книги / Закономерности изменения состава попутных и рассеянных газов на северо-востоке Волго-Урала в связи с формированием залежей нефти и газа
..pdfНа правах рукописи
ТИТОВА ГАЛИНА ИВАНОВНА
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА ПОПУТНЫХ И РАССЕЯННЫХ ГАЗОВ НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ ВОЛГО-УРАЛА В СВЯЗИ С ФОРМИРОВАНИЕМ ЗАЛЕЖЕЙ
НЕФТИ И ГАЗА
04 .00 .17 - геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-
минералоГических наук
Пермь - 1997
Работа выполнена в Камском научно-исследовательском институте комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин (КамНИИКИГС) ГНПП "Недра"
Научный руководитель - доктор геолого-минералогических неук, с .н .с . Т.В.Белоконь КамНИИКИГС
Официальные оппоненты: доктор геолрго-минералогических наук, профессор - В.И.Галкин Пермский государственный технический университет
кандидат геолого-минералогических наук, доцент - Б.А.Бачурин Горный институт УрО РАН
Ведущее предприятие - О.А.О. ПермНИПИнефть.
Qп |
______. |
1997 г . в _____ |
Зашита состоится " <у |
часов на заседании диссертационного совета К 063.66.05 в Пермском государственном техническом университете по адресу 614600, г.Пермь, ГСП-45, Комсомольский проспект, 29а.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ППУ.
Автореферат разослан |
___ 1997 г . |
Ученый секретарь |
|
диссертационного совета, |
кандидат |
геолого-минералогических наук, |
|
доцент |
В.П.Наборщиков |
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы.
Дальнейший прирост ресурсов нефти и газа на северо-вос токе Волго-Урала в значительной степени определяется решением проблемы формирования месторождений, которая до сих пор не получила однозначного научного обоснования. В этом плане боль шое значение имеет привлечение дополнительных критериев нефтегазоносности, позволяющих оценивать процессы генерации, миг рации и аккумуляции углеводородов (УВ). На северо-востоке Волго-Урала, где ресурсы нефти, как правило, резко превалируют над ресурсами газов, исследованию газов в данном направлении
обычно придается недостаточное значение. В то же время |
и звест |
но, что в других регионах в последние годы, помимо расширения |
|
исследования состава нефтей, большое внимание уделяется |
изу |
чению состава |
газов разных форм (свободных, растворенных, сор |
|
бированных и |
др.) |
для выяснения наиболее важных факторов, кон |
тролирующих образование природных углеводородных систем. |
||
Детальное изучение состава газов не только на молекуляр |
||
ном, но и на |
изотопном уровне, позволяет идентифицировать зо |
|
ны генерации |
газо в, устанавливать генетические связи между |
|
различными газами, |
цути и направления миграции углеводородов. |
Важной особенностью такого подхода является получение данных
по формированию |
залежей не только газов, но и нефтей. Дело в |
том, что процесс |
онтогенеза нефти, как правило, тесно связан |
со становлением |
газоносности территории. В связи с этим про |
веденное в данной работе комплексное исследование состава га зов разных форм северо-востока Волго-Урала является актуальным. Цель работы. Выявление закономерностей изменения компо нентного и изотопного состава природных газов пород и флюидов
с целью уточнения особенностей формирования залежей нефти и газа на северо-востоке Волго-Урала.
Вдиссертации решаются следующие задачи:
1.Систематизация данных и выявление закономерностей распределения компонентов газов разных форм в зависимости от геологических факторов.
2. Выявление генетических связей меащу составом нефтей
игазов.
3. Исследование геологических условий, влияющих ге об
разование метана |
и азота в попутных газах . |
4. Выявление |
особенностей формирования залежей углево |
дородов северо-востока Волго-Урала по комплексному изучению состава попутных газов.
Научная новизна. |
|
|
1. Впервые для |
северо-востока Волго-Урала проведено изу |
|
чение распределения |
газов |
УВ залежей, вод и пород в комплек |
се с оценкой основных зон |
их генерации. |
|
2. Показана высокая |
информативность исследования глубо- |
косорбированных на породах газов для оценки процессов генера ции и миграции УВ.
3. Установлена дифференциация попутных газов северо-вос тока Волго-Урала по распределению стабильных изотопов углеро да в системе метан - этан - пропан - бутан.
4. Обоснована ведущая роль органического вещества (ОВ) верхнедевонско-турнейских отложений в процессах генерации не только жидких, но и газообразных углеводородных и неуглеводо родных компонентов основных залежей УВ.
5. Получены новые данные, подтверждающие отсутствие ин тенсивных перетоков газов из девонского терригенного в верх- недевонско-турнейский карбонатный комплекс.
6. На основе исследования состава рассеянных газов ус тановлено развитие процессов газогенерации в додевонских от ложениях.
Защищаемые положения.
1.Закономерности изменения компонентного и изотопного состава природных газов пород и флюидов северо-востока ВолгоУрала как критерии формирования нефтегазоносности.
2.Обоснование генетического различия попутных газов де вонского терригенного и верхнедевонско-турнейского карбонат ного нефтегазоносных комплексов.
3. Типизация поцутных газов, отражающая особенности про цессов формирования нефтяных и газовых месторождений.
Реализация результатов исследований и практическая цен ность.
Результаты исследований вошли в 10 научно-исследователь ских отчетов 40 ВНИГТ1И и КамНИПКИГС за период с 1973 по 1995 годы, внедренных в АО Пермнефть, Удмуртском тресте разведоч ного бурения, ГНПП "Недра". Рекомендация "Материалы по содер-
жени© сероводорода в попутных газах Прикамья" (в соавторст ве с А.З.Кобловой), внедрена в лаборатории молекулярной спек троскопии ШИгаИ (Москва) в 1985 году.
Практическое значение работы заключается в установлении важной роли исследования гвзов для решения проблемы формиро вания нефтегазоносности и возможности использования получен ных результатов для планирования геолого-разведочных работ на северо-востоке Волго-Урала.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы освещены в 24 статьях и докладывались на Всесоюзных симпозиумах, по стабильным изотопам в геохимии (Москва - 1978, 1980) П и ШВсесоюзном Совещании по геохимии углерода (Моск ва - 1986, 1991), 1У Всесоюзном семинаре "Теоретические и экспериментальные модели нефтегазообразования и их использо вание в прогнозе нефтегазоносности" (Ленинград, 1989), Между народном симпозиуме "Нетрадиционные источники углеводородно го сырья и проблемы его освоения" (С-Петербург, 1992) и дру гих.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложена на 182 стр.машинописного текста, включает 52 иллюстрации, 14 таблиц и список литературы из 182 наименований.
Работа выполнена в лаборатории геохимии пород и флюидов КамНИИКИГС под руководством докторе геолого-минералогических наук Т.В.Белоконь, которой автор выражает глубокую благодар ность и признательность. Выполнение работы оказалось возмож ным благодаря поддержке и всестороннему содействию всего кол лектива лаборатории геохимии пород и флюидов КамНИИКИГС. В
процессе |
работы большое |
значение имели |
ценные консультации |
д .г .- м .н . |
В.М.Проворова, |
д .г .- м .н . Е.А |
.Рогозиной, д .г .- м .н . |
С.П.Левщуновой, к .г .- м .н . М.Г.Фрик, к .г .- м .н . М.М.Балашовой, к .г .- м .н . И.Н.Шестова и других. Особую благодарность автор выражает д .г .- м .н . Прасолову Э.М. (ЕНИГРИ) и к .х .н . Кобловой А .З ., под руководством которых начинались эти исследова ния.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В главе I "Современные представления о происхождении га зов и формировании месторождений нефти и г а за " изложены взгля-
цы нв процессы генерации, миграции и аккумуляции нефтяных и' газовых УВ на северо-востоке Волго-Урала. Их основу составля ют работы И«X.Абрикосова, М.М.Балашовой, Б.А.Бачурина, Т .В . Белоконь, Т.А.Ботневой, С.А.Винниковского, В.И.Внутских, Э.М. Галимова, В.И.Галкина, М.В.Дахновой, О.П.Загуловой, Е.С.Ларской, Л.В.Казаковой, И.Г.Калачниковой, Г.С.Калмыкова, А .З. Кобловой, А.В.Кутукова, О.И.Кузнецова, С.П.Максимова, С .Г. Неручева, Б.К.Ошепкова, А.А.Оборина, Р.Г.Панкиной, В.М.Проворова, Э.М.Прасолова, Н.А.Пьянкова, Е.А.Рогозиной, К .$ .Ро дионовой, Ы.Г.Фрик, Л.В.Шаронова, О.А.Щербакова и других.
На основании проведенного исследования показано, что большинство авторов в качестве нефтегазопроизводяших выделя ют девонские терригенные, девонско-турнейские карбонатные и частично визейские терригенные отложения, которые в зонах глу бокого погружения становились газопроизводящими. В формирова нии залежей нефти и газа часто важное место отводится процес сам латеральной и вертикальной миграции, которые наиболее активно происходили в периоды тектонических движений. В обоб щенном виде существующие концепции можно условно разделить на два направления: соглвсно первому - становление нефте- и газоносности изучаемого региона - происходило одновременно,
по второму - свободный г а з, |
образовавшийся с углеводородами |
нефти в значительной части |
был утерян, а современная газонос |
ность в основном обусловлена послецушими процессами метамор физма органического вещества и нефтей на больших глубинах.
Анализ распределения газовых и газонефтяных залежей на территории Пермской области и Удмуртии позволил выявить ряд особенностей, которые трудно объяснить существующими пред ставлениями о формировании залежей углеводородов. Так, газо вые и газонефтяные залежи не обнаружены в девонском терригенном комплексе. Наиболее широкий стратиграфический диапазон развития газовых и газонефтяных залежей отмечен для террито рии Предуральского прогиба, где в то же время не выявлено за лежей с газовыми шапками. По мере удаления от Предуральского прогиба в западном направлении диапазон развития газонефтяных залежей сужается и в пределах Верхнекамской впадины ограничи
вается |
Верейскими и башкирскими отложениями среднего карбона. |
В главе рассмотрены характеристики нефтегазоносных комп |
|
лексов |
северо-востока Волго-Урала, ареал их распространения. |
вещественный состав, условия див- и катагенеза ОВ нефтегазо материнских пород, время прохождения главных зон нефте- и га зообразования, а также возможные направления миграции УВ. В результате проведенных исследований обоснована необходимость комплексного исследования газов для выявления процессов фор мирования месторождений УВ.
Глава 2 "Обоснование комплекса методов исследования га зов" посвяшена разработке оптимального комплекса исследований газов на северо-востоке Волго-Урала. Известно, что по форме нахождения в литосфере разделяют свободные (в залеж ах), раст воренные (в водах и нефтях), сорбированные и окклюдированные (в породах) газы. Анализ распределения газов разных форм по казал, что для решения проблемы формирования месторождений необходимо проводить их комплексное исследование. Это связано как с изменением форм нахождения газов (рассеянные газы кон центрируются, а из образованных скоплений происходит рассея ние газо в ), так и с различной информативностью исследования различных газов. Так, рассеянные газы пород могут использо ваться для оценки типа исходного органического вещества, сте пени реализации им нефтегазоматеринского потенциала и др. Во дорастворенные газы широко применяются при прямых геохимичес ких методах поиска, в то же время повышение концентраций гомо логов метана может указывать на развитие главной зоны нефтеобразования во вмещающих комплексах пород.
В работе показано, что в пределах северо-востока ВолгоУрала наблюдаются некоторые общие тенденции в изменении ком понентного состава газов разных форм, определяемые особеннос тями геологического развития и связанных с ним процессов га - зогенерации: в попутных и свободных газах чаше доминируют у г леводороды (за исключением западных районов), в водорастворенных газах - азот или метан, в газах пород значительные кон центрации характерны для неуглеводородных компонентов, а сре ди углеводородов концентрации метана и суммы его гомологов обычно близки. В открытых и закрытых порах пород цодевонского возраста может резко доминировать метан.
Среди аналитических методов исследования газов наиболее широко используются хроматографические, масс-спектрометричес- кие, микрохимические, суть которых изложена в главе. Особое внимание обращено на метод термогазовой хроматографии, позво-
ляший извлекать и анализировать глубокосорбированные газы горных пороа. Отмечены и некоторые недостатки используемых методов, связанные с условиями отбора и методами дегазации пород* Большое значение в работе придается изучению состава
стабильных изотопов |
углерода и азота |
компонентов газо в, ко |
торый в комплексе с |
закономерностями |
изменения молекулярно |
го состава способствует инцентификации источников газо в . Обший объем проб газов разных форм по объектам северо-
востоке Волго-Урала, обобщенный в данном исследовании, превы шает пять тысяч, в котором рассеянные гэзы пород составляют несколько сотен образцов. В результате обобщения и система тизации данных автором создана компьюторная база данных в системе Fox - Рго .
В главе 3 "Закономерности распределения компонентов га зов в пределах северо-востока Волго-Урала" детально рассмот рены общие тенденции изменения концентраций углеводородных и неуглеводородных компонентов газов разных форм в пределах основных нефтегазоносных комплексов.
В связи с недостаточной изученностью газоносности древ них отложений большой интерес представляет исследование рас сеянных газов пород рифейских и вендских отложений. На приме ре скв. 203 и 204 Бедряжской площади впервые детально изуче ны такие формы газов, как глубокосорбированные! открытых и закрытых (последние по данным ВНИГРИ) пор. Установлено широ кое развитие процессов генерации и миграции УВ газов в додевонских отложениях. При этом увеличение с глубиной концент раций мётана в глубокосорбированных газах и доли метана в составе углеводородных газов закрытых пор и микровключений указывает на частичное вступление пород в главКУЮ зону га зообразования.
Вдевонском терригенном нефтегазоносном комплексе наи более высокие содержания УВ и низкие концентрации азота в по путных газах установлены в южных районах Пермской области. При этом метан и его гомологи находятся обычно ё близких кон центрациях.
Вверхнедевонско-турнейском карбонатном комплексе ареал распространения наиболее обогащенных УВ компонентами и обед
ненных азотом попутных газов расширяется, захватывая террито рию Бымско-Кунгурской, Сылвенской и Соликамской впацин и Кось- винско—Чусовской седловины, где в составе газов наблюдается доминирование метана.
Закономерности распределения концентраций УВ газов и азо та в вышележащих комплексах в обших чертах сходны с таковыми для верхнедевонеко-турнейских отложений. Следует отметить только резкое повышение доли азота (до 60 и более %) в попут ных газах терригенных нижнекаменноугольных отложений Висимской впадины.
В региональном плане наблюдается близкий характер в из менении содержания попутных и водорветворенных углеводородных газов и азота.
Таким образом, в целом подтверждена установленная ранее закономерность увеличения концентраций УВ газов в направле нии к Прецуральскому прогибу. В то же время в работе показано, что в пределах прогиба также наблюдается существенная диффе ренциация. Например, наиболее высокое (более 60 %) содержание метана характерно для залежей Сылвенской впадины, КосьвинскоЧусовской седловины и восточных районов Соликамской впадины,
тогда как в западных районах концентрации метана падают |
до 40 |
и менее %. Интересно отметить, что условная граница зон |
с р аз |
ной концентрацией в Соликамской впадине проходит по восточным бортам крупных структур.
Анализ результатов исследования УВ газо в, глубокосорбированных на породах палеозойского комплекса, позволил отметить ряд общих тенденций. Изученные нефтегазоматеринские породы ха рактеризуются близкими концентрациями метана и его более тяже лых гомологов, что характерно для главной зоны нефтеобразования. В области развития продуктивных отложений происходит обогащение
пород УВ газами |
за счет процессов рассеяния из залежей, в сос |
таве этих газов |
доминируют тяжелые УВ. |
В связи с |
низкой степенью сохранности гелия в пробах по |
путных газов исследования закономерностей его распределения проводилось на основе изучения нефтей, отобранных в пластовых условиях. Установлено, что содержание гелия в пластовых неф тях достигает 0,006 и более м ^/т. Наиболее высокая гелиенасышенность отмечена для нефтегазоносных комплексов среднего
-l o
llнижнего карбона Прецуральского прогиба. Показано, что в свя
зи с высокой растворимостью гелия в углевоцороцных флюицах и с его высокой миграционной способностью, характер изменения гелия в газах как в стратиграфическом разрезе, так и в регио нальном плане может быть индикатором миграционных процессов. Наиболее активно эти процессы были развиты в Прецуральском
прогибе.
Комплексный анализ распределения гелия в нефтях и водах в совокупности с данными Э.М.Прасолова (ВНИГРИ) для залежей Пермского свода и Бымско-Нунгурской впадины по изотопному
составу (^He/Hle = |
1 ,9 - 8 ,5 |
К Г 8 |
%3 позволяет предполагать |
ге |
незис его основной |
части за |
счет |
радиоактивных процессов |
в |
глинистых осадочных породах.
На основании анализа распределения сероводорода в газах концентрированных форм изучаемой территории показана приуро ченность повышенных содержаний этого компонента к карбонатным отложениям, что,в частности,проиллюстрировано на примере мно гопластовых месторождений. Установлена приуроченность сероводородсодержащих газов к глубинам 1000-1900 м, что совпадает, с развитием главной зоны нефтеобразоввния. Обосновано, что основной источник сероводорода - катагенно-преобразованное органическое вещество нефтегазометеринских пород. При этом в зонах воздействия более высоких палеотемператур на органичес кое вещество (Сылвенская впадина) часть сероводорода была образована при термическом разложении сероорганических сое^ динений. Показано локальное влияние гипергенных процессов на
накопление сероводорода |
в газах в системе порода - |
нефть - |
- г а з, а также попутный |
газ - водорастворенный газ |
..на призе |
ре отдельных месторождений в южной и юго-восточной |
части |
|
изучаемой территории. |
|
|
Выявленные закономерности позволили отметить существен ное влияние тектонического фактора и стратиграфической при-* уроченности на распределении газов северо-востока Волго-Урала
и создали основу для решения проблемы генезиса |
газов . |
В главе 4 "О генезисе газов северо-востока |
Волго-Урала" |
обобщены исследования изотопных характеристик углеводородных компонентов и азота в попутных газах для выявления наиболее важных геологических факторов, определяющих происхождение газов.