К оглавлению

УДК 552.578.3:550.812

Основные положения методики поисков и разведки скоплений природных битумов

А. А. АКСЕНОВ, П. С. ЖАБРЕВА (ИГиРГИ)

В последние годы в нашей стране и за рубежом все большее внимание уделяется природным битумам как альтернативным источникам углеводородного сырья. Возросший интерес к этому виду полезных ископаемых объясняется высокими темпами роста потребления нефти промышленно развитыми странами и уменьшением ее запасов. По оценкам специалистов, в недрах Земли сосредоточены огромные запасы природных битумов, кратно превышающие ресурсы нефти. Эти скопления рассматриваются не только как возможные источники получения «синтетической» нефти, но и как ценное химическое сырье для извлечения серы, ванадия, никеля, меди и других элементов, содержащихся в битумах в количествах, нередко имеющих промышленные значения. Кроме того, природные битумы используются в автодорожной, медицинской и других отраслях промышленности. Поэтому актуальность интенсивного и комплексного их использования в широких масштабах несомненна.

Поскольку в ГКЗ СССР утверждена классификация запасов природных битумов как многоцелевого источника получения сырья для нужд различных отраслей народного хозяйства, появилась необходимость разработки методических рекомендаций по поискам и разведке этих полезных ископаемых.

По классификации В.А. Успенского, О.А. Радченко и др. (Основы генетической классификации битумов/В.А. Успенский, О.А. Радченко, Е.А. Глебовская и др,— Труды ВНИГРИ. Л., 1964, вып. 230, с. 1—264.) природные битумы представляют собой углеводородные соединения, которые образуют единый генетический ряд: нефть -> мальта ->асфальт -> асфальтит -> керит ->антраксолит. Практический интерес представляют классы мальт, асфальтов и асфальтитов, образующие промышленные скопления. Среди других классов битумов, кроме озокерита, промышленных скоплений не выявлено.

Основные различия битумов асфальтового ряда определяются их плотностью, содержанием в них масел и асфальтово-смолистых веществ. Так, в мальтах 40-65 % масел и 35-65 % асфальтово-смолистых компонентов, они характеризуются вязкой консистенцией и плотностью 0,965-1,02 г/ см? В асфальтах 25-40 % масел и 60-75 % асфальтово-смолистых веществ, а плотность их 1,02-1,04 г/ см³ . В асфальтитах менее 25 % масел, они обладают твердой консистенцией и плотностью 1,05-1,20 г/см³ . В отличие от асфальтовых битумов в озокеритах масла представлены твердым парафиновым веществом, а плотность их 0,91-0,97 г/см³ .

По условиям залегания мальты, асфальта, асфальтиты и озокерита образуют пластовые, линзовидные, жильные и покровные типы скоплений в терригенных или карбонатных породах-коллекторах.

Промышленное значение имеют скопления первых двух типов, реже жильного и покровного. Первый и второй типы скоплений в разрезе осадочного чехла древних платформ образуют мощные битумоносные комплексы, развитые на моноклинальных склонах передовых прогибов или внутриплатформенных впадин. В современном структурном плане они формируют крупные зоны битумонакопления, в пределах которых залежи битумов классов мальт и асфальта чаще всего приурочены к ловушкам литологического выклинивания со стратиграфическим несогласием, структурно-тектоническим, структурно-эрозионным или аккумулятивным телам.

Жильный и покровный типы залегания битумов образуют мелкие и средние по запасам скопления озокерита, асфальтита, асфальта и киров. Формирование их обусловлено неотектоническими процессами, предопределившими образование дизъюнктивных нарушений, являющихся путями миграции углеводородных флюидов (жильные) или поступления нефти на дневную поверхность (асфальтовые озера), а также способствующих выводу нефтесодержащих пластов в зону аэрации (киры). Скопления битумов рассматриваемых типов чаще встречаются в орогенных поясах или на территориях перикратонных синеклиз древних платформ и приурочены к антиклинальным ловушкам, осложненным локальными или региональными тектоническими нарушениями.

Указанные особенности строения скоплений природных битумов, имеющих промышленное значение, должны учитываться при разработке рациональной методики их поиска и разведки. При этом в определенной степени, особенно при поисках и разведке скоплений битумов пластового или линзовидного типа, может использоваться опыт ведения поисково-разведочных работ на нефть, осуществляемых по соответствующим этапам и стадиям.

В зависимости от условий залегания битумоносных комплексов и степени их изученности, а также задач, стоящих перед геологоразведочными работами на природные битумы, их выполнение может подразделяться на региональный, поисковый и разведочный этапы с выделением их стадий. Общая схема этапов и стадий поисково-разведочного процесса на природные битумы приводится в таблице.

Региональный этап. В битумоносных регионах Советского Союза в зависимости от сложности геологического строения отмечается большое разнообразие скоплений природных битумов, отличающихся условиями и глубиной залегания битумоносного комплекса, типом коллектора и т. д. Поэтому основные задачи данного этапа должны предусматривать: изучение общих черт геологического строения осадочных бассейнов с целью обнаружения зон битумонакопления и битумоносных комплексов, установление пространственного размещения и оконтуривания этих зон. Региональный этап следует подразделять на две стадии - собственно региональную и рекогносцировочную.

Стадия собственно региональных работ должна предусматривать прежде всего проведение геологической съемки масштаба 1:1 000 000 или 1:500 000, а в регионах со сложным геологическим строением - масштаба 1:200 000 в следующих целях: а) обнаружения возможных зон битумонакопления и их пространственного размещения в осадочном бассейне; б) установления связи зон битумонакопления с крупными геоструктурными формами (сводами, валами, террасами), участками регионального выклинивания битумоносных комплексов и стратиграфического несогласия; в) выявления и прослеживания перерывов в осадконакоплении в верхней части (до 500 м) разреза осадочного чехла, с которыми могут быть связаны крупные зоны битумонакопления.

Указанные работы должны выполняться в регионах, слабо изученных на битумное сырье и с невыясненной оценкой перспектив битумоносности. В результате проведения собственно региональных работ составляются карты качественной оценки прогноза битумоносности исследуемой территории по выделенным перспективным комплексам.

Стадия рекогносцировочных работ должна также предусматривать проведение геологической съемки, но более крупных масштабов - 1:200000 и 1:100000 (в районах же сложного геологического строения масштаба 1:50 000 или 1:25 000) в следующих целях: а) картирования и уточнения пространственного размещения зон битумонакопления; б) определения стратиграфического положения битумоносных комплексов; в) оценки мощности, битумонасыщенности и типов коллекторов.

На стадии рекогносцировочных работ предлагается проводить геологическую съемку в комплексе с геофизическими, геохимическими и геоморфологическими методами, а также мелкого структурно-картировочного бурения. Комплексирование геологической съемки с геофизическими методами позволит выявить структурные формы и участки литологического выклинивания и стратиграфического несогласия, с которыми могут быть связаны зоны битумонакопления в погруженных частях разреза. В качестве основных геофизических методов для поисков зон битумонакопления могут быть использованы грави-, электро- и региональная сейсморазведка. Комплексирование геологической съемки с геофизическими и геохимическими методами должно быть направлено на выяснение особенностей распространения битумоносных пород и определение минерализации инфильтрационных вод.

Структурное бурение должно быть обязательной составляющей комплекса рекогносцировочных геолого-геофизических работ на битумы. Его следует осуществлять профилями вкрест простирания крупных зон битумонакопления с учетом их приуроченности к различным тектоническим элементам (своды, валы, моноклинальные склоны, террасы). Расстояния между скважинами в профилях выбирают исходя из предполагаемой ширины зоны битумонакопления, а между профилями - в зависимости от протяженности зоны. Бурение скважин рекомендуется проводить с полным отбором керна в интервале от верхнего перспективного битумоносного комплекса до забоя, но на глубине 500 м. Эта глубина обусловлена экономической целесообразностью разработки битумов современными методами.

В задачу структурного бурения входит следующее: 1) выявление основных закономерностей распределения скоплений природных битумов; 2) установление особенностей геологического строения выявленных зон битумонакопления; 3) определение глубин залегания, мощностей и битумонасыщенности битумоносных комплексов. Во всех скважинах, вскрывших битумоносный комплекс, необходимо проводить промыслово-геофизические исследования.

В регионах, где скопления природных битумов могут быть приурочены к тектонически активным территориям, необходимо выполнять структурно-геоморфологические исследования для обнаружения зон битумонакопления.

Региональный этап должен завершаться прогнозной оценкой битумоносности (категории Д₂ и Д₁) и составлением соответствующих прогнозных карт природных битумов с выделением перспективных районов (объектов) на поиски битумного сырья.

Поисковый этап предлагается также разделить на две стадии: подготовку к поисковому бурению и поиск месторождений природных битумов с оценкой их запасов. Данный этап должен включать комплекс геологогеофизических работ, обеспечивающих детальное изучение геологического строения объектов (районов) в пределах зон битумонакопления. Результатом поискового этапа является установление в разрезе мощности битумоносных комплексов и выявление промышленных скоплений битумов с оценкой их запасов по категории С₃ и частично С₂. Решение этих задач рекомендуется осуществлять бурением поисковых скважин в пределах зон битумонакопления, выявленных на предыдущем этапе региональных работ.

Стадия подготовки объектов к поисковому бурению должна включать структурно-поисковое бурение и детальную сейсморазведку на перспективных битумоносных объектах.

Структурно-поисковые скважины следует бурить по различным сеткам в зависимости от класса битумов и условий их залегания. Наиболее разряженные сетки (соответственно и расстояния между сейсмическими профилями) могут быть приняты для битумов класса мальт, асфальтов и Киров пластового и линзовидного типов залегания, залежи которых приурочены структурно (литологические, тектонические, эрозионные) к ловушкам экранированного или седиментационного типа. Более сгущенные сетки (соответственно и расстояние между сейсмическими профилями) следует применять для битумов класса асфальтита и озокерита жильного типа. Залежи этих полезных ископаемых обычно характеризуются крутыми углами падения битумовмещающих пород и разветвленными маломощными жилами.

Как для пластового, так и для жильного типа расстояния между профилями и между скважинами в пределах профилей выбираются в зависимости от размеров предполагаемых залежей. Однако они не должны превышать более половины их размеров. Во всех поисковых скважинах необходимо предусмотреть полный отбор керна в интервалах битумоносных комплексов (но не глубже 500 м) для определения битумонасыщенности, типа коллекторов, класса битумов и т. д. В поисковых скважинах необходимо также проводить полный комплекс геолого-геофизических исследований для выделения битумонасыщенных пластов и получения их характеристики.

На основании результатов структурного бурения определяют типы ловушек, вмещающих битум, их возможные размеры и принимают решение о проведении дальнейших работ на выявленных объектах.

Стадия поиска месторождений природных битумов и оценки их запасов включает бурение поисковых скважин для выявления месторождения (залежей) битумов, определения подсчетных параметров и оценки запасов по категории С₂.

По результатам геолого-геофизического материала, полученного на предыдущей стадии, намечается сетка скважин поискового бурения. При этом должно предусматриваться уплотнение (сгущение) сетки скважин в 2 раза по сравнению со стадией подготовки объектов к поисковому бурению. Этим не исключается возможность бурения и более плотной сетки скважин при необходимости уточнения строения выявленных залежей битумов, особенно в условиях их сложного строения с учетом углов падения битумоносных пластов, их мощности, протяженности и т. д. В поисковых скважинах рекомендуется проводить полный отбор керна в интервалах битумоносных комплексов и определять битумонасыщенность, пористость, проницаемость, класс битумов, их плотность, а также содержание в битуме таких элементов, как S, V, Ni, Со, Мо и др. В скважинах следует осуществлять полный комплекс геолого-геофнзических исследований.

На территориях (землях), которые считаются перспективными в отношении не только природных битумов, но и нефти и газа (по более глубоким горизонтам), необходимо комплексирование поисков месторождений битумов с подготовкой поднятий для глубокого бурения с целью поиска залежей УВ.

При поиске озокеритовых и асфальтитовых месторождений жильного типа необходимо детально изучать тектоническое строение предполагаемых залежей для прослеживания направлений разрывных нарушений, зон трещиноватости, выдержанности жил и т. д. Для этого нужно бурить поисковые скважины по более сгущенной сетке с расстояниями между скважинами до 500 м, с глубинами не более 300 м для асфальтитов и 400 м для озокеритов, так как на больших глубинах те и другие переходят в обычные нефти.

При оценке запасов битумов по конкретным площадям рекомендуется использовать объемный и объемно-весовой методы. Первый - для оценки запасов мальт, асфальтов, асфальтитов и озокеритов пластового и жильного типов, второй - для битумов вкрапленного типа (асфальтита).

Результаты поискового этапа должны служить основой для проведения разведочных работ на выявленных месторождениях.

Разведочный этап осуществляется для детального изучения геологического строения выявленных месторождений и подсчета запасов битумов по категории C₁ и, возможно, В, а также определения способов извлечения битумов из пород и проведения их опытно-промышленного опробования. В результате этого этапа прогнозируются добычные возможности месторождений и составляются проекты (технологические схемы) разработки и их обустройства. В разведочном этапе выделяются две стадии: разведка залежей битумов с подсчетом их запасов и опытно-промышленная эксплуатация.

Для битумов класса мальт, асфальтов и асфальтитов на стадии разведка залежей битумов с подсчетом их запасов выполняется: 1) определение объемов пород, содержащих залежи (площадь, высота); 2) изучение особенности геологического строения месторождений (тип залежи, положение водобитумного контакта); 3) изучение литологического состава продуктивных горизонтов, определение их общей и эффективной мощности, коллекторских свойств, битумонасыщенности и характера изменения этих параметров по площади и разрезу залежи; 4) исследование физико-химических свойств битумов; 5) выяснение гидрогеологических и гидродинамических особенностей залежей; 6) определение дебитов битумов (для класса мальт) по результатам опробования и исследования разведочных скважин.

Основными задачами стадии разведки для битумов жильного типа залегания (асфальтита, озокерита) являются: 1) изучение особенностей геологического строения залежей жильного типа (простирание и падение главных и побочных жил, а также степень их разветвленности); 2) определение мощности жил и их изменения в пределах залежей; 3) установление максимальной глубины перехода озокерита и асфальтита в нефть (или асфальт).

Решение указанных задач рекомендуется осуществлять бурением разведочных скважин по ползущей системе. При этом для битумов классов мальт, асфальтов и киров пластового и линзовидного типов, приуроченных к структурным ловушкам, расстояние между скважинами и между профилями не должно превышать 0,8-1 км, что позволит уточнить протяженность и размер битумоносных линз. Для битумов классов мальт и асфальтов пластового типа, связанных с ловушками литологического выклинивания или стратиграфическими, располагающимися на моноклинальных склонах передовых прогибов, расстояние между скважинами и профилями должно увеличиваться до 1 - 1,5 км. Все разведочные скважины следует закладывать по поперечным профилям и бурить на глубину до 500 м с полным отбором керна и проведением комплекса геофизических и гидрогеологических исследований. Кроме того, в отдельных скважинах (двух-трех), вскрывших залежи битумов вязкой консистенции (мальты), необходимо предусмотреть опробование скважин на приток.

Для битумов классов озокерита и асфальтита жильного типа с целью обнаружения рудного тела и степени нарушенности пород рекомендуется бурить разведочные скважины по квадратной сетке со стороной квадрата 50-60 м. Это позволит эффективнее выявлять мелкие озокеритовые жилы и прослеживать залежи в целом. В разведочных скважинах следует предусмотреть отбор керна по всей глубине для определения бортового содержания озокерита и асфальтита, необходимого для подсчета запасов, а также выполнять опробование на приток вод и устанавливать газовый фактор

По результатам работ этой стадии производится подсчет запасов битумов категории C₁ и, возможно, В, рекомендуются способы их извлечения из пород, устанавливаются добычные возможности и выделяются участки для проведения опытно-промышленных работ по извлечению битумов.

Стадия опытно-промышленной эксплуатации по извлечению битумов необходима для определения наиболее экономичных способов разработки месторождения для получения битумов и сопутствующих им редких металлов (V, Ni, Со, Мо и др.).

При извлечении битумов вязкой консистенции (мальты, асфальты) следует предусматривать бурение специальных скважин. Сеть разведочных скважин на месторождениях таких битумов пластового и линзовидного типов, приуроченных к ловушкам антиклинального типа или литологического выклинивания со стратиграфическим срезанием, должна быть принята 100X200 и 600Х400 м, для битумов классов асфальтита и озокерита жильного типа - 50X40 м. Указанная сетка скважин позволит рациональнее осуществить опытно-промышленный отбор битумов и оконтурить залежь. По полученным результатам уточняются запасы битумов по категории B+C₁ для утверждения в ГКЗ СССР, устанавливаются исходные данные для проектирования способов эксплуатации, обосновываются необходимые капиталовложения в разработку и обустройство каждого месторождения.

Изложенные рекомендации не претендуют на полное освещение всех вопросов, связанных с поисково-разведочными работами на природные битумы. Однако авторы считают, что приведенные данные об этапах и стадиях поисково-разведочных работ на природные битумы могут быть использованы при составлении основных документов, регламентирующих их выполнение.

Таблица Схема стадийности поисково-разведочного процесса на природные битумы

Этапы	Стадии	Изучаемые объекты	Основные задачи	Виды и методы работ	Результаты работ
Региональный	Региональная	Осадочные бассейны, провинции	Выявление зон битумонакопления, их пространственного размещения в осадочных бассейнах и связи с крупными геотектоническими формами, участками регионального выклинивания и стратиграфического срезания	Геологическая съемка масштаба 1:1 000 000 и 1:500 000 (в сложных геологических регионах 1:200 000) в комплексе с геофизическими методами.	Геологические карты и карты битумопроявлений с выделением зон битумонакопления. Карты качественного прогноза битумоносности по битумоносным комплексам
	Рекогносцировочная	То же	Картирование и уточнение зон битумонакопления, установление их геологического строения, определение глубин залегания битумоносных комплексов и выделение объектов для поисков природных битумов	Геологическая съемка масштаба 1:200 000 и 1:100 000 (в сложных геологических уловиях 1:50 000 и 1:25 000), геофизические, геохимические методы исследования и структурно-картировочное бурение	Геологические карты и карты зон битумонакопления с выделением объектов для постановки поисковых работ. Карты прогнозной оценки битумов по категории Д1, Д2
Поисковый	Подготовка объектов к поисковому бурению	Зоны битумонакопления	Подготовка битумоносных объектов к поисковому бурению	Бурение структурно-поисковых скважин, проведение комплекса геофизических исследований в скважинах	Определение типа ловушек, вмещающих скопления битумов, и их возможных размеров. Составление проектов поискового бурения. Оценка запасов битумов по категории С3 и частично С2
	Поиски месторождений битумов и оценка их запасов	Битумоносные объекты в пределах зон битумонакопления	Поиск и открытие месторождений битумов, предварительная оценка их запасов	Бурение поисковых скважин с полным отбором керна. Определение битумонасыщенности, коллекторских свойств и физико-химических особенностей битумов и содержания в них V, Ni, S и других элементов. Проведение геофизических исследований в скважинах	Выявление и составление предварительной характеристики строения месторождения битумов, определение подсчетных параметров и оценка запасов битумов по категории С2 и частично С1
Разведочный	Разведка залежей битумов и подсчет их запасов	Месторождения битумов (залежи)	Изучение геологического строения месторождений: а) пластового залегания - типа залежи, мощности продуктивные горизонтов их коллекторских свойств, гидрогеологических и гидродинамических особенностей; б) жильного залегания - простирания и падения жил, мощности и разветвлённости жил	Бурение разведочных скважин, проведение комплекса геофизических и гидрогеологических исследований. Для битумов класса мальт опробование скважин на приток, для битумов класса озокерита на приток вод и определение газового фактора	Подсчет промышленных запасов битумов категории C1 и, возможно, В, оценка способов извлечения битумов из пород и выделения участков для проведения опытно-промышленной эксплуатации
	Опытно-промышленные работы по извлечению битумов из пород	То же	Выбор наиболее экономичных способов разработки месторождений для извлечения битумов вязкой и твердой консистенции (мальты, асфальты, асфальтиты, озокериты)	Бурение разведочных и специальных (для закачки флюидов, пара и т. д.) скважин для залежей класса мальт	Подсчет промышленных запасов, проектирование способов разработки, подготовка месторождения к промышленному освоению