CC BY
146
УДК 553.98:550.8
С.Б. Коротков
Вертикальные каналы миграции углеводородов и их роль в формировании глубокопогруженных залежей
Ключевые слова:
углеводороды,
миграция,
вертикальные
каналы,
формирование
залежей,
глубокозалегающие
горизонты.
Keywords:
hydrocarbons, migration, downtake, accumulation, deep horizons.
В осадочно-миграционной теории нафтидогенеза латеральной субгоризонтальной миграции углеводородов придается основное, а вертикальной миграции - подчиненное значение. Выдержанность проницаемых пластов на большой площади обеспечивает условия для региональных потоков геофлюидов, в том числе подземных вод. В идеале образуется флюидодинамический режим артезианского бассейна. Предполагается, что углеводородные флюиды также могут перемещаться на большие расстояния по латерали [1].
В историческом аспекте рассматривались различные механизмы латеральной миграции. Наибольшее признание получила теория струйной миграции, предложенная В.П. Савченко и получившая развитие в трудах многих видных ученых (А. Л. Козлов, В.Н. Корценштейн, С.П. Максимов и др.). В соответствии с ней ловушки, расположенные на путях струйной миграции, заполняются углеводородами, а находящиеся вне этих путей остаются пустыми.
В прикладной геологии задача поисков путей струйной миграции никогда не ставилась, поэтому не разрабатывались и соответствующие технологии. Геологи уже более ста лет руководствуются «антиклинальной технологией»: в районе с установленной нефтегазоносностью ведется поиск антиклинальных структур, в контурах которых осуществляют поисково-разведочное бурение.
Именно для решения этой задачи разрабатывались и постоянно совершенствовались технические средства, а также геофизические, геохимические и даже аэрокосмические методы. Основным средством выявления ловушек антиклинального типа на протяжении последних пятидесяти лет была и остается сейсморазведка методом отраженных волн с многократным суммированием зарегистрированных данных в общих точках наблюдения.
Сейсморазведкой покрывается вся потенциально нефтегазоносная территория, на учет ставятся все выявленные структуры, которые разбуриваются, начиная с наиболее крупных поднятий и заканчивая мелкими. Примеры можно не приводить, поскольку подобное развитие поисково-разведочных работ характерно для всех без исключения старых нефтегазоносных районов России и мира. Пока поисково-разведочные работы проводились преимущественно на малых и средних глубинах, такая практика себя оправдывала. Однако по мере увеличения глубин поиска, эффективность работ снижалась, резко и необъяснимо увеличилась доля пустых структур. Помимо чисто технических причин это обусловлено недостатками научно-методического характера, выразившимися в низкой точности локального прогнозирования зон концентрации ресурсов, выбора первоочередных объектов для бурения, обоснования целевых горизонтов. Таким образом, назрела объективная необходимость в модернизации модели формирования глубокопогруженных месторождений с учетом особенностей строения глубоких горизонтов [2].
На больших глубинах (глубже 4,0^4,5 км, иногда и на 3^3,5 км) все осадочные породы сильно уплотнены (исключение может быть сделано для очень молодых депрессий), в разрезе отсутствуют выдержанные проницаемые пласты. Согласно исследованиям В.И. Дюнина [3], глубокие водоносные (нефтегазоносные) горизонты представляют собой систему пластово-блокового строения, исключающую саму возможность
№ 5 (16) / 2013
Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г.
141
латеральной миграции флюидов (в том числе углеводородов) на большие расстояния, а массоперенос осуществляется преимущественно путем вертикальной миграции. Следовательно, заполняться углеводородами будут те ловушки, которые расположены в зоне влияния вертикальных каналов разгрузки флюидов (рис. 1).
В прикладной нефтегазовой геологии изучению вертикальных каналов разгрузки флюидов уделялось недостаточно внимания, поскольку при проведении геологоразведочных работ и подсчетах запасов углеводородов на традиционных глубинах проблема не была актуальной. Однако в фундаментальной геологии вертикальные каналы в земной коре в широком аспекте давно являются предметом пристального изучения. Субвертикальные каналы ми-
грации флюидов в земной коре распространены повсеместно, и их ведущая роль в формировании месторождений многих рудных и нерудных полезных ископаемых сегодня не вызывает сомнения. Для того чтобы представить себе все разнообразие вертикальных каналов, ниже приведем их краткий обзор.
Самыми известными вертикальными каналами являются классические магматические вулканы. Они подразделяются на действующие (извержения и выделения горячих газов и воды последние 3500 лет), потухшие и палеовулканы (погребенные толщей осадочных пород), - всего десятки тысяч единиц [5]. Батиметрическая съемка Мирового океана, показала, что, например, дно Южно-Китайского моря испещрено тысячами подводных вулканов, которые
коллектор
флюидоупор
Si
циркуляционное движение гидротермального раствора
направления миграции нефти и газа при благоприятных локальных условиях
г о оч залежь УВ
Рис. 1. Схема формирования залежи углеводородов через механизм вертикальной миграции в условиях блокового строения глубокопогруженных осадочных пород [4]
№ 5 (16) / 2013
Глубина, м
142
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
формируют специфичный рельеф дна и донных отложений (рис. 2, 3) [6]. Вулканы ежегодно выбрасывают в атмосферу и Мировой океан гигантские объемы твердых, жидких и газообразных продуктов.
К вертикальным каналам разгрузки относятся грязевые вулканы, кимберлитовые трубки, «курильщики» на дне океанов. Исследователи дна Мирового океана указывают на то, что детальные съемки, проведенные в послед-
ние десятилетия, выявили огромное число подводных вулканов, черных курильщиков и иных форм разгрузки гидротермальных вод (с температурой до 350 °С) [6]. К вертикальным каналам можно также отнести гидровулканизм, проявления которого отмечены во многих нефтегазоносных бассейнах мира. Автор открытия этого явления П.П. Иванчук определял гидровулканизм как субвертикальный прорыв пластовых вод с разрывом сплошности пластов [7].
Рис. 2. Батиметрическая съемка Южно-Китайского моря. Практически вся поверхность дна покрыта конусами подводных вулканов. На наиболее высоких и неактивных начали формироваться рифогенные массивы атоллового типа (Google Earth, 2011)
+ кристаллический фундамент
г - г - г • г - г • г ' г • г - г ■ г • г • г • г г . г ' г • г - г • вулканические породы
терригенные осадочные породы
морская вода
Рис. 3. Схематичный разрез дна Южно-Китайского моря, приведенного на рис. 2 [4]
№ 5 (16) / 2013
Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г.
143
В образовании субвертикальных каналов миграции заметную роль играют разломные зоны, формирующиеся на стыках подвижных тектонических блоков (см. рис. 1, 3). Характерной особенностью этих зон в платформенных областях является продолжительный период их активной жизни, что обусловлено циклическими реверсивными колебательными процессами на протяжении всей истории нашей планеты. Обнаружение и картирование разломных зон современными геофизическими методами в большинстве случаев затруднено из-за отсутствия значительных взаимных вертикальных и горизонтальных смещений блоков. Применяемые методические подходы геологического моделирования не учитывают специфических особенностей строения этих тектонофизиче-ских структур. В подавляющем большинстве случаев исследователи рассматривают их как классические разломы и пытаются увязать локальные межблоковые зоны, соизмеримые по размерам с лицензионными участками (обычно не более 100^900 км2), с процессами планетарного масштаба. Учитывая это, при интерпретации стоит опираться только на зарегистрированные приборами данные, а при отрисовке линий разломов помнить о колоссальной разнице между горизонтальным и вертикальным масштабами визуализации сейсмических данных.
Многолетние исследования разломных зон, проводимые автором настоящей статьи на основе интерпретации сейсмических данных, результатов анализа обнажений и керна, позволяют сделать предположение, что основная особенность субвертикальных флюидоканалов (и субвертикальных флюидобарьеров) связана с тем, что многие из них сформированы не в результате разрушения коренных пород, а в результате особых фациальных условий - накопления осадков, иногда существенно отличающихся от осадков, слагающих массивы блоков. В настоящее время наиболее близким аналогом субвертикальных флюидоканалов можно считать норвежскую фьордовую систему.
На рис. 4 схематично показаны осадочные породы в палеограбене, позволяющие понять принципиальную разницу между особенностями осадконакопления в условиях фьорда и в зоне дробления разлома. В зависимости от последующих тектонических и гидрогеологических событий могут формироваться три типа разреза:
• межблоковая зона становится субвертикальным флюидоканалом, что распространено в Западной Сибири (рис. 5а);
• межблоковая зона становится субвертикальным флюидобарьером, экранирующим залежь или разбивающим месторождение
кристаллический фундамент
терригенные осадочные породы
морская вода
Рис. 4. Схема осадконакопления палеофьорда: а - поперечный разрез русла; б - разрез вдоль русла [4]
№ 5 (16) / 2013
144
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
на изолированные гидродинамические блоки, что чаще наблюдается в Восточной Сибири (рис. 5б);
• межблоковая зона (значительных геометрических размеров) выступает в качестве среды формирования ловушек углеводородов, что широко распространено в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции (рис. 6).
Ориентация цепочек месторождений в некотором плане схожа с ориентацией фьордовой системы Кольского п-ова (рис. 7).
На рис. 8 представлен фрагмент сейсмического разреза вдоль фарватера Обской губы, в нижней части которого имеется палеограбен. Общая форма тектонических блоков на
рис. 8 и 9 имеет схожее строение (горизонтальный масштаб сейсморазреза примерно соответствует изображению). Большинство мульд Западной Сибири на сейсмических разрезах имеют подобные углы наклона, что, по-видимому, объясняется прочностными свойствами гранитных и базальтовых пород, а также особенностями эрозионных процессов при нахождении разрезов такого типа выше уровня моря.
На больших глубинах массив горных пород разделен на гидродинамически изолированные блоки разной размерности. При этом на сейсмических разрезах, полученных посредством стандартных промышленных методов,
кристаллический фундамент
терригенные осадочные породы
карбонатные осадочные породы
зона вторичного минералообразования
/л
И
зона вторичной трещиноватости/ кавернозности
локальные трещины и разломы в массиве блокового тела
вторичное разломообразование
морская вода
Рис. 5. Вторичные тектонические события и (или) гидротермальные процессы: а - формируют в межблоковой зоне субвертикальные флюидоканалы трещинного или кавернозного типа. В случае подъема пород выше уровня моря эти участки наиболее
подвержены карстообразованию;
б - формируют трещиноватые (кавернозные) зоны в массиве блоков, а межблоковые зоны цементируются гидротермальными минералами повышенной прочности.
В случае подъема пород выше уровня моря на месте межблоковых зон формируются цепочки останцов [4]
№ 5 (16) / 2013
145
Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г.
Рис. 6. Схема нефтегазоносности Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции [8] (сходство ориентации цепочек месторождений с ориентацией фьордовой системы Кольского п-ова, представленной на рис. 7)
Рис. 7. Фьордовая система Кольского п-ова в районе скв. СГ-3 (Google Earth, 2010)
№ 5 (16) / 2013
146
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
Рис. 8. Региональный сейсмический разрез «север - юг» вдоль фарватера Обской губы [4]
Рис. 9. Фьорд вблизи г. Ставангер (Норвегия). Этап заполнения тектонической брекчией и начальный этап заполнения терригенными осадками [4]
№ 5 (16) / 2013
Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г.
147
не наблюдается существенных смещений блоков относительно друг друга, что затрудняет их выделение, а интерпретация основывается на косвенных данных (потеря корреляции, изменение волновой картины). Внутри массива блока дискретно на разных уровнях возникают очаги вторичного разуплотнения (зоны повышенной трещиноватости), которые в одних случаях служат вместилищем для углево-
Список литературы
1. Карцев А.А. Нефтегазовая гидрогеология /
A. А. Карцев, С.Б. Вагин, В.П. Шугрин. - М.: Недра, 1992. - 208 с.
2. Коротков Б. С. Перспективы поисков промышленно значимых залежей углеводородов на больших глубинах
в России / Б.С. Коротков, С.Б. Коротков,
B. Ф. Подурушин // Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых
и газоконденсатных месторождений. -М.: Газпром экспо, 2009. - 114 с.
3. Дюнин В.И. Гидрогеодинамика глубоких горизонтов нефтегазоносных бассейнов /
B. И. Дюнин. - М.: Научный мир, 2000. - 440 с.
4. Коротков С.Б. Газ на больших глубинах: новые модели поисковых объектов и направления совершенствования методов ГРР: обз. инф. /
C. Б. Коротков. - М.: Газпром экспо, 2012. -108 с.
5. Тазиев Г. На вулканах Суфриер, Эребус, Этна / Г. Тазиев. - М.: МИР, 1987. - 263 с.
6. Ильин А.В. Изменчивый лик глубин: проблемы изученности дна океана / А.В. Ильин. -
М.: Недра, 1996. - 186 с.
7. Иванчук П. П. Гидровулканизм в осадочном чехле земной коры / П.П. Иванчук. - М.: Недра, 1994. - 156 с.
дородных скоплений, в других - путями миграции в направлении дневной поверхности. Латеральная миграция флюидов незначительна. Межблоковые зоны могут выступать в роли субвертикальных флюидобарьеров или, наоборот, флюидоканалов, а также мест формирования ловушек. Эту особенность следует учитывать при поисках месторождений и их последующей разработке.
8. Белонин М.Д. Тимано-Печорская провинция: геологическое строение, нефтегазоносность и перспективы освоения / М.Д. Белонин,
О.М. Прищепа, Е.Л. Теплов и др. - СПб.: Недра, 2004. - 396 с.
9. Астафьев Д.А.Тектонический контроль газонефтеносности полуострова Ямал /
Д. А. Астафьев, В. А. Скоробогатов // Геология нефти и газа. - 2006. - № 2. - С. 27-31.
10. Зыкин Н.Н. Геохимия вод озера Байкал
и вод гидратсодержащих осадков в районе подводного грязевого вулкана Маленький / Н.Н. Зыкин, С.Б. Коротков, К.Г. Новикова // Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г. -М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2010. - С. 184-192.
11. Петров А.И. Импульсно-очаговые структуры и проблемы их рудоносности. - Л.: Недра, 1988. - 232 с.
12. Соколов Б. А. Флюидодинамическая модель нефтегазообразования / Б.А. Соколов,
Э.А. Абля. - М.: Геос, 1999. - 76 с.
№ 5 (16) / 2013
