым (СН4, ПУВ, ПУВ/НУВ, kc) и гидрохимическим (К, Na, Cl, Fe+2/Feобщ, Sион) показателям. Аномалия надежна по числу точек опробования (98), количеству признаков (5-7) и контрастности (4-9) геохимических показателей. Смещение аномалии к востоку (см. рисунок) относительно месторождения объясняется региональным движением подземных вод в этом районе с запада на восток.

Выводы

1.     В районах развития сплошной многолетней мерзлоты наблюдается скрытая разгрузка подземных вод и более интенсивная разгрузка газов. И то, и другое более отчетливо фиксируются по результатам зимнего опробования.

2.     Многолетнемерзлые породы не являются абсолютным экраном для мигрирующих углеводородных газов. В слое мерзлоты имеются зоны растепления, связанные с вертикальными потоками тепла, минерализованных вод и газов. Эти талики приурочены к тектонически ослабленным зонам осадочного чехла и морфологически тяготеют к долинам рек.

3.     Самое информативное по всем геохимическим показателям - зимнее водогазовое, гидрохимическое и почвенно-грунтовое опробование.

4.     Кроме опробования ручьев, рек и озер для равномерного покрытия территории геохимической съемкой в зимних условиях необходимо применять площадную газовую съемку по снегу и грунту.

5.     Гидрогазогеохимическую съемку в районах сплошного развития многолетней мерзлоты целесообразно проводить зимой, так как из-за отсутствия поверхностных и надмерзлотных вод повышается проходимость и резко возрастает информативность геохимических материалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Газобактериальная съемка по снежному покрову и приземному воздуху при поисках нефти и газа. (Инструктивные указания). М., ВНИИЯГГ, 1981.

2.     Геология нефти и газа Сибирской платформы. Под ред. А.Э. Конторовича, В.С. Суркова, А.А. Трофимука. М., Недра, 1981.

3.     Исаев В.П., Михеев В.С. Закономерности изменения состава природных газов в зоне активного газообмена. - В кн.: Теоретические вопросы геохимических методов поисков залежей нефти и газа. М., 1980, с. 64-73.

4.     Методические рекомендации по геохимическим методам поисков месторождений нефти и газа. М„ ВНИИЯГГ, 1975, с. 285.

Поступила 5/V 1983 г.

 

Таблица 1 Изменение состава газов с глубиной снежного покрова

Средняя высота отбора пробы над грунтом, см

Объем газа, мл/л

Содержание, об. %

Число проб

СН4*10-4

ПУВ*10-4

О2

CO2

N2

Кс

94

7,5

1,98

53,0

21,4

0,04

78,02

0,25

14

47

24,0

0,70

2,0

20,9

0,03

78,56

0,17

13

15

16,3

0,63

0,0

21,5

0,03

78,06

-

13

Примечание: Кс-коэффициент сухости.

 

Таблица 2 Состав газов из снега на различном удалении от автомобильной дороги

Расстояние от дороги, м

Объем газа, мл/л

Содержание, об. %

Число проб

CH4* 10-4

ПУВ* 10-4

O2

CO2

N2

5

18,75

0,35

0,90

21,1

0,04

78,40

14

25

18,75

0,75

0

23,6

0,03

76,02

14

50

15,00

0,77

0,77

21,1

0,03

78,12

12

75

16,50

19,27

0

21,1

0,03

78,02

14

100

16,70

103,66

0

21,1

0,05

78,05

13

 

Таблица 3 Средние значения газовых показателей по результатам снежнего опробования на Среднеботуобинской площади

Место отбора

Содержание, об. %

Число проб

CH4* 10-4

ПУВ*10-4

НУВ*10-4

H2

N2

Аr

CO2

O2

Kc

В пределах месторождения

11,53

1,10

0

0,50

82,08

0,99

0,10

14,79

10,4

68

За пределами месторождения

5,58

0

0

0,76

76,05

1,30

0,07

20,2

-

21

 

Таблица 4 Средний состав грунтовых газов, отобранных в зимних и летних условиях в районе Среднеботуобинского месторождения

Место отбора

Время отбора

Средний состав газа, об. %

Кс

пув/нув

Число проб

N2

O2

CO2

Аr

Н2

СН4*10-4

ПУВ*10-4

НУВ*10-4

В пределах месторождения

Летнее

72,9

15,1

9,6

1.1

0,588

20,2

3,8

2,3

5,3

1,2

20

Зимнее

73,5

17,9

3,8

0,8

0,032

87,4

9,6

8,1

9,1

1,2

31

За пределами месторождения

Летнее

79,0

16,9

1,6

0,8

0,546

14,8

2,5

1,5

5,9

1,6

27

 

Таблица 5 Средний состав газов из различных сред в районе Среднеботуобинского месторождения

Время отбора

Объект опробования

Средняя минерализация воды, мл/л

Состав газов, об. %

Коэффициенты

Число проб

N2

O2

CO2

Аr

Н2

CH4*10-4

ПУВ*10-4

НУВ*10-4

Кс

ПУВ /НУВ

Летнее

Вода

156,0

78,4

9,1

9,1

1,45

0,041

835,2

0,09

0,56

9280

0,16

282

Зимнее

»

793,9

76,3

14,79

5,8

1,66

0,22

4409,3

0,15

0,25

29395

0,6

36

»

Мерзлый грунт

-

73,5

17,9

3,8

0,81

0,32

87,4

9,6

8,10

9,1

1,18

31

»

Снег

-

77,7

20,4

0,09

0,98

0,48

9,2

0

0

-

-

166

 

Рисунок Карта результатов геохимических исследований в районе Среднеботуобинского месторождения.

1 - контур месторождения; 2 - условная линия замещения пластов Б-I, Б-II ботуобинского горизонта; 3 - тектонические нарушения по геолого-геофизическим данным и материалам дешифрирования космических снимков; 4 - поисково-разведочные скважины; 5 - пункты водогазового и гидрохимического опробования; профиль опробования: 6 - грунтового (летом), 7 - снежного, 8 - грунтового (зимой); 9 - комплексные геохимические аномалии