УДК 553.98:532.311.8(571.56)

Аномальные пластовые давления в осадочных породах Якутии

Ю.И. ЯКОВЛЕВ (ВСКЛ ВНИИгаза)

Практически все изученные глубоким бурением районы Якутии характеризуются развитием зон АВПД и АНПД. Зоны АВПД отмечены здесь в верхнепалеозойском комплексе Хапчагайского вала - наиболее разведанном тектоническом элементе Вилюйской синеклизы, в палеозойском комплексе восточной части Ыгыаттинской впадины, в юдомском (вендском) комплексе Березовской впадины, в некоторых частях карбонатного разреза нижнего кембрия Непско-Ботуобинской антеклизы. Зоны АНПД распространены более широко, охватывают подмерзлотные части мезозоя обширных территорий Вилюйской синеклизы и северного склона Алданской антеклизы, прифундаментные части древнепалеозойских и докембрийских отложений Непско-Ботуобинской антеклизы и некоторых изученных глубоким бурением площадей Сунтарского свода, Кемпендяйской впадины, Алдано-Майского прогиба.

Коэффициенты аномальности - отношение пластового давления к условному гидростатическому - изменяются в широких пределах - от 0,7 до 1,45. Причины образования аномальных пластовых давлений в недрах Якутии анализировались в многочисленных публикациях [1-5,7]. Но практически в литературе не освещался вопрос о связи АНПД и АВПД, решение которого имеет не только научное, но и практическое значение. Формы таких связей проявляются прежде всего в распределении гидродинамического потенциала как по разрезу осадочных отложений, так и по простиранию отдельных литолого-стратиграфических комплексов.

Результаты глубокого бурения в различных регионах Якутии выявили наличие трех основных типов гидрогеологических разрезов.

Разрезы первого типа (рисунок, а) составляют зоны АНПД в верхах разреза, нормальных гидростатических давлений в средней и зоны АВПД в нижней его части. Это обусловливает положительное, т. е. увеличивающееся с глубиной, изменение гидродинамического потенциала (приведенного пластового давления). Такой тип разреза характерен для месторождения Хапчагайского вала (Средневилюйское, Толон-Мастахское, Соболох-Неджелинское и др.).

Разрезы второго типа (см. рисунок, б) включают зоны АНПД в подмерзлотной части и близких к нормальным гидростатическим давлениям во всей остальной. При небольших значениях коэффициента аномальности в зоне АНПД разрез этого типа имеет одинаковые значения гидродинамического потенциала. Близкими к такому типу являются разрезы Среднетюнгского месторождения и площадей Хоргочумской моноклинали (Андылахская, Тюкян-Тюнгская, Нижнехоргочумская и др.) с терригенным осадочным чехлом мезозойского и верхнепалеозойского возраста, а также разрез Айхальской, Мархинской и других площадей южного склона Анабарской антеклизы с преимущественно карбонатным осадочным чехлом нижнепалеозойского возраста.

Разрезы третьего типа (см. рисунок, в) характеризуются близкими к нормальным гидростатическими давлениями в верхней и зонами АНПД (со все увеличивающейся с глубиной аномальностью пластового давления) в нижней его части. Это обусловливает отрицательное, т. е. уменьшающееся с глубиной, изменение гидродинамического потенциала. Такой тип разреза свойствен месторождениям и разведочным площадям Якутии в пределах Непско-Ботуобинской НГО (Среднеботуобинское, Верхневилючанское, Вилюйско-Джербинское, Иреляхское, Тас-Юряхское и др.) с преимущественно карбонатно-галогенным осадочным чехлом нижнепалеозойского возраста.

В Иркутской части Непско-Ботуобинской НГО (Аянская, Даниловская, Марковская, Ярактинская площади) встречены разрезы еще одного типа (см. рисунок, г), в которых развиты близкие к нормальным гидростатические давления в верхней части разреза, зоны АВПД на уровне осинского горизонта и близкие к нормальным гидростатические давления или зоны АНПД в нижней части. Это обусловливает положительное значение гидродинамического потенциала в верхней части разреза до уровня осинского горизонта и отрицательное - от уровня осинского горизонта до фундамента.

Градиенты приведенных пластовых давлений как векторные силы ослабляют или усиливают флюидоупорные свойства покрышек, особенно при гидравлической связи водоносных и продуктивных комплексов в разрезе. Такая связь осуществляется, в частности, по тектоническим нарушениям, которых на большинстве месторождений Якутии выявлено достаточно много.

При уменьшении гидродинамического потенциала в направлении к дневной поверхности градиенты приведенных давлений и сил всплывания УВ складываются, способствуя усилению восходящей миграции последних. Например, в пределах Хапчагайского вала градиенты сил всплывания газа составляют 0,008-0,0085 МПа/м, а сил всплывания нефти - 0,0015-0,002 МПа/м. Но при этом средний градиент приведенных давлений, увеличивающий силу всплывания УВ, составляет для различных месторождений Хапчагайского вала 0,0035-0,005 МПа/м. Таким образом, за счет данного градиента сила всплывания газа увеличивается в 1,4-1,6 раза, а сила всплывания нефти - в 3-4 раза.

При уменьшении гидродинамического потенциала в направлении к кристаллическому фундаменту векторы градиентов приведенных давлений и сил всплывания УВ оказываются разнонаправленными, т. е. градиент приведенного давления препятствует всплыванию нефти и газа. При этом в зависимости от соотношения величин этих градиентов восходящая миграция УВ может сменяться на нисходящую [6]. Например, в подсолевом комплексе нижнекембрийских отложений Вилючанской седловины, соединяющей Непско-Ботуобинскую антеклизу с Сунтарским сводом, градиенты сил всплывания газа составляют 0,01 - 0,012 МПа/м, а сил всплывания нефти - 0,0046-0,005 МПа/м. Но при этом средний градиент приведенных давлений, препятствующий всплыванию УВ, составляет для различных интервалов разреза 0,004-0,02 МПа/м. Таким образом, он чаще всего превышает градиент силы всплывания нефти и нередко градиент силы всплывания газа.

В условиях блокового строения месторождений этого региона, наличия многочисленных дизъюнктивных нарушений и гидравлической связи продуктивных горизонтов существуют объективные условия для нисходящей миграции УВ.

Такая миграция выявлена при разведке Верхневилючанского месторождения. Здесь между юряхским и нижележащим харыстанским продуктивными горизонтами обнаружена гидравлическая связь по субмеридиональному проводящему разлому, который трассируется через сводовую часть структуры. Гидравлическая связь подтверждается наличием пьезоминимума и обводнением приразломных сводовых скважин в юряхском и соответствующего ему в плане пьезомаксимума в харыстанском продуктивных горизонтах. При этом в харыстанском горизонте в сводовых скважинах были получены незначительные притоки и признаки нефти и воды, а газовая залежь в соответствии с распределением гидродинамического потенциала в харыстанском пласте оказалась смещенной на южное крыло структуры. Нисходящая миграция нефти из юряхского в харыстанский горизонт подтверждается также получением незначительных притоков и многочисленных признаков нефти из разделяющей эти горизонты иктехской свиты (кудулахская, успунская и телгеспитская пачки).

Следовательно, связь АВПД и АНПД по разрезу осадочных отложений выражается в увеличении градиента приведенных пластовых давлений, который усиливает восходящую миграцию или препятствует ей. В этом аспекте связь АВПД и АНПД выражается как фактор формирования и переформирования месторождений нефти и газа.

Действительно, в первом и втором типах гидрогеологических разрезов условия для восходящей миграции УВ наиболее благоприятные, что способствует формированию многозалежных месторождений. В гидрогеологических разрезах третьего и четвертого (Марковский) типов существуют условия для нисходящей миграции УВ, что способствует гидродинамическому «прижиманию» залежей УВ к подошвенной части осадочного чехла. Думается, что многоэтапное проявление траппового магматизма на Сибирской платформе существенно увеличивало градиенты приведенных давлений в направлениях от внутриформационных очагов внедрения магмы (имеющих чаще всего «пластовый» характер) к дневной поверхности и кристаллическому фундаменту. Это усиливало восходящую миграцию пластовых флюидов в надынтрузивных отложениях и нисходящую миграцию в подынтрузивной толще осадков, особенно в условиях дизъюнктивной нарушенности пород, сопровождающей проявление траппового магматизма.

Фактическое размещение залежей УВ в месторождениях Якутии не противоречит выделенным типам гидрогеологических разрезов. Так, на месторождениях Хапчагайского вала и на Среднетюнгской площади открыто до 10-15 залежей в интервале разреза около 2000 м от верхнепермских до верхнеюрских отложений. Наоборот, в пределах Непско-Ботуобинской антеклизы основные промышленные залежи УВ выявлены в прифундаментных частях осадочного чехла. Последнее является, по-видимому, одной из причин существующего и существовавшего в геологическом прошлом распределения гидродинамического потенциала в подсолевых отложениях, усиливаемого, в частности, проявлением траппового магматизма.

Изменение гидродинамического потенциала, в том числе связь зон АВПД и АНПД, по простиранию литолого-стратиграфических комплексов изучено пока совершенно недостаточно, что связано с общей весьма слабой изученностью территории Якутии глубоким бурением. Интересно, например, проследить переход зоны АНПД в докембрийских отложениях Непско-Ботуобинской антеклизы в зону АВПД в этих же отложениях Березовской впадины (Усть-Бирюкская площадь). Связан ли этот переход с заливообразным «внедрением» Березовской впадины в пределы Патомского нагорья или с другими причинами, может показать только бурение новых глубоких скважин в этом регионе, которое здесь разворачивается в последнее время. По этой причине не прослежен переход от зоны АВПД в верхнепермских отложениях Хапчагайского вала к нормальным гидростатическим давлениям в этих же отложениях на северо-западном борту Вилюйской синеклизы.

Совершенно очевидно, что уменьшение гидродинамического потенциала в пределах отдельных литолого-стратиграфических комплексов способствует латеральной миграции пластовых флюидов, в том числе УВ, и формированию залежей в зонах развития пьезоминимумов. Например, самый низкий гидродинамический потенциал в Якутии выявлен пока в венд-рифейских отложениях Вилючанской перемычки (Верхневилючанское, Вилюйско-Джербинское месторождения), которая расположена на стыке четырех крупнейших тектонических элементов: Непско-Ботуобинской антеклизы, Ыгыаттинской впадины, Сунтарского свода и Нюйско-Джербинской впадины Предпатомского прогиба. Здесь же выявлены залежи газа в древнейших осадочных отложениях, залегающих на кристалическом фундаменте. Минимальный гидродинамический потенциал в этом тектонически напряженном узле [7] обусловливает развитие как горизонтального, так и отрицательного вертикального градиентов приведенных пластовых давлений, которые способствуют соответственно как латеральной, так и нисходящей вертикальной миграции УВ. Это, в свою очередь, не противоречит условиям формирования (в том числе современного переформирования) залежей УВ в самом основании осадочного чехла и даже в коре выветривания фундамента.

Таким образом, изучение связи зон АВПД и АНПД помимо научного имеет и большое практическое значение для анализа древнего и современного распределения гидродинамического потенциала водонапорных систем, условий формирования месторождений и, как следствие, целенаправленных поисково-разведочных работ на нефть и газ в конкретных регионах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анциферов А.С. О причинах аномально низких пластовых давлений в нефтегазоносных отложениях Непско-Ботуобинской антеклизы. -Докл. АН СССР, 1978, т. 242, № 5, с. 1130-1132.

2. Гинсбург Г.Д., Гуревич А.Е., Резник А.Д. О причинах низких пластовых давлений на севере Сибири. - Сов. геология, 1971, № 9,с. 45-58.

3. Условия и время формирования газоконденсатных залежей в пермо-триасовых отложениях Хапчагайского вала / С.П. Максимов, В.Н. Ларкин, А.М. Бриндзинский, В.Е. Бакин. - Геология нефти и газа, 1979, № 4, с. 22-27.

4. Фукс А.Б., Фукс Б.А. Причины различных пластовых давлений и газоконденсатных залежей Непского свода. - Геология нефти и газа, 1976, № 10, с. 45-48.

5. Яковлев Ю.И., Семашев Р.Г. Гидродинамическое обоснование выделения водонапорных систем депрессионного типа. - Геология нефти и газа, 1982, № 9, с. 23-27.

6. Яковлев Ю.И., Семашев Р.Г. Роль нисходящей фильтрации углеводородов при формировании месторождений Восточной Сибири. - Докл. АН СССР, 1984, т. 275, с. 476-478.

7. Яковлев Ю.И., Семашев Р.Г. К вопросу о роли разломной тектоники фундаментов в формировании гидродинамических режимов осадочных отложений. - Докл. АН СССР,1982, т. 266, № 2, с. 436-438.

Рисунок Распределение пластового, условного гидростатического и приведенного пластового давления по разрезу мезозойских, верхнепермских и нижнепалеозойских отложений западной части Хапчагайского вала (а), Среднетюнгского месторождения (б), Верхневилючанской и Вилюйско-Джербинской (в), Марковской и Аянской (г) площадей.

Давление: 1 - пластовое, 2 - условное гидростатическое, 3 - приведенное пластовое (гидродинамический потенциал), 4 - замеренное пластовое, 5 - расчетное приведенное пластовое