|
УДК 553.98.041:551.75:551.345(571.5) |
Перспективы газонефтеносности зон выходов фанерозойских отложений районов мерзлоты Восточной Сибири
С.П. НИКИТИН (ИФТПС)
Одной из характерных особенностей Восточно-Сибирской платформы является значительное охлаждение верхней части разреза осадочного чехла почти на всей ее территории [1]. Это охлаждение произошло в период четвертичного оледенения и в определенной мере поддерживается сейчас суровыми современными климатическими условиями [3].
Длительное существование низких температур в осадочных породах привело к возникновению толщи многолетнемерзлых пород (ММП), переходу углеводородных газов в твердое - газогидратное состояние и возможному образованию мощной региональной покрышки из ММП и газовых гидратов. Газонефтяной потенциал верхов разреза до глубин 1000-1500 м считается невысоким из-за отсутствия надежных изолирующих покрышек. Однако отмеченные обстоятельства позволяют иначе взглянуть на перспективы газонефтеносности верхней части осадочного чехла платформы и в особенности зон выходов коллекторских толщ различного возраста на дневную поверхность по бортам синеклиз, впадин и прогибов.
Мощность зоны пород с отрицательными температурами (глубина залегания нулевой изотермы) изменяется от первых десятков и сотен метров на юге платформы и в краевых ее частях до 1400-1500 м в центральной части (Анабарская антеклиза). Толща ММП присутствует практически на территории всей платформы, но сплошное ее распространение прослеживается до широты г. Олекминска, южнее которого она становится прерывистой и островной [5]. Мощность ММП изменяется от первых десятков метров на юге платформы до 500-650 м на ее севере и востоке, т. е. в районах накопления мезозойских отложений.
Низкие температуры пород обусловили переход пластовых углеводородных газов из обычного состояния в твердое, т.е. в газовые гидраты[4]. Интервал геологического разреза, в котором этот переход возможен, называется зоной гидратообразования (ЗГО) [2,6]. В толщах коллекторов ЗГО весь газ или основная его часть находится в твердом состоянии и не может перемещаться в породах. Согласно геологическим и геотермическим данным, а также составу пластовых вод и газов, пластовым давлениям в условиях платформы газы находятся в твердом состоянии почти повсеместно к северу от широты г. Олекминска на глубинах до 1000-2000 м. Южнее газогидраты могут встречаться локально, в местах развития низких температур. Расчеты и построения показывают, что подошва ЗГО располагается на глубинах от 400 до 2000 м и более (рис. 1) много ниже подошвы ММП, т. е. большая часть ЗГО расположена под толщей ММП, как бы наращивая последнюю снизу. Вода и газ, переходя в порах в неподвижную твердую фазу, неспособную к миграции, делает эти поры непроницаемыми и закупоривает коллекторы, превращая их из проницаемых пород в непроницаемые, т.е. в криогенную (гидратомерзлотную) экранирующую толщу (покрышку). На возможность этого явления впервые было обращено внимание в работах [2, 6, 7].
Степень надежности криогенной покрышки зависит от суммарного действия ряда факторов, главные из которых - температура пород, минерализация воды, состав газа и пластовые давления. Различное сочетание этих факторов в разных районах платформы обусловливает неодинаковую толщину и надежность этой покрышки. Экранирующая способность толщи ММП в области ее сплошного распространения в целом может считаться довольно высокой. Несмотря на наличие в ней таликов под днищами крупных озер и рек, в региональном плане она обеспечивает хорошую изоляцию верхней части разреза. Об этом убедительно свидетельствуют такие факты, как застойный режим пластовых вод и аномально низкие пластовые давления в отмеченной части разреза. Достаточно отметить, что почти во всех пробуренных скважинах под толщей ММП пластовые давления на 1,5-2,5 МПа ниже нормальных гидростатических.
Изолирующие свойства пластов, насыщенных газогидратами в ЗГО, также могут быть высокими. При заполнении ими 0,65-0,7 объема пор порода становится практически непроницаемой [7]. Выяснилось также, что вода и жидкие УВ хорошо смачивают газогидраты, поэтому превращение таких пластов-коллекторов в покрышку произойдет при меньшем заполнении объема пор гидратами.
Таким образом, толща ММП и ЗГО в совокупности могут быть хорошей региональной покрышкой для верхней части осадочного чехла платформы. Эта криогенная покрышка распространена в северной и центральной частях платформы, простираясь на юг примерно до широты г. Олекминска. Верхняя ее граница совпадает с дневной поверхностью рельефа, нижняя - с подошвой ЗГО, а мощности будут примерно соответствовать значениям глубин залегания подошвы ЗГО (см. рис. 1). Наибольшие мощности криогенной покрышки и ее надежность будут в областях развития мезозойских отложений, имеющих небольшую минерализацию пластовых вод (Вилюйская синеклиза, Приверхоянский и Лено-Енисейский прогибы). В областях платформы, где распространены подземные воды с высокой минерализацией, мощности и надежность покрышки будут несколько меньше.
Рассмотрение ММП и ЗГО в качестве криогенной покрышки показывает, что в ней (ЗГО) и под ней может происходить накопление УВ в твердом, газообразном и жидком состояниях. Оно осуществляется за счет аккумуляции УВ, выделяющихся из пластовых вод под действием ЗГО, УВ, мигрирующих по пластам и рассеивающихся при «газовом дыхании» Земли, а также скопившихся в интервале ЗГО в залежи до понижения температур разреза (под местными глинистыми покрышками) Можно добавить, что УВ, которые в других провинциях рассеиваются из верхов осадочного чехла, в районах наличия ММП и ЗГО не улетучиваются, а накапливаются под гидратомерзлотной покрышкой и внутри нее в обычном и твердом состояниях.
Аккумуляция УВ, выделившихся из пластовых вод под действием ЗГО свойственна областям с низкими температурами разреза. При понижении пластовой температуры в результате снижения пластового давления и уменьшения количества растворенного газа в воде при образовании гидратов происходит выделение растворенного в подземных водах газа [2, 6] Этот процесс может протекать даже при недонасыщенности пластовых вод. В природных условиях он вносит, вероятно, значительный вклад в общее накопление УВ в низкотемпературной части разреза. Надо заметить, что накопление УВ в ЗГО и под ней происходило с начала самаровско-тазовского холодного времени плейстоцена до настоящего времени, т.е. около 1 млн. лет [3].
В результате аккумулирующего действия ЗГО и наличия гидратомерзлотной покрышки в благоприятных условиях верхней части разреза могут формироваться залежи газогидратных и обычных УВ, причем газогидратные залежи будут образовываться в ЗГО, а обычные - под ЗГО или в нижней ее части, в связи с чем их можно назвать подгидратными. В этом аспекте особый интерес будут представлять зоны выходов осадочных отложений на дневную поверхность по бортам прогибов и впадин, перекрытых рассматриваемой покрышкой.
В пределах Восточно-Сибирской платформы имеется значительное количество зон выходов стратиграфических комплексов отложений, содержащих в своем составе коллекторские толщи. На востоке это меловые и юрские отложения на бортах Вилюйской синеклизы и Предверхоянского прогиба, на севере - отложения мела, юры, триаса и перми окраин Лено-Енисейского прогиба, на западе - триасовые и палеозойские отложения краевых частей Тунгусской синеклизы (см. рис. 1). Есть также зоны выходов нижнепалеозойских отложений, связанных с Анабарским кристаллическим щитом. Общая протяженность указанных зон составляет несколько тысяч километров, а мощность коллекторских толщ в них может достигать десятков метров при хороших коллекторских свойствах.
Зоны, связанные с выходами отложений на дневную поверхность в обычных условиях, не интересны для поисков нефти и газа. Иное дело в областях развития ММП и ЗГО. Здесь выходящие на дневную поверхность коллекторы перекрыты надежной криогенной покрышкой мощностью в сотни метров. Естественно допустить, что при наличии такой покрышки УВ, мигрирующие по пластам-коллекторам из центральных частей прогибов и впадин, не рассеиваются в атмосферу, а накапливаются под «температурным» экраном. Причем в ЗГО будет происходить накопление газа в твердом (формирование газогидратных залежей), а под ЗГО - газа в свободном состоянии или нефти (рис. 2).
Зоны выходов отложений на дневную поверхность в районах развития ММП и ЗГО, возможно, являются региональными областями газонефтенакопления в Восточной Сибири. Значительная протяженность таких областей, относительно конкретное местоположение в плане и небольшая глубина нахождения возможных залежей дают основание предполагать вероятную перспективность этих областей на газ и нефть. Причем наиболее перспективны зоны выходов мезозойских отложений по бортам Вилюйской синеклизы, Приверхоянского и Лено-Енисейского прогибов, так как в связи с низкой минерализацией пластовой воды гидратомерзлотная покрышка имеет здесь наибольшую надежность. К сожалению, недостаток данных бурения не позволяет провести более детальное районирование отмеченных областей.
В зонах выходов осадочных отложений на бортах прогибов и впадин платформы залежи УВ могут быть выявлены структурно-поисковыми скважинами глубиной 1000-1500 м. Выделение газогидратных пластов в разрезах скважин может производиться по материалам полного комплекса стандартных промыслово-геофизических исследований с использованием специфических приемов интерпретации [6]
Подгидратные залежи находятся в той части разреза, где термодинамические условия близки к условиям гидратообразования, и при нарушении пластового режима скважиной в породах вокруг нее может произойти новообразование газогидратов и закупорка продуктивного пласта. Поэтому вскрытие и опробование предполагаемых продуктивных интервалов под ЗГО надо производить с добавлением в промывочную жидкость веществ, препятствующих гидратообразованию в породах, - метанола, хлористого кальция и т. д. [6]. При соблюдении необходимой технологии буровых работ в зонах выходов палеозойских и мезозойских отложений по бортам прогибов и впадин Восточной Сибири возможно открытие новых неглубокозалегающих газовых и нефтяных месторождений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Геология и нефтегазоносность осадочных бассейнов Восточной Сибири. Под ред. В.В. Забалуева, Л., Наука, 1980.
2. Макогон Ю.Ф. Гидраты природных газов. М., Недра, 1974.
3. Марков К.К. Четвертичный период. М., Изд-во МГУ, 1965.
4. Свойство природных газов находиться в земной коре в твердом состоянии и образовывать газогидратные залежи / Н.В. Черский, А.А. Трофимук, Ю.Ф. Макогон и др.- В кн.: Открытия СССР, 1968-1969 гг. М., 1970, с. 1-5.
5. Фотиев С.М. Геокриологические условия Средней Сибири. М., Недра, 1974.
6. Царев В.П. Особенности формирования, методы поиска и разработки скоплений углеводородов в условиях вечной мерзлоты. Якутск, Якутское книжное изд-во, 1976.
7. Черский Н.В., Царев В.П., Никитин С.П. Перспективы приращения ресурсов природного газа за счет освоения газогидратных и подгидратных залежей.- Бюл. НТИ Якутск, фил, СО АН СССР, 1982, № 12, с 5-8.
Рис. 1. Принципиальная схема распространения предполагаемых областей возможных залежей УВ (газогидратных и подгидратных) в зонах выходов палеозойских и мезозойских отложений Восточной Сибири.
1 - изолинии относительных глубин залегания современной подошвы зоны гидратообразования (м); 2 - точки со значениями относительных глубин залегания современной подошвы зоны гидратообразования (м); 3 - предполагаемые перспективные области (зоны выходов осадочных отложений); 4 - выходы на дневную поверхность архей-нижнепротерозойских кристаллических пород, границы: 5 - распространения зон гидратообразования, 6 - Восточно-Сибирской платформы, 7 - распространения мерзлоты сплошного типа
Рис. 2. Принципиальная схема возможного накопления УВ в зоне выхода на поверхность коллекторских толщ низкотемпературной части разреза.
1 - толща вечной мерзлоты; 2 - ЗГО; 3 – газогидратная залежь; 4 - подгидратная залежь газа; 5 – подгидратная залежь нефти; 6 - непроницаемые толщи; 7 – поднятие кристаллических пород; 8 - направление миграции УВ