УДК 622.248

Одна из возможных причин газовых выбросов в толщах многолетнемерзлых пород

В.С. ЯКУШЕВ (ВНИИгаз)

Газовые выбросы различной интенсивности часто наблюдаются при разведочном и эксплуатационном бурении на нефть и газ, а порой и при инженерно-геологическом бурении в толщах многолетнемерзлых пород. Обычно причиной их возникновения считается перетекание газа из нижележащих продуктивных горизонтов по тектоническим нарушениям, сквозным таликам и близлежащим скважинам. Но, по материалам ряда организаций, ведущих поисково-разведочное и инженерно-геологическое бурение (ТюменНИИгипрогаз, Уренгойгаздобыча, Ямбурггаздобыча), выбросы и другие газопроявления часто фиксируются в тектонически спокойных районах и не подвергавшихся ранее глубокому бурению, где перетекание газа из нижележащих горизонтов маловероятно. На пути миграции газа должны находиться весьма слабопроницаемые для газа мерзлые породы, а в области распространения мощных толщ мерзлоты - зона гидратообразования.

Эти два фактора делают невозможной даже интенсивную диффузию газа в приповерхностные отложения, и тем более - накопление его в количествах, фиксируемых при газопроявлениях. Кроме того, эти выбросы - обычно результат вскрытия газовых карманов с повышенным давлением. Но повышенное давление может формироваться только при наличии активно действующей связи с нижележащими продуктивными горизонтами, которая в монолитной мерзлой толще отсутствует. Следовательно, повышенное давление возникает по каким-то другим причинам.

Одной из них может быть палеогидратообразование в приповерхностных отложениях (на глубине 20-200 м) при эпигенетическом и субаквальном сингенетическом промерзании. Возможность наличия газогидратов выше кровли зоны гидратообразования подтверждается обнаружением их во льду Байкала [3], где были зафиксированы выходы УВ-газов со дна озера. На стенках сформированных газами полостей образовывались кристаллы газогидратов, доминирующую роль в составе которых играл гидрат метана. Струйное выделение газа при вскрытии полостей и куполообразное вздутие льда над некоторыми полостями говорит о повышенном давлении внутри. Следовательно, замерзание воды приводило к сжатию газовых пузырей, повышению давления в них и гидратообразованию.

В осадочных отложениях этот процесс должен иметь еще более интенсивные формы.

Замерзание водонасыщенных отложений должно, с одной стороны, приводить к вытеснению свободного газа в подмерзлотное пространство, а с другой - к дегазации поровых вод при образовании льда, т. к. растворимость газа во льду на порядок ниже, чем в воде [2]. Эти процессы приводят к накоплению газа под фронтом промерзания. При наличии экранирующего газонепроницаемого горизонта дальнейшее промерзание приведет к концентрации и сжатию газа, и, при достижении необходимых термобарических условий, к гидратообразованию (рис.). Последнее может происходить при промерзации таликов (аналогично возникновению булгунняхов). Давление, развивающееся при этих условиях, по-видимому, значительно превышает необходимое для гидратообразования.

Таким образом, возникновение гидратонасыщенных отложений может происходить с первых десятков метров мерзлой толщи, что объясняет факты газопроявлений из приповерхностных мерзлых грунтов при бурении и проходке шурфов.

Существование приповерхностных гидратонасыщенных отложений подтверждается исследованиями газовых выбросов из первых 100 м мерзлой толщи на Ямбургском газоконденсатном месторождении. По данным Ямбурггаздобычи, на некоторых скважинах в кустах 210, 211, 270 отмечались газопроявления различной интенсивности при проходке интервала под кондуктор. При анализе результатов различных исследований на некоторых скважинах удалось выделить характерные для гидратонасыщенных отложений признаки: разгазирование бурового раствора, интенсивное кавернообразование, резкое увеличение значений кажущегося сопротивления, слабая дифференциация кривой ПС и др. Эти признаки совпадают с результатами специальных исследований гидратонасыщенных отложений, проведенных на месторождении Прадхо Бей [4].

Так, например, в скв. 2115 Ямбургского месторождения наблюдалось газопроявление, которое началось после спуска и цементажа направления (т. е. с началом интенсивного растепления окружающих пород) на глубине 70-100 м. Выделение газа поначалу усиливалось с увеличением ореола растепления, затем начинало ослабевать. Прекращение выделения газа, по-видимому, связано с «самозакупориванием» гидратоносных отложений, т. е. заполнением пор льдом после разложения гидратов в околоскважинном пространстве, вследствие миграции поровой влаги к фронту протаивания. После закупоривания пор давление в газогидратной залежи вновь поднялось до равновесного (в результате разложения небольшой части газогидратов) и залежь вновь стала относительно стабильной.

Если рассматривать запасы газа в такой реликтовой или «погребенной» газогидратной залежи [1], то их определение упирается в сложность оценки площадного распространения гидратонасыщенных отложений. Подобные залежи могут обладать значительным распространением, а могут представлять собой и небольшие пропластки в толще мерзлых пород, имеющие локальное распространение.

Тем не менее, практика обустройства газовых и нефтяных месторождений Севера требует учета возможности газовых выбросов из таких, реликтовых внутримерзлотных газогидратных залежей. Использование газа этих залежей может принести ощутимую пользу при решении проблемы энергоснабжения мелких поселков и полевых партий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Головань А.П., Ушаков Ю.В. О распространении газовых гидратов в криолитозоне // Материалы XII научной конференции аспирантов и молодых ученых. МГУ. Мерзлотоведение. Деп. ВИНИТИ.- № 4353.- 1985.
Старобинец И.С., Мурогова Р.Н. Экранирующая и проводящая роль пород криолитозоны по отношению к миграционным углеводородам // Геология нефти и газа. - 1985.- № 1.-С. 24-27
Новые данные о процессах фракционирования гелия, тяжелых углеводородов и изотопов метана в зонах гидратообразования. А.А. Трофимук, Н.В. Черский, В.С. Лебедев и др.// Геология и геофизика. - 1983.- № 2.- С. 3-11
Collett Т.S. Detection and Evaluation of Natural Gas Hydrates from well Logs. Fairbanks. Alaska. 1983.

Рисунок

Образование газогидратной залежи при промерзании эпигенетическом (I), субаквальном сингенетическом (II).

Стадии: а - начало промерзания, б - сжатие газа, в - образование газогидратов. 1 - фронт промерзания, 2 - коллектор, 3 - газонасыщенные породы, 4 - вода, 5 - газонепроницаемый слой, 6- газогидраты