Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

К МЕТОДИКЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СКОПЛЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГЕОТЕРМИЧЕСКИХ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Петин А.Н. 1 Немец К.А. 2 Немец Д.К. 3 Немец А.Д. 4
1 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»)
2 Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина
3 Украинский научно-исследовательский институт природных газов
4 Харьковская общеобразовательная школа №140
Предлагается методика оценки перспективности нефтегазоносных бассейнов и отдельных структурно-тектонических районов на основе комбинации термобарических, гидрогеологических, газогеохимических поисково-разведочных групп критериев. На первом этапе исследуются термобарические условия выбранного региона, строятся карты погружения определенных изотерм и карты пластовых температур на глубинных срезах. Геотемпературные исследования позволяют выделить позитивные геотемпературные аномалии и очертить перспективные участки с интенсивным тепломассопереносом. Геобарические исследования основаны на изучении распределения в разрезе гидростатических фоновых и аномально высоких пластовых давлений. На втором этапе исследуются строение водонапорной системы региона. Выделяются гидродинамические зоны и устанавливаются их гидрогеохимические особенности. Распределение концентраций компонентов и микрокомпонентов подземных вод анализируется в зависимости от глубины и современных пластовых температур. На третьем этапе изучается газогеохимические особенности выделенных гидродинамических зон. Устанавливаются зависимости плотностей свободных газов, концентраций их компонентов, расположение и размеры газовых, газоконденсатных и нефтяных залежей от глубины и современных пластовых температур. Методика позволяет выделить перспективные на поиски скоплений углеводородов горизонтальные участки и вертикальные зоны разреза региона.
катагенез.
аномально высокие пластовые давления
термодегидратационная гидрогеологическая зона
элизионная гидрогеологическая зона
Днепровско-Донецкая впадина
1. Капченко Л.Н. Гидрогеологические основы теории нефтегазонакопления // Ленинград. Недра. – 1983. – 245 с.
2. Коллодий В.В. Подземные конденсационные и солюционные воды нефтяных, газоконденсатных и газовых месторождений // АН Украинской ССР, «Наукова думка». – Киев, 1975. – 120 с.
3. Лукин А.Е. Глубинная инверсия как глобальное синергетическое явление: теоретические и прикладные аспекты // Геологический журнал. – 2004. - №4. – С. 53-70.
4. Немец Д.К. Гидрохимические условия южной прибортовой зоны Днепровско-Донецкой впадины // Харків, Вісник ХНУ. – 2011.- № 986. – С. 51-56.
5. Немец Д.К. Схема вертикальной гидрогеологической зональности южной прибортовой зоны Днепровско-Донецкой впадины // Теория и практика современной науки: Материалы VIII Межд. науч.-прак. конф., г. Москва, 26-27 декабря 2012 г. в 3 т.: т. II/II Науч.-инф. издат. центр «Институт стратегических исследований». – М.: Изд-во «Спецкнига», 2012. – С. 44-50.
6. Іванюта М.М., Федишин В.Ф., Денега Б.І., Арсірій Ю.О., Лазарук Я.Г. Атлас родовищ нафти і газу України // УНГА. – Львів, 1998 – Т. 1. – 494 с.
7. Німець О.Д. Гідрогеологічні умови південної прибортової зони Дніпровсько-Донецької западини // Тези науково-дослідницьких робіт учнів-членів Харківського територіального відділення Малої академії наук України. – Харків, 2013.
8. Суярко В.Г. До питання про можливі причини формування гідрокарбонатно-натрієвих вод у глибоких горизонтах палеозою / В.Г. Суярко, О.М. Істомін // ДАН України. – 2005. - № 2. – С. 114-116.

Существует ряд поисково-разведочных критериев, из которых выделяются структурно-тектонические, промыслово-геофизические, гидрогеологические, термобарические и т.д. Мы хотели бы подробнее остановиться на трех группах критериев – гидрогеологической, термобарической, газогеохимической. Комбинация трех упомянутых групп, на наш взгляд, способна лечь в основу эффективной методики прогнозирования скоплений углеводородов в разрезе того или иного структурно-тектонического района или нефтегазоносного бассейна.

ДДВ входит в состав надпорядкового Припятско-Днепровско-Донецкого или Доно-Днепровского прогиба (Днепровско-Донецкий авлакоген). Район исследований ограничен с запада условным меридианом Белоцерковского, с востока – Самаринского выступом фундамента, с юга – южным краевым нарушением. В основе ДДВ находится заполненный вулканогенно-осадочными породами девона рифт. Толщина осадочного разреза от 2,5-4 км в районе южной прибортовой зоны до 22 км в центральной приосевой части впадины [6].

Геологическое строение района исследований обуславливает ряд особенностей температурного режима его осадочного чехла. Породы нижнего карбона и девона, которые в районе Левенцовско-Зачепиловского вала находятся под влиянием современных пластовых температур до 90-100 0С, в направлении к центральной приосевой зоне ДДВ постепенно погружаются в высокотемпературную часть разреза, охваченную поздним катагенезом. Учитывая это, нами отдельно изучались температурные условия разреза прибортовых структур, Степновской моноклинали и зоны сочленения южной прибортовой зоны и зоны грабена (рис. 1). В пределах региона максимальный интервал глубин охватила термограмма, записанная в скв. 2 Мачехской площади, максимальная измеренная температура составила – ТПЛ5400=156.5 0С. Средний термоградиент по району исследований составляет 2.29 0С/100 м.

Изучение современных пластовых температур показывает, что район исследований прогрет очень неравномерно. На картах глубинных срезов и картах залегания изотерм чётко фиксируются три положительные геотемпературные аномалии. Первая из них отмечена в районе Сагайдакской площади (западный склон Белоцерковского выступа фундамента).

Рис. 1. Температурные условия разреза района исследований

Вторая – в пределах Руденковско-Пролетарского района. Третья приурочена к шовной зоне Орехово-Павлоградских глубинных разломов. Отмеченные положительные геотемпературные аномалии очерчивают участки с интенсивным тепломассопереносом в отложениях нижнего карбона и девона, что указывает на их перспективность в связи с поисками скоплений углеводородов.

Изучение геобарических условий показывает, что на ряде площадей и месторождений района исследований в отложениях нижнего карбона и девона установлены аномально высокие пластовые давления (АВПД). В глубинном отношении АВПД охватывают интервал глубин от 2754 до 5887 м, которому соответствуют пластовые температуры от 86 до 164 0С. АВПД с наибольшими степенями аномальности (РПЛ/РУГ) зафиксированы в высокотемпературных частях разреза 120-164 0С, что дало основание сделать вывод об их генетической связи с зоной позднего катагенеза. Действительно, математические расчёты и графические построения показали, что АВПД с максимальными степенями аномальности гидродинамически связаны с глубинами 9-11 км, что в свою очередь может указывать на существование в зоне грабена в отложениях нижнего карбона мощной зоны генерации углеводородов.

Приведенные данные свидетельствуют о восходящей миграции флюидов из зоны грабена в направлении южного борта ДДВ. Не следует забывать также, что в пределах южного борта происходит частичная разгрузка элизионной водонапорной системы, что обуславливает повышенную интенсивность тепломассопереноса на путях разгрузки подземных вод.

Проведенные термобарические исследования позволили установить в пределах южной прибортовой зоны охлажденные участки и, соответственно, положительные геотемпературные аномалии, которые очерчивают перспективные участки для дальнейшего изучения с целью поисков скоплений углеводородов (3-D сейсмические исследования и др.).

На основании результатов исследований компонентного состава более чем 300 проб подземных вод, отобранных из водоносных горизонтов и комплексов от юрского до девонского включительно, детально изучены гидрогеохимические особенности разреза южной прибортовой зоны. В пределах нижнего гидрогеологического этажа тут развиты седиментогенные рассолы хлоридного натриевого и кальциево-натриевого состава, формирующие элизионную водонапорную систему. Для верхней части осадочного разреза, охваченной современными пластовыми температурами не выше 90-100 0С, характерна прямая гидрогеологическая зональность (рис. 2), выражающаяся в постепенном возрастании минерализации подземных вод от 32 г/л в юрском до 350 г/л в девонском водоносном комплексе. Однако ниже глубины 3.8-4 км в части разреза, охваченной температурами 90-100 0С и выше, поле распределения минерализации является неоднородным, тут прослеживаются две ветки, характеризующие собой разнонаправленные тенденции – её возрастания и убывания.

Таким образом, в гидрогеологическом разрезе района исследований были выделены две гидрогеологические зоны – элизионная (ЭГЗ) и термодегидратационная (ТДГЗ).

В пределах ТДГЗ, наряду с седиментогенными рассолами, сосуществуют маломинерализованные воды, минерализация которых изменяется в пределах 3.4-119.0 г/л. Ярким примером может служить вода, отобранная на Мачехской площади из отложений турнейского яруса нижнего карбона (интервал перфорации 5189-5247 м). Её общая минерализация составила 12 г/л, химический состав – хлоридный магниевый. Существование подобных инверсий в высокотемпературных частях осадочных бассейнов разными исследователями объясняются по-разному. Так, В.Г. Суярко, А.Н. Истомин объясняют этот факт паровым взрывом подземных вод [8]. В.В. Коллодий ввел понятие солюционных (конденсационных) вод [2 и др.]. А.Е. Лукин [3] образование гидрохимических инверсий связывает с поступлением глубинных флюидов. Нам более близка точка зрения, согласно которой подобные инверсии связаны с дегидратацией глинистых пород и минералов.

Эта теория генезиса маломинерализованных вод ныне фактически обоснована, прежде всего, Л.Н. Капченко [1] и имеет широкое распространение в нефтегазопромысловой гидрогеологии Украины (работы В.А. Терещенко, И.И. Зиненко, А.П. Зарицкого и многих других).

Возрожденные воды, кроме отмеченного снижения общей минерализации обладают рядом интересных гидрогеохимических черт. Установлено, что, начиная с глубины 4 км, в части разреза, охваченной современными пластовыми температурами 90 0С и выше, концентрация гидрокарбонатов стремительно возрастает, достигая максимума на глубине 5165 м (2.7 г/л).

Рис. 2. Минерализация подземных вод в зависимости от глубины

Учитывая, что в преобладающем количестве проб концентрация гидрокарбонатов не превышает 0.5 г/л, превышающее это значение содержание НСО3- можно считать гидрохимическим признаком ТДГЗ.

Гидрогеологические и гидрогеохимические исследования, отдельные результаты которых были опубликованы в статье [4] и прошли апробацию на VIII Международной научно-практической конференции [5] и в докладе Малой академии наук Украины [7], позволили выделить две гидрогеологические зоны, кардинально различающиеся гидрогеохимической обстановкой.

Газогеохимические исследования проводились на основании 783 определений компонентного состава свободных газов, отобранных на площадях и месторождениях района исследований. Среди составляющих компонентного состава были выбраны CH4, C2H5, содержание тяжёлых углеводородов (Σту), N2, He, CO2, широко представленные в массиве фактического материала (табл. 1).

Таблица 1.

Содержание газогеохимических компонентов

Возраст

CH4

Сумма ту

СО2

N2

He

%об.

C2m

85.4-98.65

0-8.22

0.01-2.62

0.6-8

0.006-0.085

C2b

1.52-17.59

1.52-17.59

0.03-2.62

0.07-9.45

0.006-0.085

С1s

59.68-97.89

1.05-39.32

0.07-15.25

0.16-7.6

сліди-0.32

C1v

52.72-97.08

1.53-36.99

сліди-3

0.005-20.15

сліди-0.14

C1v-C1t

71.16-96.59

2.53-26.33

0.05-12.33

0.02-24.56

0.005-0.083

Другие составляющие, такие как например, Ar, H2S в подавляющем большинстве проб не определялись или определялись в недостаточном количестве, что делает невозможным определение общих закономерностей их распространения в разрезе района исследований.

Плотность свободных газов по массиву данных изменяется от 0.557 до 0.996 г/см3. Фиксируются два максимума плотностей – приблизительно в интервалах глубин 1500-2700 и 3500 4500 м, которым отвечает интервал температур 40-105 0С.

Динамика плотностей имеет прямую связь с содержанием в компонентном составе тяжёлых углеводородов (С2Н5 и выше). В целом содержание тяжёлых углеводородов (ΣТУ) колеблется в пределах 0.35-39.5 %об. Отмечается чёткая тенденция к уменьшению содержания ΣТУ с глубиной и по мере увеличения пластовой температуры. Максимумы (ΣТУ 20-40%об) приходятся на глубины 800-4500 м и охватывают температурный интервал 32-105 0С. В интервале глубин 4500-5625 м, что отвечает пластовым температурам 105 – 145.7 0С линия распределения ΣТУ постепенно отклоняется к минимумам.

Установлено также, что содержание метана колеблется от 59 до 98.6 %об в компонентном составе свободных газов. Максимумы концентраций фиксируются в интервалах глубин 700-2000 и 3500-4850 м, которым отвечают интервалы температур 30-70 и 90-120 0С.

Динамика концентраций этана в целом отражает динамику ΣТУ. По мере возрастания пластовых температур его содержание снижается. В подавляющем количестве определений концентрации этана не превышают 10 %об, максимумы концентраций приходятся на глубины 780-4162 м и интервал температур 32-107 0С. Глубже по разрезу при переходе к позднему катагенезу наблюдается чётко выраженная тенденция к уменьшению концентраций этана – до 6-7 %об.

Содержание углекислоты изменяется в широких пределах – от 2 %об, в большинстве проб до 12 и даже 15 %об в единичных пробах. Возрастание наблюдается в интервале глубин 2500-4500 м и температурном интервале интервале 70-130 0С.

Глубже 4500 м отмечается тенденция к определённому снижению концентраций углекислоты, что указывает на неоднородность газогеохимической обстановки ТДГЗ. Наряду с газами, испытавшими влияние ТДГЗ, тут развиты газы с минимальным содержанием СО2. В святи с этим, на наш взгляд, повышенное содержание углекислоты до 2-3%об в компонентном составе свободных газов может быть газогеохимичным маркером ТДГЗ.

Динамика концентраций азота в свободных газах полностью отвечает классическим представлениям, согласно которым с глубиной и по мере перехода от раннего к позднему катагенезу его содержание возрастает. В целом в подавляющем большинстве определений содержание азота не превышает 5 %. Повышенными можно считать значения в диапазоне 5-10 %об. Максимальные концентрации достигают 12-15 и даже – 31 %об. В южной прибортовой зоне максимумы фиксируются в интервале глубин 2700-4670 м и соответственно – в интервале температур 79-133 0С.

Температурные границы нефтяного окна составляют 24-107 0С, залежи газоконденсата отмечены в интервале температур 39.4-122.8 0С, свободных газов – в интервале 22-137.3 0С.

Установлено, что залежи углеводородов в разрезе южной прибортовой зоны существуют в температурном интервале 22-137 0С. Обращает на себя внимание тот факт, что установленная нижняя граница нефтяного окна (107 0С) практически совпадает с нижней границей (105 0С) максимумов плотностей свободных газов, максимумов содержания ΣТУ и максимумов содержания этана, повышенные значения которых можно считать признаком существования нефти. Изучение распределения углеводородных залежей в геотемпературном поле показывает, что большая их часть относиться к ЭГЗ. В ТДГЗ нефтяные залежи исчезают, общее количество разведанных залежей углеводородов снижается.

Рассмотренная нами группа критериев позволила получить обширную информацию для поисков скоплений углеводородов в разрезе района исследований. Детально рассмотрены гидрохимические, термобарические, газогеохимические закономерности и особенности флюидоносных комплексов, определены границы существования разведанных на данный момент углеводородных залежей. Определённые нами положительные геотемпературные аномалии указывают на интенсивный тепломассоперенос в отложениях нижнего карбона и девона и позволяют очертить перспективные участки для дальнейшего изучения с целью поисков скоплений углеводородов. В то же время газогеохимические данные указывают на то, что приоритетными являются поисковые работы, ориентированные на региональные флюидоносные комплексы в пределах ЭГЗ (ТПЛ до 100-107 0С). Об этом свидетельствует и тот факт, что положительные геотемпературные аномалии в пределах Сагайдакской площади и Руденковско-Пролетарского района ярко выражены на картах залегания изотерм 50, 60, 70, 80, 90 0С и практически не просматриваются на картах залегания изотерм 110 и 120 0С. Наоборот, геотемпературная аномалия, связанная с шовной зоной Орехово-Павлоградских глубинных разломов, чётко проявляется на всех построенных температурных картах. Указанные особенности, вероятно, не в последнюю очередь могут быть объяснены сложной гипсометрией залегания фундамента. Первая из указанных аномалий связана с выступом фундамента, вторая – характеризуется относительно неглубоким его залеганием.

Подводя итоги, можно сделать вывод, что первоочередным участком можно считать Руденковско-Пролетарский район, который характеризуется высокой плотностью открытых месторождений и относительно небольшими глубинами залегания залежей углеводородов. Перспективными можно считать поисково-разведочные работы в районе Сагайдакской площади и на участке шовной зоны Орехово-Павлоградских глубинных разломов.

Предложенная комбинация поисково-разведочных критериев, на наш взгляд, может быть использована для различных нефтегазоносных бассейнов или отдельных структурно-тектонических районов. Предложенный метод позволяет выделить в пределах нефтегазоносного бассейна перспективные в поисковом отношении, как вертикальные части разреза, так и горизонтальные участки, и таким образом существенно скорректировать и уточнить задачи для поисково-разведочных работ.

Рецензенты:

Чендев Ю.Г., д.г.н., профессор, заведующий кафедрой природопользования и земельного кадастра факультета горного дела и природопользования Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ»), г. Белгород.

Корнилов А.Г., д.г.н., профессор, заведующий кафедрой географии и геоэкологии факультета горного дела и природопользования Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ»), г. Белгород.


Библиографическая ссылка

Петин А.Н., Немец К.А., Немец Д.К., Немец А.Д. К МЕТОДИКЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СКОПЛЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГЕОТЕРМИЧЕСКИХ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=11781 (дата обращения: 07.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074