Некоторые особенности формирования состава природных сероводородсодержащих газов в карбонатно-эвапоритовых образованиях » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Некоторые особенности формирования состава природных сероводородсодержащих газов в карбонатно-эвапоритовых образованиях

16.04.2021

Сероводород часто присутствует в виде примеси к углеводородным газам, порой содержится в них в значительных количествах. Концентрация сероводорода в составе углеводородных газов обычно колеблется от сотых и тысячных долей процента до 5-8% об. (месторождения Европейской части бывш. СССР, Туркменистана, Узбекистана, Киргизии, Таджикистана и др.), реже достигает 17—50% и более (месторождения Канады, США, Франции, Ирана).

В последние годы обогащенные сероводородом горючие газы определились как мощный источник получения элементарной серы. В связи с этим проблема генезиса сероводородсодержащих газов приобретает первостепенное значение для разработки теоретических основ и методических приемов крупномасштабного прогнозирования ресурсов этих газов.

Современное состояние проблемы характеризуется множеством разнообразных и противоречивых гипотез. Большинство исследователей связывают образование сероводородсодержащих газов с вторичными процессами, протекающими в сформировавшейся залежи. При этом сторонники теории осадочного происхождения природных газов обычно принимают, что сероводород образуется за счет восстановления сульфатов пластовых вод и вмещающих пород при сопряженных процессах окисления углеводородов (предпочтительно высших парообразных нефти) и рассеянного в нефтегазоносных толщах органического вещества. Такое понимание явления, естественно, повлекло за собой представление о ведущей роли микробиальных процессов в осуществлении окислительно-восстановительных реакций. Вместе с тем ряд исследователей считает, что основная масса сероводорода в осадочной толще преимущественно абиогенного происхождения и образуется в глубоких горизонтах при химической редукции сульфатов, в результате гидрогенизации и метаморфизма органического вещества, термокаталитического разложения сероорганических соединений битумов и нефтей и др. Среда геологов-исследователей серных месторождений широким признанием пользуется гипотеза ювенального (фреатического, по В.И. Вернадскому) происхождения сероводорода в осадочных породах.

He вдаваясь в дискуссию по проблеме, следует лишь отметить, что ни одна из высказанных гипотез не объясняет всю совокупность наблюдаемых в природе явлений.

В настоящем сообщении мы остановимся на результатах анализа накопленного за истекшие годы обильного фактического материала по геологии, гидрогеологии и геохимии газовых месторождений (отечественных и зарубежных), обобщение которого позволило по-новому осветить закономерности формирования состава и распределения месторождений сероводородсодержащих газов в структуре осадочного чехла.

Сравнительное изучение зональности распространения залежей природных газов свидетельствует о том, что сероводородсодержащие газовые залежи тяготеют пространственно к карбонатным осадкам аридных формаций, выполняющих нефтегазоносные бассейны, и обогащенные сероводородом залежи регионально сосредоточены в известняково-доломитовых образованиях. Промышленные скопления этих газов распространены в отложениях всего фансрозоя, однако основные их ресурсы сосредоточены в палеозойских отложениях на древних платформах.

Более 70% запасов сероводородсодержащих газов, разведанных на территории Советского Союза, сосредоточено в отложениях карбона и перми на юго-востоке Русской платформы: в пределах Волго-Уральской нефтегазоносной провинции и Предуральского прогиба (месторождения Волгоградской, Астраханской, Саратовской, Куйбышевской, Оренбургской, Свердловской областей, Башкирии), Весьма значительные запасы этих газов выявлены в мезозойских (верхнеюрских) отложениях на эпипалеозойских платформах юга бывш. СССР (в Средней Азии и Восточном Предкавказье), причем большая их часть (27% от суммарных разведанных ресурсов бывш. СССР) сосредоточена в Амударьинской впадине (Восточная Туркмения, Западный Узбекистан). Сероводородсодержащие газовые залежи распространены также в кайнозойских (нижнепалеогеновых) отложениях в пределах межгорных впадин (Ферганской, Южно-Таджикской) альпийского пояса, однако суммарные их запасы очень невелики.

Проведенный анализ показал, что сероводород, являющийся характерным компонентом залежей в известняково-доломитовых коллекторах, концентрируется в чисто газовых и газоконденсатных залежах и месторождениях с небольшими нефтяными оторочками, распространенных в погруженных зонах бассейнов, в области пластовых давлений более 200-400 атм. Скопления таких газов выявлены в пределах валообразных поднятий, расположенных во внутренних частях бассейнов (месторождения Денгизкульской, Кандымской, Кульбешкакской зон. в Амударьинской впадине), на платформенных склонах предгорных прогибов (Исимовская, Саратовская зоны в Предуральском прогибе) и на сводовых поднятиях, непосредственно примыкающих к крупным депрессиям (Оренбургский, Астраханский своды, Учкырское поднятие и пр.). В зонах нефте-газонакопления в тех же карбонатных коллекторах (Самаркннская, Кинельские, Доно-Медведицкая зоны дислокаций, мегантиклинории Юго-Западных Гиссар) газовые залежи но уровню концентрации сероводорода резко уступают залежам в зонах преимущественного газонакопления и при наличии мощного слоя подстилающей нефти сероводород нередко полностью отсутствует в составе газовой фазы (месторождения Ишимбаевской рифогенной зоны, Пермского свода и др.). Очевидно, нефть, обладая высокой растворяющей способностью по отношению к сероводороду, способствует обеднению им газовой фазы. Регионально низкое содержание сероводорода (сотые, тысячные доли процента) наблюдаются в газовых залежах, приуроченных к терригенно-карбонатным и преимущественно терригенным коллекторам (месторождения Нижневолжской области, Бухарской тектонической ступени и др.).

Общеизвестно, что известняково-доломитовые образования часто ассоциируются с галогенными, наиболее широко развитыми в платформенных областях в погруженных зонах и на склонах крупных депрессий. В таких условиях в зоне непосредственного перехода известняководоломитовых образований в перекрывающие сульфатно-соленосные сосредоточены многочисленные скопления высококонцентрированных сероводородсодержащих газов, выявленных на юго-востоке Европейской части бывш. СССР, в Восточной Туркмении, Западном Узбекистане и других площадях. Однако имеющиеся данные свидетельствуют о том, что сульфатно-соленосная толща не является определяющим фактором в образовании обогащенных сероводородом газов, а играет в основном роль покрышки, благоприятствующей формированию и сохранению в подстилающих карбонатных коллекторах газовых залежей.

Характерно, что в известняково-доломитовых образованиях обогащение газовых залежей сероводородом сочетается с регионально высоким уровнем сернистости нефтей и повышенным содержанием сероводорода в нефтяных газах, а также в растворенных газах пластовых вод. Причем в пределах провинций, сходных но геологическому строению, залежи таких газов и нефтей повсеместно распространены на одних и тех же стратиграфических уровнях разреза. Широкое развитие известняково-доломитовых образований и связанных с ними залежей высокосернистых газов и нефтей наблюдается в нефтегазоносных бассейнах на древних платформах в отложениях ордовика, девона (Северо-Американская), карбона и перми (Русская, Северо-Американская) и на эпипалеозойских платформах - в верхнеюрских отложениях (Амударьинский, Терско-Каспийский, Афгано-Таджикский, Аквитанский нефтегазоносные бассейны и др.). Совокупность приведенный данных позволяет предположить генетическую связь содержащих серу соединений с породами, вмещающими флюиды, а также дает основание полагать, что формирование осадочных месторождений сероводородсодержащих газов связано с процессами преобразования в карбонатных (известняково-доломитовых) осадках рассеянного органического вещества (давшего начало и сернистым нефтям).

Углубленное изучение особенностей химического состава сероводородсодержащих газов позволило установить, что газы, распространенные в разновозрастных комплексах и различных районах, однотипны по составу и отличаются лишь колебаниями в количественных содержаниях главных составляющих компонентов. Углеводородная фракция состоит из метана (преобладающего компонента), легких его гомологов и высших парообразных углеводородов. Среди неуглеводородных компонентов непременно присутствуют углекислый газ и азот, порою, в значительных количествах (табл. 1).

Природные газы существенно различаются по содержанию кислых компонентов, однако в месторождениях с однотипными геологическими условиями концентрация сероводорода в составе кислой фракции [H2S/(H2S + CO2) х 100%) относительно постоянная и колеблется в узких пределах (рис. 1). Примечательно, что высокое обогащение кислой фракции сероводородом (более 50-70%) свойственно залежам, приуроченным исключительно к известняково-доломитовым образованиям (табл. 1).


Сероводород в равной мере ассоциируется с углеводородными газами. как обогащенными, так и обедненными тяжелыми углеводородами. Увеличение содержания сероводорода, сопровождающееся увеличением содержания углекислого газа, приводит к уменьшению концентрации углеводородных составляющих (рис. 2). Однако это явление не связано с "уничтожением" углеводородов, а отражает лишь уменьшение их концентрации по отношению к сумме всех компонентов газовой смеси.

Концентрация азота в сероводородсодержащих газовых смесях не превышает в среднем 5- 10% об. и сохраняется практически постоянной в широком интервале колебания концентраций сероводорода от 0,5 до 45% об. Резкое возрастание концентрации азота нередко до 20-30% и более, наблюдается в газовых залежах, обедненных сероводородом.

Анализ обширного фактического материала позволил установить, что повышенное накопление биогенною азота присуще залежам, приуроченным к аридным формациям, и увеличение его содержания находится в связи с увеличением соленасыщенносги разреза и обеднением органикой вмещающих пород.

Как известно, азот ("безаргонный") является основным компонентом газов (микровключенных) соленосных пород, и концентрация его в составе этих газов достигает от 45—54% об. в галите до 80—95% в карналлите. На долю сероводорода в этих газах приходится менее 0,5-0,067%.

Характерно, что высокообогащенные азотом газовые залежи, сосредоточенные в карбонатных коллекторах, располагаются в зоне замещения битуминозных разностей известняково-доломитовых пород сильно загипсованными, ангидритизированными и соленасыщенными доломитами. весьма бедными, а нередко полностью лишенными органических остатков, В таких условиях залегают многочисленные скопления высокообогащенных азотом (и залежи преимущественно азотных) газов, выявленных в подсолевых отложениях перми на востоке Вояго-Уральской области непосредственно к западу от Предуральского прогиба (месторождения Чувашской, Марийской АССР, Кировской, Пермской областей и др.), а также в отложениях главного доломита цехштейновой формации на территории Западной Европы. Высокообогащенные азотом газовые и нефтяные залежи являются типичными для засолоненных терригенных красноцветных отложений (см. табл. 1) и регионально распространены в подсолевых отложениях перми на обширных пространствах нефтегазоносных бассейнов Европейской части бывш. СССР (Средневолжская область), Казахстан (Чу-Сарысуйская впадина), Польша, Германия, Франция, Нидерландов, Северного моря и др.

Гидрогеологическими исследованиями установлены соответствие состава и содержания углеводородных и неуглеводородных компонентов в газах, растворенных в пластовых водах, и в залежах, а также закономерные связи зональности состава природных газов, пластовых вод и вмещающих пород. Данные анализа свидетельствуют о том, что высокое накопление растворенных газов преимущественно углеводородного состава имеет место лишь в маломинерализованных (менее 1-0,5 г-м/л) пластовых водах (см. рис. 3), приуроченных к пресноводным и солоноватоводноморским терригенным и карбонатным отложениям гумидных формаций. За небольшими исключениями залежи, распространенные в таких отложениях, состоят более чем на 95—99% из метана (продуктивные толщи миоцена на территории Сахалина; плиоцена Азербайджана и Западной Туркмении; мела Северо-Тюменской области; триаса - юры Лено-Вилюйской области; верхней перми Коми; нижне-среднего карбона северо-западных окраин Донбасса и др.). Залежи газов преимущественно метанового состава, являются типичными для терригенных субугленосных формаций (см. табл. 1); они широко распространены в продуктивных толщах, приуроченных к третичным и четвертичным отложениям (Япония, Аляска, Северная и Южная Калифорния, Венесуэла, Мексиканский залив, Адриатическое море и др.).

С другой стороны, установлено, что распространенные в аридных формациях высокоминерализованные пластовые рассолы отличаются регионально повышенным накоплением неуглеводородных компонентов, концентрация которых, возрастает по мере обеднения газовых смесей углеводородами (рис. 3). Характерно, что высокое накопление кислых газов, обогащенных сероводородом, исключительно свойственно пластовым рассолам (в ограниченном интервале минерализации 2,5 3,8 г-м/л), приуроченным к известняково-доломитовым образованиям, и соотношение сероводорода и углекислого газа в залежах, сосредоточенных в водовмещающих породах, близко к соотношению растворимости этих газов (3:1) в пластовых рассолах. Содержание азота, повсеместно повышенное в высокоминерализованных пластовых рассолах, возрастает по мере обеднения рассолов углеводородами и кислыми компонентами, и в высококонцентрированных рассолах, отличающихся регионально низкими содержаниями растворенных газов, на долю азота (биогенного) приходится более 40-70%. Рассолы такого типа (с минерализацией более 4—5 г-м/л), генетически связанные с рассолами солеродных бассейнов, регионально распространены в подсолевых (терригенных, карбонатных) комплексах (нижний кембрий Ангаро-Ленского района, девон Припятского прогиба, верхний девон — нижний карбон Южно-Тургайской впадины, верхний карбон - пермь Днепровско-Донецкой впадины, Волго-Уральской провинции, Чу-Сарысуйской впадины, юра Эмбенского района, нижний палеоген Ферганской впадины и др.).

Таким образом, анализ обширного фактического материала позволил установить характерные ассоциации и содержания газов, свойственные конкретным солевым системам пластовых вод и породам определенного фациального облика, формирование которых определяется прежде всего специфическими особенностями обстановки, существовавшей в геологическом прошлом в бассейнах седиментации. Эти данные все больше склоняют к мысли, что уже на стадии диагенеза в зависимости от фаций отложений и природы OB закладываются основные различия в составе природных газов и позволяют рассматривать сероводородсодержащие газы как особый генетический тип природных газов, образующихся за счет сингенетического OB в карбонатных породах аридных формаций. Колебания в количественных содержаниях компонентов и качественные различия состава газовых залежей в продуктивных толщах в пределах бассейнов, по-видимому, в значительной мере обусловлены вторичными изменениями, возникающими в процессе перераспределения флюидов между ловушками.

Для полярных газов, таких как сероводород и углекислый газ, характерна очень высокая растворимость в водных растворах электролитов, неизбежно приводящая к их концентрации в жидкой фазе пластовых вод. В отличие от углеводородов и азота (растворимость которых в десятки, сотни раз меньше) кислые газы, практически не способные к формированию самостоятельной свободной газовой фазы, переходят из пластовых вод в готовую фазу углеводородных газов.

Накопление сероводорода в составе газовой залежи возможно в результате диффузионного перераспределения компонентов между залежью и пластовыми водами, обогащенными сероводородом, и при глубокой (принудительной) десорбции поглощенного водой газа по мере снижения пластового давления. Однако наиболее вероятно региональное обогащение газов сероводородом уже в материнских породах, когда в силу вымывающего действия углеводородных газов и широкого перемещения их из зон генерации посредством струйной миграции формируются скопления в карбонатных коллекторах. Такой механизм формирования сероводородсодержащих газовых залежей объясняет относительное постоянство соотношения сероводорода и углекислого газа, свойственное месторождениям, находящимся в сходных геологических условиях, и регионально высокое обогащение кислых газов сероводородом и залежах, сосредоточенных в известняково-доломитовых образованиях.

Изложенные выше положения послужили основой для выработки критериев прогнозирования месторождений, подсчета прогнозных ресурсов сероводородсодержащих газов на территории Советского Союза и имеют также важное значение для направленных поисков бессернистых газов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: