К оглавлению журнала

 

УДК 553.981.2.061.15

В.И. ЛАРИН (МИНГ)

Об особенностях вертикальной миграции при формировании газовых залежей

Процессы газообразования и газонакопления рассмотрены многими исследователями [1 –5]. Однако вопрос о вертикальной миграции газа из нижних частей разреза отложений в верхние освещен, на наш взгляд, недостаточно полно.

Основные запасы газа, как известно, сосредоточены на относительно небольших глубинах (С.Г. Неручев, 1978 г.). Предполагается [4], что формирование залежей здесь происходило за счет газа, образовавшегося на больших глубинах, в нижней зоне интенсивного газообразования, выделенной Е.А. Рогозиной, А.Э. Конторовичем, С.Г. Неручевым и др., которыми изучена балансовая сторона процессов генерации газов и битумоидов рассеянным ОВ (как гумусового, так и сапропелевого типа) при его углефикации и показано, что наибольшее количество газов выделяется на глубинах ниже зоны интенсивного нефтеобразования.

Большая роль “нижних” газов при формировании залежей подчеркивалась В.Д. Наливкиным, С.Г. Неручевым, Н.Б. Вассоевичем и др., которые отмечали, что преимущественно газоносные области приурочены к глубоким бассейнам осадконакопления и что более 2/3 основных нефтегазоносных областей и провинций мира с мощностью осадочных пород свыше 4 км являются преимущественно газоносными, в то время как среди провинций с толщей осадков менее 4 км, наоборот, преобладают преимущественно нефтеносные.

Анализ пространственного размещения газовых месторождений с запасами более 100 млрд. м3 и геологических условий их формирования, проведенный П.К. Куликовым (1976 г.), показал, что эти месторождения имеют разный генезис и представлены несколькими типами. В частности, им выделены окраинные (по отношению к областям максимального погружения бассейнов осадконакопления) и центральные типы месторождений. Образование последних, по П.К. Куликову, является результатом миграции газа из глубокозалегающих газоматеринских толщ в верхние части разреза осадочных бассейнов, т. е. прямой дегазации глубинной зоны газообразования. Залежи этих месторождений в бассейнах с песчано-глинистым разрезом формируются в верхних горизонтах, а в бассейнах с мощными эвапоритовыми толщами непосредственно под ними.

В глубоких зонах катагенеза (более 3 км) интенсивность процессов газообразования может быть достаточно высокой, а газоемкость поровых вод глинистых толщ незначительной, что приводит к возникновению избыточного (струйного) газа в материнских породах и перемещению его в природный резервуар. В последнем он будет находиться какое-то время в неподвижном состоянии. При критической газонасыщенности начнется перемещение газовой фазы в природном резервуаре и аккумуляция газа в ловушках. Формирование залежей газа в нижних зонах происходит также в результате его выделения из воды при восходящих тектонических движениях. Перенос газа в растворенном состоянии водой имеет подчиненное значение. Поэтому масштабы образования избыточного газа при их движении невелики.

В верхних зонах катагенеза условия формирования газовых залежей существенно отличаются от нижних. Здесь процессы генерации газа в породах протекают не столь интенсивно. Значительную роль в насыщении подземных вод в этих зонах играет “нижний” газ. Движение подземных вод, снижение регионального базиса разгрузки подземных вод и восходящие тектонические движения все эти процессы приводят к дегазации пластовых вод и образованию газовой фазы.

Существенное значение в процессах концентрации первичнорассеянного газа имеет диффузия (и в нижней, и в верхней зонах катагенеза). В результате диффузии газ из нижних зон поступает в верхние. При региональном характере такого вертикального перемещения газа происходит донасыщение подземных вод в верхних зонах и образование избыточного газа после их насыщения.

Необходимость построения именно такой геологической модели вертикальной миграции регионального перемещения газа из нижних зон в верхние предопределяется как региональным характером накопления исходного ОВ в осадочных толщах и последующей газогенерацией, так и региональной первичной миграцией газа, а также чрезвычайно низкой интенсивностью этих процессов (табл. 1, табл.2). Струйное поступление газа из нижних зон в верхние возможно лишь на локальных участках (прорыв газа из ловушек через породы покрышки, разрывные нарушения). Вертикальная струйная миграция УВ не может осуществляться повсеместно и одновременно. И, наоборот, региональная вертикальная миграция, происходящая одновременно и повсеместно на большой территории, не может быть струйной.

Основоположником представлений о струйной миграции газа, т. е. перемещении газа в водонасыщенных породах непрерывной струей в газообразной фазе, является В.П. Савченко (1952 г.). По его мнению, современные залежи нефти и газа образовались главным образом за счет перераспределения УВ между ловушками посредством струйной миграции, а первичная миграция нефти и газа, в какой бы форме она ни происходила, для большинства нефтегазоносных районов является давно прошедшим этапом (1977 г.).

Таким образом, понятие о первичных и вторичных залежах имеет у В.П. Савченко иное толкование по сравнению с распространенным представлением, согласно которому первичными являются залежи, образовавшиеся в газоматеринской толще (в проницаемых ее прослоях), а вторичными возникшие за пределами газоматеринских комплексов. Однако деление залежей на первичные и вторичные по признаку, предложенному В.П. Савченко, не вызывает принципиальных возражений.

Первичные и вторичные залежи формируются на конечных этапах за счет струйного газа с той лишь разницей, что при образовании первичных струйная миграция происходит лишь в самой ловушке или в ее границах улавливания, а при формировании вторичных переток УВ совершается из одной ловушки в другую или же из одного природного резервуара в другой. Вторичные скопления формируются в результате аккумуляции газа, до этого находившегося в залежах в концентрированном и газообразном состоянии. Первичные содержат газ, который прежде был рассеянным (в газообразном или растворенном состоянии).

При формировании первичных залежей, как показал В.П. Савченко, вертикальная миграция газа в пластах-коллекторах (от их подошвы до кровли) происходит в основном в растворенном состоянии. При незначительной интенсивности образования избыточного газа последний переносится в диффузионном потоке к кровле пласта, где и образуется газовая фаза. Выделившийся из пластовых вод газ в прикровельной части мигрирует в струйном виде, но уже не в вертикальном, а в латеральном направлении. Газ движется по восстанию слоев и аккумулируется в ловушках. Таким образом, формирование газовых залежей завершается аккумуляцией струйного газа, который до этого мог находиться в ином состоянии.

Широкомасштабная повсеместная региональная вертикальная миграция в осадочных толщах из газоматеринских и перекрывающих их отложений осуществляется в основном в растворенном виде (в диффузионном потоке).

И.В. Высоцкий (1954 г.) и В.А. Соколов (1965 г.) полагали, что в результате диффузии в разрезе осадочной толщи с мощными глинистыми и песчаными пластами вследствие различной их диффузионной проницаемости происходит накопление газа под глинистыми покрышками и формируются залежи. По В.А. Соколову, при диффузии газов из толщи глубокозалегающих газоматеринских пород образование нескольких залежей в перекрывающих эту толщу отложениях, т. е. многопластового месторождения, будет отмечаться при условии, если диффузионная проницаемость пластов-экранов вверх по разрезу последовательно уменьшается.

Ю.С. Шилов (1973, 1981 гг.) совместно с Ф.А. Макаренко впервые указал на возможность существования в осадочных бассейнах термодинамических экранов для восходящего диффузионного потока газа, впоследствии названных им термобарогеохимическими.

Диффузионные процессы рассмотрены И.И. Нестеровым и В.И. Шпильманом (1987 г.), обратившими внимание на то, что газ из объема воды выделяется мгновенно, а рассеяние сформировавшейся залежи происходит продолжительное время. По их мнению, диффузия только поставляет газ в водоносные пласты (но предельная газонасыщенность за счет этого не наступает), а тектонические восходящие движения обеспечивают его переход в свободную фазу (такой механизм назван ими эффектом диффузионно-тектонического “насоса”). Как видим, эти исследователи отводят другую, чем Ю.С. Шилов, роль диффузионным процессам.

Роль диффузионных процессов при формировании газовых залежей изучена не в полной мере. Несомненно, что диффузия способствует миграции газа в вертикальном направлении. Это приводит не только к рассеянию газа (из образовавшихся залежей в периоды их разрушения), но и концентрации его (в периоды газонакопления). Естественно, что эта миграция влечет за собой не только вынос газа из водогазонасыщенного пласта, но и поступление его в другой пласт, из которого, в свою очередь, газ также выносится в диффузионном потоке в следующий вышележащий слой и так далее.

В вертикальной и латеральной миграции, в “рассеянной и концентрированной” формах движения газа находят свое выражение процессы газонакопления в верхних и нижних зонах катагенеза, в результате которых образуются газовые залежи, как во внутренних, так и внешних, окраинных, частях осадочных бассейнов.

Публикуя материалы по количественной оценке процессов генерации и первичной миграции газа, мы хотели обратить внимание на то, что средняя интенсивность этих процессов за какой-либо отрезок геологического времени, например за этап погружения, соизмерима с интенсивностью диффузии газа в водонасыщенных, точнее водогазонасыщенных, породах, что эти процессы имеют региональный характер и, следовательно, в определенных геологических условиях формирование первичных газовых залежей происходит за счет вертикальной региональной миграции первично-рассеянного газа из глубокопогруженных материнских пород в вышележащие отложения. Эта модель формирования первичных газовых залежей центрального типа представляется нам наиболее обоснованной для газоносных регионов, приуроченных к глубоким впадинам, в нижней части разреза которых располагаются газоматеринские толщи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Высоцкий И.В. Геология природного газа. М.: Недра.– 1979.
  2. Геология нефти и газа Западной Сибири / А.Э. .Конторович, И.И. Нестеров, Ф.К. Салманов и др. М.: Недра.– 1975.
  3. Ермаков В.И. Уравнение баланса генерации и распределения газа в осадочных толщах и вероятность его решения / В кн.: Проблемы прогноза газоносности. М.– 1978.– С. 11 – 18.
  4. Ларин В.И. Количественная оценка процессов газонакопления. М.: Недра.– 1982.
  5. Нестеров И.И., Шпильман В.И. Теория нефтегазонакопления. М.: Недра.– 1987.

Abstract

Revealed are peculiarities of vertical gas migration with pool formation in depressions containing deeply-buried gas source-rock units: regional character and dispersed form of gas mass transfer. It is emphasized that these features may be caused by a widescale (by area) distribution of gas-prone source-rocks and by a low intensity of generation and primary gas migration processes. The results of the quantitative evaluation of these processes are given.

Таблица 1 Средняя интенсивность генерации газа в газоматеринских породах на разных этапах погружения (содержание ОВ в глинистых породах в начале катагенеза принято равным 100 кг/м3)

Палеоглубины погружения, 103 м

Средняя скорость погружения пород в данном интервале глубин, м/млн. лет

Интенсивность генерации газа

33)/млн. лет

10-1633)/с

гумусовое ОВ

сапропелевое ОВ

гумусовое ОВ

сапропелевое ОВ

0,3–1,8

50

0,03

0,016

9

5

1,8–3,6

30

0,05

0,015

16

5

3,6–5,2

20

0,10

0,250

32

80

Таблица 2 Средняя интенсивность (g) поступления газа при первичной миграции вместе с отжимаемыми водами (в растворенном состоянии) при различных значениях мощности (h) материнских пород

Зона катагенеза

Палеоглубина подошвы зоны, м

Пористость глин в кровле и подошве зоны, %

Принятая палеогазоемкость* поровых вод в подошве зоны, м33

Время погружения, млн. лет

g, 10-14 (м3/м2)/с** при

h, м

1

10

50

1100

I

1800

45/25

2,2/0,35

35

0,02/0,003

0,2/0,03

1,0/0,15

2,0/0,3

II

3600

25/17

4,5/0,65

60

0,015/0.002

0,15/0.2

0,75/0,1

1,5/0.2

III

5200

17/5

7,0/7,0

80

0,027/0,027

0,27/0,27

1,35/1,35

2,7/2,7

* В числителе для метана, в знаменателе для пропана

** В числителе для гумусового ОВ, в знаменателе для сапропелевого

Сайт создан в системе uCoz