CC BY
4УДК: 553:(548.562+542.7)
МЕССОЯХСКОЕ ГАЗОКОНДЕНСАТНОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ — ЕДИНСТВЕННЫЙ ПРИМЕР МЕРЗЛОТНОЙ ГАЗОГИДРАТНОЙ ЗАЛЕЖИ?
И Матвеева Т. В.
ФГБУ «ВНИИОкеангеология», Санкт-Петербург, Россия
E-mail: [email protected]
В работе дана краткая характеристика Мессояхского газоконденсатного и, предположительно, газогидратоносного месторождения, расположенного в северной части Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна. Приводятся данные гелиеметрии, дающие основание предполагать газогидратоносность газслониской свиты месторождения. Отмечается, что ряд месторождений Западной Сибири, находящихся в мерзлой зоне, также потенциально газогидратоносны. Кратко охарактеризованы мерзлотные газогидратные резервуары.
Ключевые слова: газовые гидраты, Мессояхское месторождение, мерзлотные газогидрат-ные резервуары.
IS THE MESSOYAKHSKOYE GAS CONDENSATE FIELD THE ONLY EXAMPLE OF A PERMAFROST GAS HYDRATE DEPOSIT?
И Matveeva T. V.
FSBI "VllOkeangeologia", St. Petersburg, Russia
The paper provides a brief description of the Messoyakha gas condensate and presumably gas hydrate-bearing field located in the northern part of the West Siberian oil and gas Basin. The data of heliometry are presented, which give grounds to assume the gas hydrate content of the Gazslonian formation of the deposit. It is noted that a number of fields in Western Siberia located within the permafrost zone are also potentially gas-hydrate-bearing. Permafrost gas hydrate reservoirs are briefly characterized.
Key words: gas hydrates, Messoyakha gas field, permafrost gas hydrate reservoirs.
Введение. Возможность существования газогидратных залежей в природных условиях была доказана работами И. Н. Стрижова (1946), М. П. Мохнаткина (1947) и экспериментальными исследованиями Ю. Ф. Макагона. Первым феноменом, вероятно связанным с гидратообразо-ванием в мерзлоте, по свидетельству Ю. Ф. Макагона, является «замерзший» газовый фонтан на реке Мархе при температурах воздуха ниже 50 °С [1]. В 1963 г. в северо-западном районе Якутии при вскрытии продуктивного пласта Мархинской буровой разведочной скважины с глубины 1830 м, где температура пород не превышала 3,8 °С, появился мощный открытый фонтан газа высотой 42 м, который постепенно заглох, оставив множество вопросов и уникальное фото (рис. 1).
Научное открытие возможности существования природных газогидратов было зарегистрировано в Государственном реестре научных открытий (№ 75, 1970 г.) [2]. Авторы открытия — А. А. Трофимук, Н. В. Черский, В. Г. Васильев, Ю. Ф. Макагон, Ф. А. Требин. Триггером к этому, вероятнее всего, явилось изучение Мессояхского газоконденсатного месторождения, открытого в 1967 г. в северной части Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна. Мессояхская структура имеет размеры 12 на 19 км по кровле долганской свиты и амплитуду 84 м. Средняя глубина залежи составляет 800 м; толщина мерзлых пород в пределах залежи — 440 м; начальное пластовое давление — 7,4 МПа; пластовая температура на уровне Рис. 1. Замерзший газовый фонтан кровли составляет 11 X, на уровне ГВК — 14 X; этаж на Мархнжкот скгажине (го [1]) газоносности равен 76 м; глубина газоводяного контакта
составляет 802 м [3].
Ускоренный запуск Мессояхского месторождения был необходим для обеспечения крупных предприятий, которые располагались в Норильске и поблизости от него, и прежде всего крупнейшего горно-металлургического комбината «Норильский никель». Объектом подсчета запасов и промышленной разработки является кровельная часть долганской свиты, стратиграфически приуроченной к сеноманским отложениям верхнего мела. Месторождение разрабатывается более 30 лет и в настоящее время находится в стадии истощения.
Изучение Мессояхского газоконденсатного месторождения с точки зрения газовых гидратов. Активные работы по исследованию Мессояхского газоконденсатного месторождения были выполнены в 1980-1990-х гг. для выявления признаков его гидратоносности. Поскольку начальные пластовые условия в некоторой части сеноманской терригенной продуктивной толщи отвечали условиям стабильности гидратов газа, а также по ряду косвенных признаков, месторождение стало рассматриваться в отечественной и зарубежной литературе как типичный (и единственный в мире на тот момент) пример разрабатываемой газогидратной залежи [4].
Первый опыт выделения во вскрытом скважинами разрезе потенциально газогидратоносных интервалов принадлежит М. Х. Сапиру, изучавшему Мессояхское месторождение по материалам промыслово-геофизических исследований [5]. Был обнаружен специфический характер записи диаграмм стандартного каротажа в интервале залегания некоторых алеврито-песчаных пластов, напоминающий характеристику мерзлых пород того же состава: нечетко дифференцированную кривую спонтанной поляризации, увеличение диаметра скважины, несколько повышенное удельное электрическое сопротивление. От газоносных пластов предполагаемые гидратоносные отличались низким уровнем записей вызванной гамма-активности по данным нейтронного каротажа. Однако сам факт присутствия гидратов оставался недоказанным, поскольку все косвенные признаки присутствия гидратов, на которых основано суждение о газо-
гидратоносности залежи, могли быть обусловлены другими причинами. В этой связи проблема выявления истинной гидратоносности была важна как для оценки «остаточной» промышленной ценности месторождения, так и в свете изучения газовых гидратов (рис. 2).
Модель газогидратоносности Мессояхского месторождения
Рис. 2. Слева — расположение Мессояхского месторождения; справа — модель газогидратоносности Мессояхского месторождения по [6]
В 1983 г. ВНИИОкеангеология и объединение «Норильскгазпром» приступили к регулярным наблюдениям за изменением состава газа в скважинах месторождения. В результате специальных газогеохимических исследований (тысячи проб) в эксплуатационных скважинах месторождения выявлены уникальные газы, отличающиеся весьма высоким (более 0,6%) и крайне низким (0,0002%) содержанием гелия. Измеренные значения отличались почти на порядок в ту и другую сторону от пределов концентраций, установленных при первичном опробовании скважин до начала разработки месторождения (0,005-0,033%), а также от крайних значений совокупности проб из всех сеноманских газовых залежей севера Западной Сибири (0,0020,036%) [7]. Установлено, что состав газа меняется в зависимости от режима работы скважин. Удалось показать, что газы с высоким содержанием гелия представляют собой остаточный продукт техногенного новообразования гидратов при перетоках газа из верхних частей продуктивной толщи, где в случае присутствия естественных гидратов должно было бы происходить их разрушение. Предполагалось, что низкогелиеносные газы, характерные для периферии разрабатываемой части месторождения, могут быть продуктом разложения природных гидратов, однако эти газы, вероятно, поступали из нижней части толщи, где никто гидратов не предполагал [8] (рис. 3). По ряду причин наблюдения за составом газа на месторождении не удалось довести до логического завершения. Таким образом, вопрос о газогидратоносности Мессояхского месторождения остается актуальным до сих пор.
Следует отметить, что эксплуатация Восточно-Мессояхского месторождения в последние годы вновь выявила острую необходимость в изучении гидратов в этом регионе.
Рис. 3. Результаты гелиеметрического мониторинга ВНИИОкеангеология на Мессояхском месторождении [8]
Зона стабильности газогидратов криогенного генезиса и газогидратные резервуары. Формирование зоны стабильности криогенных (образованных в ходе промерзания продуктивных толщ в геологическом прошлом и сохранившихся до наших дней) газовых гидратов происходит за счет того, что мерзлота понижает положение нулевой изотермы. Таким образом, мерзлота позволяет газогидратам оставаться стабильными, а мощность зоны стабильности газовых гидратов (ЗСГГ) зависит от толщины вышележащего слоя вечной мерзлоты.
В традиционной геологии углеводородов под резервуаром понимают состоящее из коллектора тело, частично или полностью ограниченное непроницаемыми породами, способное вмещать нефть, газ и воду.
Для газогидратного резервуара нужны не только коллектор и достаточное количества газа в по-ровом пространстве. Значение имеет наличие достаточного количества реакционноспособной воды и термобарические условия. Гидратный резервуар состоит из гидратного коллектора (или гидратовмещающих отложений) и ограничивающих его полей проницаемости, геохимического и температурного [9, 10].
Формирование гидратного резервуара происходит при охлаждении недр. Ранее существовавшая газовая залежь при достаточном количестве реакционноспособной воды способна трансформироваться в скопление газогидратов.
Образование гидратного резервуара возможно непосредственно в толще мерзлых пород, вне ранее существовавших залежей газа, возможно при образовании гидрата из растворенного в водах промерзших отложений. Гидраты способны сохраняться в метастабильном состоянии после деградации зоны стабильности благодаря эффекту «самоконсервации».
Предполагаемые газогидратоносные залежи. В зарубежной Арктике прямые доказательства наличия газовых гидратов на Северном склоне Аляски получены в результате анализа керна, а косвенные — в результате бурения промышленных скважин, которые свидетельствуют о наличии многочисленных слоев газовых гидратов в районе нефтяных месторождений Прадхо-Бей и Купарук-Ривер [11].
В Российской Арктике по косвенным признакам предполагается газогидратоносность Восточ-но-Мессояхского, Сузунского, Пеляткинского, Северо-Соленинского, Казанцевского, Озерного и Джангодского месторождений. Кроме этого, структуры Средне-Пясинская, Семеновская и Сухо-Дудинская также могут оказаться газогидратоносными (рис. 4). Указанные структуры приурочены к интервалам разреза от 350 до 1200 м с возрастами от турона до валанжина. По всей вероятности, газовая составляющая продуктивных горизонтов указанных структур не полностью трансформировалась в газовый гидрат, а может представлять собой сосуществование различных форм газа — водорастворенной, твердой газогидратной и свободной [8].
Месторождения нефти и газа
Рис. 4. Месторождения нефти и газа в низовьях Енисея. Источник: [12]
Кроме подмерзлотных резервуаров, внутримерзлотные гидраты предполагаются по данным газогеохимии в продуктивных толщах, расположенных ниже 250 м на Бованенковском и Ям-бургском месторождениях [13, 14]. Однако из-за отсутствия прямых наблюдений газовых гидратов в кернах или исчерпывающих каротажных характеристик эти предположения пока не подтверждены.
Особенности газогидратных залежей и их отличия от залежей традиционного газа приведены в работе [15] и требуют специальных методов изучения.
Выводы. Мерзлотные залежи и скопления газогидратов суши и акваторий — важные и интересные объекты исследований. Такие скопления в настоящее время выявляются в основном по косвенным признакам. Перспектива продолжения их исследований видится в кооперации между научными организациями и организациями недропользователей на реальных объектах. Перспективными исследованиями представляются петрофизические, газогеохимические и каротажные исследования.
Список литературы
1. Макагон Ю. Ф., Омельченко Р. Ю. Мессояха — газогидратная залежь, роль и значение // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2012. № 3. С. 2-19.
2. Трофимук А. А., Черский Н. В., Васильев В. Г., Макогон Ю. Ф., Требин Ф. А. Научное открытие СССР № 75 «Свойство природных газов в определенных термодинамических условиях находится в земной коре в твердом состоянии и образовывать газогидратные залежи» // Открытия, изобретения, товарные знаки. 1970. № 10.
3. Адзынова Ф. А., Сухоносенко А. Л. Мессояхское газогидратное месторождение // Газохимия (январь — февраль). 2010. С. 38-40.
4. Макагон Ю. Ф., Требин Ф. А., Трофимук А. А. и др. Обнаружение залежи природного газа в твердом (газогидратном) состоянии // Докл. АН СССР. Сер. Геология. 1971. Т. 196, № 1-3. С. 203-206.
5. Caпир М. Х., Богатыренко Р. С., Конева Г. Л. Анализ разработки Мессояхского газогидратного месторождения. НТО ВНИИЭГАЗПРОМ, 1976. 39 с.
6. https://sites.science.oregonstate.edu/~hetheriw/energy/topics/doc/fuels/fossil/methane_hydrate/ methane_hydrateJapan_geo_survey/Messoyakha.html.
7. Борисов В. В., Гинсбург Г. Д. Вариации состава газа Мессояхского месторождения как следствие образования-разложения гидратов // Природные и техногенные газовые гидраты. М.: ВНИИГАЗ, 1990. С.187-193.
8. Гинсбург Г. Д., Новожилов А. А., Дучков А. Д., Прасолов Э. М., Заварзин И. В., Коллет Т. С. Присутствуют ли природные газовые гидраты в сеноманской залежи Мессояхского газового месторождения // Геология и геофизика. 2000. Т. 41, № 8. С. 1165-1177.
9. Матвеева Т. В., Логвина Е. А., Назарова О. В. Газовые гидраты акваторий: методы и результаты ресурсных оценок // Геология нефти и газа. 2024. № 3. С. 81-96. DOI: 10.47148/0016-7894-2024-381-96.
10. Матвеева Т. В. Образование гидратов углеводородных газов в субаквальных обстановках // Мировой океан. Т. 3: Твердые полезные ископаемые и газовые гидраты в океане. М.: Научный мир, 2018. С. 586-697.
11. Collett T. S. "Natural Gas Hydrates of the Prudhoe Bay and Kuparuk River Area, North Slope, Alaska" // AAPG Bulletin. 1993. Vol. 77. C. 793-812.
12. https://www.tmrgeo.ru/index.php/about/hist.
13. Истомин В. А., Якушев В. С. Газовые гидраты в природных условиях. М.: Недра, 1992. 236 с. ISBN 5-247-02442-7.
14. Якушев В. С., Перлова Е. В., Махонина Н. А. и др. Газовые гидраты в отложениях материков и островов // Рос. хим. журн. 2003. № 3. С. 80-90.
15. Матвеева Т. В., Логвина Е. А. Современные тенденции в области экспериментальной разработки газогидратных залежей // Газовая промышленность. Спецвыпуск. 2012. № 676. С. 88-94.
References
1. Makagon Yu. F., Omel'chenko R. Yu. Messoyaxa — gazogidratnaya zalezh', rol' i znachenie // Geologiya i polezny'e iskopaemy'e Mirovogo okeana. 2012. N 3. S. 2-19. (In Russ.).
2. TrofimukA. A., CherskijN. V., Vasil'ev V. G., Makogon Yu. F., Trebin F. A. Nauchnoe otkry'tie SSSR № 75 "Svojstvo prirodny'x gazov v opredelenny'x termodinamicheskix usloviyax naxoditsya v zemnoj kore v tverdom sostoyanii i obrazovy'vat' gazogidratny'e zalezhi" // Otkry'tiya, izobreteniya, tovarny'e znaki. 1970. N 10. (In Russian).
3. Adzy'nova F. A., Suxonosenko A. L. Messoyaxskoe gazogidratnoe mestorozhdenie // Gazoximiya, yanvar'-fevral'. 2010. S. 38-40. (In Russ.).
4. Makagon Yu. F., Trebin F. A., Trofimuk A. A. i dr. Obnaruzhenie zalezhi prirodnogo gaza v tverdom (gazogidratnom) sostoyanii // Dokl. AN SSSR. Ser. Geologiya. 1971. T. 196, N 1-3. S. 203-206.
5. Sapir M. X., Bogaty'renko R. S., Koneva G. L. Analiz razrabotki Messoyaxskogo gazogidratnogo mestorozhdeniya. NTO VNIIE'GAZPROM, 1976. 39 c. (In Russ.).
6. https://sites.science.oregonstate.edu/~hetheriw/energy/topics/doc/fuels/fossil/methane_hydrate/ methane_hydrate_japan_geo_survey/Messoyakha.html.
7. Borisov V. V, Ginsburg G. D. Variacii sostava gaza Messoyaxskogo mestorozhdeniya kak sledstvie obrazovaniya-razlozheniya gidratov // Prirodny'e i texnogenny'e gazovy'e gidraty'. M.: VNIIGAZ, 1990. S.187-193.
8. Ginsburg G. D., Novozhilov A. A., Duchkov A. D., Prasolov E. M., Zavarzin I. V., Collet T. S. Do natural gas hydrates exist in Cenomanian strata of the Messoyakha gas field? // Russian Geology and Geophysics. 2000. Vol. 41, N 8. P. 1165-1177. (In Russ.).
9. Matveeva T. V., Logvina E. A., Nazarova O. V. Submarine gas hydrates: methods and results of resource assessment // Geologiya nefti i gaza. 2024. N 3. P. 81-96. DOI: 10.47148/0016-7894-2024-3-81-96. (In Russ.).
10. Matveeva T. V Obrazovanie gidratov uglevodorodny'x gazov v subakval'ny'x obstanovkax // Mirovoj okean. T. 3: Tverdy'e polezny'e iskopaemy'e i gazovy'e gidraty' v okeane. M.: Nauchny'j mir, 2018. S. 586-697.
11. Collett T. S. "Natural Gas Hydrates of the Prudhoe Bay and Kuparuk River Area, North Slope, Alaska" // AAPG Bulletin. 1993. Vol. 77. C. 793-812.
12. https://www.tmrgeo.ru/index.php/about/hist.
13. Istomin V. A., Yakushev V. S. Gazovy'e gidraty' v prirodny'x usloviyax. M.: Nedra, 1992. 236 s. ISBN 5-247-02442-7.
14. Yakushev V. S., Perlova E. V., Maxonina N. A. i dr. Gazovy'e gidraty' v otlozheniyax materikov i ostrovov // Ros. xim. zhurn. 2003. N 3. S. 80-90.
15. Matveeva T. V., Logvina E. A. Sovremennye tendencii v oblasti eksperimental'noj razrabotki gazogidratnyh zalezhej // Gazovaya promyshlennost'. Specvypusk. 2012. N 676. S. 88-94. (In Russ.).
