К оглавлению	УДК 553.981:54-16
	© М.С. Крайчик, С.С. Челышев, Е.И. Кудрявцева, 1991

О современном состоянии проблемы природных газогидратов

М. С. КРАЙЧИК, С. С. ЧЕЛЫШЕВ, Е. И. КУДРЯВЦЕВА (ВНИГРИ)

Проблеме природного гидратонасыщения осадочного чехла более 20-ти лет, однако до сих пор она не вышла за рамки научной дискуссии из-за недостаточно развитой экспериментальной и теоретической базы исследований, а также ее практических аспектов, связанных с отсутствием специальной технологии проходки, вскрытия и опробования той части геологического разреза, в которой имеют место термодинамические условия для стабильного существования УВ-газов в твердом, газоообразном состоянии.

По-прежнему проблема решается на основе понятия о зоне возможного гидратообразования (ЗВГО), под которой понимается часть геологического разреза осадочных пород, имеющая термодинамические (термобарохимические) условия для образования и стабильного существования природных газовых гидратов. Однако до сих пор теоретически и экспериментально недостаточно аргументирована адекватность возможного процесса гидратообразования в природной пористой среде и в свободном объеме газ-вода. Не учитывается, хотя и декларируется влияние пористой среды на процесс природного гидратообразования при ограниченности экспериментальных исследований этого процесса. До сих пор не установлено прямое гидратонасыщение геологического разреза нефтегазоносных территорий. Отсутствуют апробированные полевые и скважинные методы, в том числе и геофизические, поиска природных газогидратных залежей и выделения в разрезе возможно гидратонасыщенных пластов. Существенным по-прежнему остается вопрос и об источнике газа-гидратообразователя, так как высокая объемная концентрация газа в твердом гидратном состоянии (до 170-200 объемов свободного газа в единице объема газового гидрата) определяет необходимость поступления в ЗВГО значительных его объемов для формирования гомогенных газогидратных залежей, которые могли бы иметь промышленное значение.

Н.В. Черский, Ю.Ф. Макогон, В.П. Царев в возможном природном гидратонасыщении разреза определенную роль отводят водорастворенным газам, которые, минуя газовую фазу, могут при превышении давления насыщения воды газом над давлением гидратообразования и периодической вертикальной миграции подошвы ЗВГО приводить к природному гидратонасыщению верхней охлажденной части геологического разреза. Это обеспечивает дополнительную аккумуляцию и консервацию в твердом состоянии значительных масс газообразных УВ (более 95 % ресурсных оценок газа) в ЗВГО. Однако этот механизм формирования природного гидратонасыщения представляется недостаточно корректным.

Как свидетельствуют фактические данные, региональная газонасыщенность подземных вод УВ-газами интервала ЗВГО менее 0,5 м3/м³. Расчеты свидетельствуют, что практически на всех нефтегазоносных территориях СССР с зоной стабильного сохранения газогидратов давление насыщения вод растворенными газами меньше величины давления гидратообразования. Выполнение же условия для гидратообразования из водорастворенных газов без учета кинетики процесса имеет место лишь как исключение и только в зонах ГВК и ВНК. Последние ограниченно распространены на валу Сорокина в Тимано-Печорской провинции (ТПП) (верхнетриасовые залежи тяжелых нефтей), в газовых месторождениях Енисейско-Хатангской (Мессояхском, Казанцевском, Пеляткинском, Джангодском, Северо-Селенинском), Лено-Вилюйской провинций, на Средневилюйском и Бадаранском месторождениях.

Помимо этого, отметим, что экспериментально полученное снижение растворимости газов при образовании гидратных пленок в 2-3 раза противоречит законам классической термодинамики, теории механики грунтов при увеличении пластовых давлений в пластах-коллекторах за счет нагрузки ледников; также неоднозначна оценка распространения вниз по разрезу охлаждающей его температурной волны, утверждения о вертикальной миграции из разлагающихся газогидратов (в периоды потепления) в значительно недонасыщенной природной среде ошибочны и т. п.

В сложившейся ситуации приходится признать, что количественные оценки ресурсов газа, сосредоточенных в ЗВГО суши нефтегазоносных территорий СССР преимущественно в твердой фазе, весьма проблематичны и слабо обоснованы. Это относится и к оценке А.Н. Воронова и Е.С. Баркана [1], выполненной традиционным методом геологических аналогий, накопленных дополнительно в соответствии с величиной вертикальной амплитуды миграции подошвы палео-ЗВГО. Но в этом случае была интенсивно завышена плотность геологических ресурсов, экстраполированная в ЗВГО из нижних продуктивных участков осадочного разреза нефтегазоносных провинций СССР.

В настоящее время с большей вероятностью можно полагать, что источником газа-гидратообразователя в ЗВГО нефтегазоносных территорий суши СССР являются катагенетические газы, мигрирующие в пределах локальных структур из нижележащих залежей УВ. Признание вторичного локального характера возможных современных газогидратных залежей на материках имеет место и в работе [4].

По фактическим данным, характеризующим термобарические, гидрохимические и газохимические условия геологического разреза нефтегазоносных территорий суши СССР, выделена зона стабильности газогидратов площадью распространения около 1,7 млн. км² и преобладающей мощностью 300-1000 м (рисунок). Ее кровля практически повсеместно располагается в толще многолетнемерзлых пород на глубинах до 200-300 м, а подошва - до 1000 м и более.

Выделить ЗВГО в осадочном чехле отдельных впадин Северо-Востока СССР в настоящее время не представляется возможным из-за полного отсутствия необходимых исходных данных (Момская, Зыряновская и др.) либо вследствие низкого качества и противоречивости этих данных (материковые участки Анадырской и Хатырской впадин).

В связи с тем, что в интервале ЗВГО выявлены лишь две газовые залежи (промышленная Мессояхская и забалансовая Средневилюйская), использовать общепринятые методы геологических аналогий для оценки ресурсов газа в ЗВГО не представилось возможным. Поэтому пришлось модифицировать и за условный эталон принимать территорию с выявленными ниже ЗВГО залежами газов на локальных структурах, предположив, что при дефиците заполнения ловушек газом учтено соотношение сроков существования залежей УВ и ЗВГО, а также изъяты соответствующие потери газа при его миграции через трещиноватую покрышку до подошвы ЗВГО и через криогенный флюидоупор на дневную поверхность:

где- прогнозные ресурсы газа по эталонному участку ЗВГО по n-локальным структурам, м³; - возможно максимальное заполнение ловушки в пределах нижней замкнутой изогипсы, м³; - фактическое заполнение ловушки в соответствии с наблюдаемым ГВК, м³; t - время существования ЗВГО, лет; Т - возраст возможного максимального заполнения ловушки до замка, лет; V_л - потери газа на остаточную газонасыщенность при вертикальной миграции через трещиноватую литологическую покрышку, м³; - потери газа на фильтрацию через криогенную покрышку за время существования ЗВГО, м³.

При этом время существования ЗВГО (t) принято равным 20-ти тыс. лет, соответствующим сартанской эпохе - главному климатическому минимуму плейстоцена. Возраст возможного максимального заполнения ловушек до замка (Т) оценен для нефтегазоносных провинций СССР интервалом 500 тыс.- 2 млн. лет. Потери газа через трещиноватую литологическую покрышку определяются в соответствии с рекомендациями, изложенными в работе [3], а через криогенный флюидоупор - [4], т. е.

где- объем трещиноватых пород покрышки над залежью в пределах контура газоносности, м³;- трещинная пористость пород покрышки, равная 0,1 %;-коэффициент остаточной газонасыщенности, равный 0,05-0,1; 1/3 - числовой коэффициент, учитывающий неравномерность распространения трещин и распределения избыточного давления по площади залежи;- вязкость газа, Па-с;- вертикальная проницаемость криогенного флюидоупора, м²;- сила всплывания пузырьков газа, Н; S - площадь в пределах контура газоносности, м².

Расчетами установлено, что в ЗВГО суши нефтегазоносных провинций СССР (Тимано-Печорской, Западно-Сибирской, Енисейско-Хатангской, Лено-Тунгусской и Лено-Вилюйской) ресурсы газа значительно ниже ресурсных оценок, выполненных Н.В. Черским, В.П. Царевым, Ю.Ф. Макогоном, А.Н. Вороновым и др. А в связи с тем, что прямое гидратонасыщение пород-коллекторов в ЗВГО на сегодня вообще не выявлено, можно полагать, что коэффициент гидронасыщения варьирует от 0 до 1 и соответственно ресурсы газа в твердой фазе также будут невелики. В последнем случае необходимо учитывать, что наличие газа в твердой фазе, естественно, будет отрицательно сказываться на величине извлекаемых ресурсов.

Однако без опытно-полигонных геологоразведочных работ проблему природного гидратонасыщения не вывести из области научных дискуссий. Поэтому исходя из перспектив газоносности ЗВГО осадочного разреза нефтегазоносных провинций СССР (см. рисунок), наличия геологических условий, благоприятных для возможного гидратообразования, состояния инфраструктуры поисково-разведочных работ, наиболее целесообразен выбор объектов для проведения опытно-полигонных поисковых геологоразведочных работ на газогидратные залежи в северных районах Западной Сибири, причем наиболее предпочтителен район Большого Уренгоя, где мощность термодинамической зоны стабильности газогидратов 300-400 м, а возможная гидратоносность может быть выявлена в проницаемых песчаных породах тибейсалинской свиты палеогена, отличающихся высокой пористостью (25-35 %). Абсолютная глубина залегания кровли перспективных отложений 240- 380 м, предполагаемая мощность возможно гидратонасыщенной части разреза 100-140 м. На каротажных диаграммах перспективные песчаники характеризуются кажущимися сопротивлениями 80-150 Омм, отрицательными аномалиями кривой спонтанной поляризации 25-50 мВ и значительной кавернозностью. Первоочередные площади опоискования: Самбургская, Южно-Самбургская, Табъяхинская, Северо-Есетинская, Северо-Пуровская, Яро-Яхинская, Восточно-Уренгойская, Усть-Ямсовейская.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баркан Е.С., Воронов А.Н. Оценка ресурсов газа в зонах возможного гидратообразования // Советская геология,- 1983.- № 8.- С. 26-29.

2. Гуревич А.Е. Практическое руководство по изучению движения подземных вод при поисках полезных ископаемых.- Л.: Недра.- 1980,- С. 216.

3. Миграция и рассеяние нефти и газа в платформенных условиях / Н.М. Кругликов, Л.Л. Багдасарян, И.А. Волков и др.- Л.: Недра.- 1986.- С. 212.

4. Трофимук А.А., Макогон Ю.Ф., Толкачев М.В. Роль газогидратов в аккумуляции углеводородов и формировании залежей. В кн.: Закономерности размещения углеводородных газов и сопутствующих им компонентов / М.: Наука,- 1987,- С. 31-38.

Abstract

On the modified basis of gas resource estimation within the reference areas by the geological analogue method, gas resources have been calculated for zones of possible hydrating on land of the oil-and gas-bearing provinces of the USSR. In the case of realization of the thermodynamic conditions of gas-hydrates formation, they may partially or fully be in a hard gas phase. The Bolshoi Urengoi area in northern Western Siberia has been recommended for carrying out pilot-proving ground investigations on detecting the natural saturation of sedimentary rocks with hydrates.

Рисунок Схема перспектив газоносности ЗВГО на нефтегазоносных территориях Севера СССР.

Границы: 1 - нефтегазоносных провинций, 2 - ЗВГО; категория перспектив: 3 - первая, 4 - вторая, 5 - третья, 6 - малоперспективная; 7 - первоочередная территория опоискования (Большой Уренгой)