Закономерности изменения состава попутных и рассеянных газов на севе

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.

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.

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

Важной особенностью такого подхода является получение данных

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

дородов северо-востока Волго-Урала по комплексному изучению состава попутных газов.

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

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,

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

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

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,

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

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

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

Выявленные закономерности позволили отметить существен­ ное влияние тектонического фактора и стратиграфической при-* уроченности на распределении 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.