Газогидраты

Гидраты газов представляют собой твердые соединения (клатраты), в которых молекулы газа при определенных давлении и температуре заполняют структурные пустоты кристаллической решетки, образованной молекулами воды с помощью водородной связи. Молекулы воды как бы раздвигаются молекулами газа — плотность воды в гидрантом состоянии возрастает до 1,26—1,32 см³/г (плотность льда 1,09см³/г).

Один объем воды в гидрантом состоянии связывает в зависимости от характеристики исходного газа от 70 до 300 объемов газа.

Условия образования гидратов определяются составом газа, состоянием воды, внешними давлением и температурой и выражаются диаграммой гетерогенного состояния в координатах р-Т). Для заданной температуры повышение давления выше давления, соответствующего равновесной кривой, сопровождается соединением молекул газа с молекулами воды и образованием гидратов. Обратное снижение давления (или повышение температуры при неизменном давлении) сопровождается разложением гидрата на газ и воду.

Плотность гидратов природных газов составляет от 0,9 до 1,1 г/см³.

Газогидратные залежи — это залежи, содержащие газ, находящийся частично или полностью в гидратном состоянии (в зависимости от термодинамических условий и стадии формирования). Для формирования и сохранения газогидратных залежей не нужны литологические покрышки: они сами являются непроницаемыми экранами, под которыми могут накапливаться залежи нефти и свободного газа. Газогидратная залежь внизу может контактировать с пластовой подошвенной водой, газовой залежью или непроницаемыми пластами.

Присутствие гидратов в разрезе можно обнаружить стандартными методами каротажа. Гидратсодержащие пласты характеризуются:

• незначительной амплитудой ПС;

• отсутствием или малым значением приращения показаний микроградиент-зонда;

• интенсивностью вторичной  активности, близкой к интенсивности водонасыщенных пластов;

• отсутствием глинистой корки и наличием каверн;

• значительной (в большинстве случаев) величиной _к; повышенной скоростью прохождения акустических волн и др.

В основе разработки газогидратных залежей лежит принцип перевода газа в залежи из гидратного состояния в свободное и отбора его традиционными методами с помощью скважин. Перевести газ из гидратного состояния в свободное можно путем закачки в пласт катализаторов для разложения гидрата; повышения температуры залежи выше температуры разложения гидрата; снижения давления ниже давления разложения гидрата; термохимического, электроакустического и других воздействий на газогидратные залежи.

При вскрытии и разработке газогидратных залежей необходимо иметь в виду их специфические особенности, а именно: резкое увеличение объема газа при переходе его в свободное состояние; постоянство пластового давления, соответствующего определенной изотерме разработки газогидратной залежи; высвобождение больших объемов воды при разложении гидрата и др.

2.7. Принципы нефтегеологического районирования

Нефтегеологическое районирование — это расчленение исследуемой территории на отдельные части по степени сходства и различия геотек­тонического строения, а также состава и региональной нефтегазоносности слагающих их осадочных формаций.

Основными задачами нефтегеологического районирования являются:

- выявление закономерных связей размещения генетически раз­личных групп и категорий регионально нефтегазоносных территорий с теми или иными типами крупных геоструктурных элементов земной коры и связанными с ними формациями;

- сравнительная дифференцированная оценка перспектив нефтега- зоносности различных частей изучаемой территории с определением мест возможной концентрации наибольших ресурсов нефти и газа в различ­ных ее частях. Все это в совокупности должно служить научной основой для выбора наиболее оптимальных, т. е. высокоэффективных направле­ний поисков и разведки на нефть и газ.

Развитие процессов нефтегазообразования и нефтегазонакопления в земной коре происходит лишь при определенном сочетании ряда геологи­ческих и физико-биогеохимических факторов, среди которых главней­шими являются: тектоническое строение и направленность тектонических движений в пределах исследуемой территории в течение рассматривае­мого геологического времени; палеогеографические и фациальные усло­вия накопления осадков; физические (коллекторские) свойства пород, слагающих разрез исследуемой территории; палеогидрогеологические и гидрогеохимические условия этой территории, а также термодинамиче­ские ее условия.

Однако среди этих основных факторов, контролирующих развитие в земной коре процессов нефтегазообразования и нефтегазонакопления, ведущая роль принадлежит региональной тектонике и па­леотектонике, так как режимом и направленностью тектонических движений во времени и пространстве в конечном результате предопреде­ляются:

1. пространственное размещение крупных седиментационных бас­сейнов и региональных поднятий, изменения в их пределах во времени и пространстве литолого-фациальных условий накопления осадков, а сле­довательно, и условий формирования и размещения областей региональ­ного нефтегазообразования и нефтегазонакопления, связанных с указан­ными седиментационными бассейнами;

2. образование различных структурных форм, которые при наличии прочих необходимых условий могут служить ловушками для формирова­ния скоплений нефти и газа структурного типа;

3. пространственное распределение береговых линий, выклинивание пластов по направлению подъема слоев, стратиграфические несогласия и другие геологические явления, с которыми связано формирование- скоплений нефти и газа литологического и стратиграфического типов;

4. изменения в пространстве и во времени расположения областей питания и разгрузки пластовых вод и региональных направлений их. движений;

5. возникновение и развитие процессов миграции нефти и газа и изменение общей направленности ее в пространстве и во времени в тес­ной связи с палеогидрогеологическими условиями исследуемых тер­риторий.

Из сказанного следует, что при выделении и классификации круп­ных нефтегазоносных территорий необходимо принимать во внимание тектонические, литолого-фациальные и гидрогеологические факторы с учетом, однако, ведущей роли тектонического фактора во времени и пространстве, т. е. палеотектоники.

Учитывая все вышесказанное, в основу геологического районирова­ния нефтегазоносных территорий необходимо положить тектониче­ский принцип с выделением в пределах исследуемой территории в каче­стве основных ее подразделений различных генетических типов крупных геоструктурных элементов, характеризующихся своими особенностями геологического строения и истории геологического развития, а следова­тельно, и условиями регионального нефтегазообразования и нефтегазо­накопления.

Классификация крупных нефтегазоносных территорий прежде всего должна отчетливо отражать закономерные (генетические) связи ука­занных территорий с различными типами крупных геоструктурных эле­ментов и приуроченных к ним формаций в течение всей истории их геологического развития. Это необходимо не только для изучения общих закономерностей формирования и размещения крупных нефтегазоносных территорий в земной коре, но и для разработки наиболее эффективных (для данных геологических условий) комплексов поисково-разведочных работ, чтобы помочь практикам быстрее и с меньшими затратами обна­руживать их.

Классификация нефтегазоносных территорий может объективно отражать действительность только в том случае, когда она основывается на детальном изучении фактических условий размещения их в различ­ных геологических условиях на всех континентах Земли. С этой целью А. А. Бакировым на основе обобщения опубликованных данных была составлена серия карт размещения выявленных нефтегазоносных терри­торий и скоплений нефти и газа в различных геологических условиях на всех континентах Земли на тектонической основе соответствующих континентов. Все эти карты опубликованы в монографии автора «Геоло­гические основы прогнозирования нефтегазоносности недр».

Сравнительный анализ указанных карт размещения регионально нефтегазоносных территорий на всех континентах нашей планеты пока­зал, что формирование и размещение их контролируются прежде всего наличием определенных типов крупных геоструктурных элементов, среди которых выделяются:

- на платформенных территориях: сводовые поднятия; внутриплатформенные впадины; авлакогены; мегавалы;

- на складчатых территориях: внутрискладчатые межгорные впадины; внутрискладчатые срединные массивы; области по­гружения складчатых сооружений;

- на переходных территориях: предгорные впадины; краевые мегасинеклизы (типа Прикаспийской и Примексиканской).

Наряду с этим на всех без исключения континентах Земли встре­чается целый ряд генетических типов крупных геоструктурных элемен­тов – обширнейшие территории, не содержащие скоплений нефти и газа. К таким крупным геотектоническим элементам относятся:

- на платформенных территориях: обширнейшие области выходов на дневную поверхность кристаллических и метаморфизованных образований в пределах щитов (типа Балтийского, Украинского, Алданского, Африканских, Аравийского, Индийского, Австралийского, Канадского, Гвианского и др.); области внутриплатформенных выступов крупных массивов кристаллических и метаморфизованных пород (типа Воронежского—на Русской платформе; Ллано, Озарк и других — на Се­вероамериканской платформе); платформенные области, в пределах которых кристаллические породы складчатого фундамента залегают неглубоко под отложениями платформенного чехла незначительной мощ­ности;

-на складчатых территориях: области выходов на днев­ную поверхность метаморфизованных складчатых сооружений; области развития изверженных и эффузивных образований, несмотря на то что они интенсивно разбиты системой сбросовых нарушений, часть которых, несомненно, связана с глубинными разломами.

Таким образом, анализ размещения регионально нефтегазоносных территорий на всех континентах Земли указывает на их приуроченность .лишь к определенным крупным геоструктурным элементам и связанным с ними формациям. Поэтому правы были И. М. Губкин и его последова­тели, когда крупные нефтегазоносные территории выделяли прежде всего по геоструктурному признаку.

Перечисленные геотектонические связи регионально нефтегазонос­ных территорий с отдельными и лишь определенными районами крупных геоструктурных элементов однозначно прослеживаются на всех без исключения континентах Земли, т. е. имеют общепланетар­ный характер, и, следовательно, должны рассматри­ваться в качестве одной из главных геоструктурных закономерностей пространственного размеще­ния регионально нефтегазоносной территории в литосфере.

Вследствие этого указанные геоструктурные закономерности прост­ранственного размещения регионально нефтегазоносных территорий, естественно, должны быть положены в основу нефтегеологического рай­онирования при прогнозировании нефтегазоносности недр и дифферен­циальной оценки условий пространственного размещения прогнозных ресурсов углеводородов в пределах каждой исследуемой геологической провинции.

В предыдущем изложении были рассмотрены принципы выделения регионально нефтегазоносных территорий по геоструктурному признаку как ведущему среди всех геологических факторов, контролирующих фор­мирование и пространственное их размещение. Для прогнозирования распространения регионально нефтегазоносных территорий, однако, кроме геотектонического фактора необходимо учитывать также условия развития в пределах исследуемой территории литогенеза в течение каждого рассматриваемого отрезка времени геологической истории, т. е. особенности осадочных формаций.

Академик Н. М. Страхов справедливо писал, что «тектогенез и лито­генез в истории земной коры в сущности — две стороны единого историко-геологического процесса» (Историко-геологические типы осадконакопления. Изв. АН СССР, сер. геология, № 2, 1946).

Сравнительный анализ условий размещения регионально нефтегазо­носных территорий на всех без исключения континентах нашей планеты показывает, что формирование и пространственное их размещение связа­ны, с одной стороны, с тектогенезоми притом лишь сопределенным режимом колебательных движений, когда происходит форми­рование определенных генетических типов геоструктурных элементов, благоприятных для образования региональных скоплений нефти и газа,, а с другой стороны, с литогенезом и при этом генетически лишь с определенными формациями и литолого-фациальными условиями их образования и пространственного распространения. Нефтегазообразование в ходе геологической истории литосферы имеет периодичный характер и развивалось в теснейшей связи с цикличностью осадконакопления. Вследствие этого в разрезе осадочных образований каждой нефтегазоносной провинции обычно имеется несколько самостоятельных регионально нефтегазоносных комплексов, приуроченных к соответствую­щим крупным циклам осадконакопления.

Как показано А. А. Бакировым (1958, 1973), ареалы региональной нефтегазоносности и концентрации наибольших ресурсов нефти в отло­жениях стратиграфических подразделений осадочных образований, как правило, приурочены к территориям,где:

- накопление осадков в течение данного геологического времени происходило в субаквальной среде с анаэробной геохимической обстанов­кой в фазы развития движений прогибания, амплитуды которого во вре­мя накопления осадков рассматриваемого комплекса или в последующие эпохи обеспечивали создание соответствующих термодинамических условий, необходимых для преобразования и последующей миграции нефтяных углеводородов из нефтематеринских комплексов в коллек­торы;

- в последующие за стадией прогибания фазы развития восходя­щих движений рассматриваемая часть разреза не попадала в зону актив­ного водообмена и аэрации;

- в строении исследуемого регионально нефтегазоносного этажа участвуют отложения с хорошими коллекторскими свойствами;

- исследуемый регионально нефтегазоносный этаж перекрыт тол­щей практически газонефтенепроницаемых пород, обеспечивающих со­хранность сформировавшихся скоплений нефти и газа от процессов раз­рушения в последующие этапы геологической истории;

- имеются соответствующие геоструктурные и литологические усло­вия, необходимые для формирования различных типов зон регионального нефтегазонакопления структурной, литологической, стратиграфической или смешанной групп.

Все перечисленные ранее палеотектонические, палеогеографические, формационные, литолого-фациальные, палеогидрогеологические условия, в совокупности и в теснейшей взаимосвязи контролирующие возникнове­ние и развитие процессов нефтегазообразования и нефтегазонакопления, в течение всей геологической истории не оставались стабильными и с наступлением новых крупных циклов литогенеза нередко претерпевали существенные пространственные изменения. Поэтому, естественно, для научного обоснования прогнозирования распространения регионально нефтегазоносных территорий необходимо оценивать перспективы нефте­газоносное™ и прогнозные ресурсы углеводородов раздельно по каждо­му литолого-стратиграфическому комплексу, приуроченному к отдель­ным крупным циклам литогенеза, с подразделением (районированием) бассейнов седиментации соответствующих отрезков геологического вре­мени на отдельные сегменты, характеризующиеся определенными палеотектоническими, палеогеографическими и палеогидрогеологическими условиями накопления осадков в течение этого времени.

Поэтому нефтегеологическое районирование каждой исследуемой геологической провинции должно быть ступенчатым. Главнейшими звеньями его должны быть:

1. геотектоническое районирование исследуемой территории с выде­лением в ее пределах крупных геоструктурных элементов, отличающих­ся по своему строению, условиям формирования и развития и по харак­теру приуроченных к ним осадочных формаций;

2. выделение в пределах исследуемой территории бассейнов седи­ментации для крупных циклов литогенеза, приуроченных к определенным стратиграфическим подразделениям слагающих данную территорию оса­дочных образований;

3. районирование, расчленение бассейнов седиментации крупных циклов литогенеза с выделением в их пределах районов или областей, характеризующихся определенными типами формаций и распределением их мощностей, а также особенностями палеотектонических, палеогеогра­фических и палеогидрогеологических условий их накопления;

4. выделение районов, отличающихся разными потенциальными возможностями распространения и концентрации в их пределах ресурсов углеводородов.

При нефтегазогеологическом районировании следует учиты­вать четыре основные группы факторов - критериев, контролиру­ющих процессы генерации, миграции и аккумуляции УВ:

- современное геотектоническое строение изучаемых территорий и особенности формирования их геоструктурных элементов;

- литолого-стратиграфическую характеристику разреза, основан­ную на палеогеографических, формационных и фациальных усло­виях формирования осадков в различных частях этих территорий;

- гидрогеологические условия;

- геохимические условия территорий, в том числе фазовое состояние и физико-химическйе свойства и состав УВ, нефтегазоматеринский потенциал пород и концентрацию, и состав содержащихся в них битумоидов и органического вещества (0В).

Залежи и месторождения, связанные с геоструктурными элементами соот­ветствующего ранга, относятся к элементам нефтегазогеологического районирования наиболее низкого уровня.

Ассоциация смежных и сходных по геологическому строению месторождений нефти и газа, залежи которых приурочены к ловуш­кам, составляющим единую группу, осложняющую структуру бо­лее высокого порядка (уровня), называется зоной нефтегазонакопления.

Нефтегазоносный район представляет собой ассоциа­цию зон нефтегазонакопления, характеризующихся об­щностью геологического строения и развития, литолого-фациальных условий и условий регионального нефтегазонакопления.

Нефтегазоносная область - это ассоциация смежных нефтегазо-носных районов в пределах крупного геоструктурного элемента более высокого уровня по сравнению с уров­нем элемента, соответствующего нефтегазоносному району. Все нефтегазоносные районы в пределах области должны характеризо­ваться общностью геологического строения и историей развития, включая палеографические условия нефтегазо-образования и неф­тегазонакопления.

Нефтегазоносная провинция представляет собой ассоциацию смежных нефтегазоносных областей в пределах од­ного крупнейшего геоструктурного элемента или их группы.

Зоны, районы, области и провинции, нефтегазоносность кото­рых еще не доказана, но предполагается, принято называть нефтегазо-перспективными.

Наряду с районированием по площади нефтегазогеологическое районирование предусматривает расчленение по разре­зу осадочного чехла оцениваемой территории. Основными едини­цами такого расчленения являются пласт, резервуар 1, нефтегазоносный комп­лекс и нефтегазоносная формация.

Нефтегазоносным пластом называется толща про­ницаемых пород-коллекторов, ограниченных сверху (в кровле) и снизу (в подошве) флюидоупорами.

Нефтегазоносный горизонт представляет собой груп­пу перекрытых зональной покрышкой и гидродинамически свя­занных пластов внутри нефтегазоносного комплекса.

Нефтегазоносный комплекс - это литолого-стратиграфическое подразделение, перекрытое региональной покрыш­кой. Комплекс включает один нефтегазоносный горизонт или их группу.

Нефтегазоносная формация представляет собой ес­тественно-историческую ассоциацию горных пород, генетически связанных во времени и пространстве региональными палеогеографическими и палеотектоническими условиями, благоприятны­ми для развития процессов нефтегазообразования и нефтегазонакопления. Нефтегазоносная формация может содержать один нефтегазоносный комплекс или их группу.

Пласты, горизонты, комплексы, продуктивность которых еще не доказана, но предполагается, называют нефтегазоперспективными пластами, горизонтами и комплексами.