Особенности происхождения бессернистого газа и формирования его залежей в мезозойских отложениях Амударьинской синеклизы

В размещении газовых залежей синеклизы важная роль принадлежит мощной верхнеюрской соленосной толще, которая контролирует не только пространственное положение, но и состав природного газа залежей. В подстилающих эту толщу верхнеюрских карбонатных отложениях сосредоточены газовые скопления, содержащие в тех или иных концентрациях сероводород. За пределами распространения солей стратиграфический диапазон газоносности увеличивается, и в аналогах надсолевых отложений получают распространение преимущественно бессернистые газы.

Ряд исследователей в качестве основной газогенерирующей толщи этого региона рассматривает угленосные нижне-среднеюрские терригенные и верхнепалеозойские осадочные накопления.

Преимущественно латеральная миграция газа в подсолевых отложениях, на первых этапах развивавшаяся по зонам пологих палеоподнятий, была в значительной степени видоизменена в неоген-четвертичное время. Активные позднеальпийские тектонические движения обусловили существенную перестройку и усложнение структурного плана. Заложение системы компенсационных синорогенных прогибов привело к образованию нескольких самостоятельных узлов газовыделения. Рост региональных и местных углов наклона газовмещающих отложений, возрождение старых и возникновение новых разломов способствовали аккумуляции газа в ловушках и увеличению этажа их газоносности.

Изменения структурного плана способствовали перемещению сероводородсодержащего газа из подсолевых верхнеюрских отложений в надсолевые, главным образом терригенные природные резервуары, обогащенные окислами железа, способными активно связывать сероводород.

Степень и скорость очистки газа от сероводорода при миграции газа зависит от комплекса факторов и в первую очередь от объема мигрирующего газа, содержания в нем сероводорода, обогащенности пород активными железистыми соединениями, расхода газа. При прочих равных условиях степень и скорость очистки должны быть тем выше, чем больше путь миграции.

При содержании FeO 0,5%, распределенного в виде пленки на поровой поверхности, в 1 м3 коллектора может быть связано свыше 3000 л H2S, т.е. природный газ, заключенный в этом объеме коллектора при пластовом давлении 200 ат, коэффициенте открытой пористости 0,3, коэффициенте г азонасыщенности 0,5, будет полностью освобожден от сероводорода даже если от содержит 16% H2 S.

Содержание реакционно-способных форм железа в нижнемеловых отложениях Амударьинской синеклизы колеблется от долей процента до 3% и более, наивысшим содержанием окислов железа характеризуются широко распространенные здесь красноцветные лагунно-континентальные образования. В целом концентрация железа в различных отложениях нижнего мела синеклизы возрастает в увеличением дисперсности осадков.

На участках интенсивных перетоков сероводородсодержащего газа при малой протяженности миграционного пути ресурсы реагентно-способного железа могут быть полностью исчерпаны на сульфидообразование (пиритизацию) и в дальнейшем не оказывать воздействия на концентрацию сероводорода в мигрирующем газе. Такие условия иногда имеют место при вертикальных перетоках газа. С этой точки зрения становится понятной обычная приуроченность месторождений самородной серы к зонам разрывных дислокаций, в частности в районах обрамления Амударьинской синеклизы (Гаурдак, Ходжа-Гугердаг, Газли), По-видимому, иногда месторождения самородной серы образуются за счет непосредственной разгрузки сероводородсодержащего природного газа в кислородсодержащую среду и последующего окисления сероводорода до элементарной серы.

Важную роль в изменении концентрации сероводорода в газе в процессе его миграции и аккумуляции играют пластовые жидкости, так как он обладает наивысшей среди всех природных газов растворимостью. Только в пластовых (остаточных, отжимаемых и подошвенных) водах ловушки (при концентрации H2 S в заполняющем ее исходном газе 0,3% об.) может раствориться вдвое больше сероводорода, чем его содержится в таком же объеме газа.

Гораздо большее влияние на распределение концентраций сероводорода в газовой залежи могут оказывать остаточная нефть и нефтяная оторочка залежи. Растворимость сероводорода в нефти и конденсате в несколько раз превышает его растворимость в воде. Аномальное содержание нефти в отдельных участках залежи газа может привести к почти полному исчезновению сероводорода в газе (например, на месторождении Панхендл-Хьюготон).

В трещинных карбонатных коллекторах с относительно низким содержанием железа, реагентноспособная часть которого распределяется лишь непосредственно по поверхности трещин, пластовым жидкостям принадлежит главенствующая роль в изменениях концентрации сероводорода в природном газе.

Таким образом, условия формирования залежей бессернистого газа под воздействием процессов естественной сероочистки определяются:

1) литолого-геохимическими особенностями природных резервуаров, вмещающих газ — ресурсами реагентноспособного железа и характером его распределения, составом остаточных и гомогенных пластовых жидкостей и особенностями их размещения в поровой системе, особенностями строения порового пространства и т.п.;

2) литолого-структурными особенностями газоносных отложений — пространственным положением газогенерирующих, газопроводящих и газоаккумулирующих секций геологического разреза, определяющих действие процессов естественной сероочистки ка различных этапах формирования газовых скоплений.

Изучение условий формирования выявленных залежей сероводородсодержащего и бессернистого газов Амударьинской синеклизы и их пространственной взаимосвязи позволяет наметить ряд сочетаний литологоструктурных особенностей, характерных для формирования скоплений бессернистого газа.

Особое значение имеют положение ловушки в надсолевых отложениях и их аналогах относительно солевого ареала, мощности и условия залегания соленосной толщи, определяющие механизм перемещения сероводородсодержащего газа из подсолевых карбонатов в меловые преимущественно терригенные породы с формированием в последних залежей бессернистого газа.

В условиях Амударьинской синеклизы эмиграция газа из подсолевых отложений в надсолевые и их аналоги осуществляется за счет:

1) центробежного перемещения газа в бортовые зоны синеклизы, где соленосная покрышка отсутствует (Бухарская, Карабиль-Бадхызская ступени);

2) перетока сероводородсодержащего газа в надсолевые преимущественно терригенные отложения по разломам и сопровождающим их зонам повышенной трещиноватости, нарушающим карбонатную (продуктивную) и соленосную толщи;

3) вертикального перетока газа в надсолевые отложения в зонах активного солевого диапиризма, преимущественно в узлах пересечения разломов разных направлений, с формированием литологических окон и окон выщелачивания, обеспечивающих непосредственную связь надсолевого и подсолевого этажей газонакопления (например, в Репетекской зоне соляных диапиров, в юго-западном Гиссаре).

Кроме того, формирование залежей бессернистого газа происходит в зонах сочленения окраинных частей Амударьинской синеклизы с другими крупными прогибами и впадинами, где соленосная покрышка выклинивается вниз по падению пластов за счет миграции из сопредельного бассейна (Шатлык, Байрамали и др.). При незначительных углах падения пластов и относительно резком сокращении мощности солей могут иметь место встречные или противоположно направленные уклоны над- и подсолевых отложений, благоприятствующие и перетоку подсолевого газа в подсолевые отложения.

Залежи бессернистого газа в пределах бортовой части синеклизы (Бухарская ступень), расположенные по восстанию пластов выше линии выклинивания региональной соленосной покрышки, образовались в результате миграции сероводородсодержащего природного газа со стороны более погруженной Чарджоуской ступени. Миграционные пути углеводородов (см. рисунок) характеризуются сменой литологической среды: от чисто карбонатной (Уртабулак, Самантепе и др.) до выраженной преимущественно песчаниками (Газли, Шурчи и др.).

По мере увеличения доли терригенных пород в разрезе келловейоксфордской толщи в свободном газе происходит уменьшение концентрации сероводорода вплоть до полного исчезновения (Шурчи, Янгиказган и др.).

О прохождении через ловушки в юрско-меловых отложениях Бухарской ступени первоначально сероводородсодержащего газа, мигрировавшего из подсолевых отложений, свидетельствуют наличие сероводорода в свободной и воднорастворенной газовой фазах VIII горизонта месторождения Газли и присутствие его в виде следов в газах залежей других месторождений, проявления элементарной серы в кайнозойских отложениях Газлинского поднятия (в зоне окисления). Возможно, повышенное содержание в терригенных продуктивных нижнемеловых отложениях на месторождениях Газли, Джаркак и других сульфидных форм железа обусловлено взаимодействием миграционного сероводорода с окислами железа пород. Этим же процессом, видимо, обусловлена и пиритизация карбонатных пород в зоне ГВК некоторых подсолевых залежей.

Генетическая связь свободных газов месторождений Бухарской ступени со свободными газами внутренних районов Амударьинской синеклизы подтверждается изучением физико-химических свойств конденсатов нефтей и газов и составляющих их компонентов месторождений Амударьинской синеклизы, воднорастворенных газов и гидрохимии пластовых вод юрских и меловых водоносных горизонтов.

На фоне установленной закономерности в распределении по разрезу мезозойских отложений сероводородсодержащего и бессернистого газов, заключающейся, в частности, в приуроченности залежей бессернистого газа преимущественно к терригенным коллектором бортовых зон синеклизы за зоной выклинивания солей, аномальным является наличие сероводорода в газе Карабильского месторождения.

Концентрация сероводорода в газах терригенных неокомских отложений составляет 0,16—0,96%, гипсово-карбонатных, палеоценовых — 0,2—0,3%, Формирование месторождения связывается с миграцией газа из подсолевых отложений глубокой Сандыкачинской зоны прогибов, где предполагается распространение высокосернистого газа.

Возникновение на рубеже олигоценнеогена Карабиль-Гельчешминской системы разломов, одним из которых контролируются газовые залежи Карабильского месторождения, обусловило вертикальный переток газа в палеоценовые отложения. Восточнее (Ходжа-Гугердаг) с этой же зоной разломов связаны многочисленные серопроявления. Самородная сера на контакте олигоценовых (?) и миоценовых отложений образовалась в результате поступления по разломам в зону окисления (на донеогеновую поверхность) сероводородсодержащего газа.

Присутствие сероводорода в газах терригенных отложений Карабильского месторождения можно объяснить следующими причинами:

1) ограниченностью ресурсов реакционно-способных форм железа в меловых отложениях Карабильского поднятия в силу отсутствия здесь красноцветных образований и повышенной карбонатности разреза;

2) весьма высокой начальной концентрацией сероводорода в газе, поступающем из подсолевых отложений Сандыкачинской зоны прогибов;

3) большим объемом сероводородсодержащего газа, прошедшего через ловушку;

4) относительно коротким путем миграции сероводородсодержащего газа по терригенным породам.

Поэтому современная концентрация сероводорода в газах залежей Карабильского месторождения может рассматриваться как остаточная. Огромные запасы бессернистого газа сосредоточены в надсолевых красноцветных отложениях в районе сочленения Амударьинской синеклизы и Предкопетдагского прогиба, выделяемого в качестве Шатлыкской межбассейновой зоны газонакопления.

Вероятно, в красноцветные отложения этой зоны поступал сероводородсодержащий газ, на что указывает высокое содержание сероводорода в свободном газе подстилающих карбонатных верхнеюрских отложений на месторождении Хангирен (до 4%) и в растворенном газе подсолевых отложений площади Байрамали. При латеральной миграции газа по хорошо выдержанному, обладающему высокими фильтрационными свойствами пласту красноцветных песчаников происходила вначале почти полная очистка газа от сероводорода (Теджен, содержание H2S - 0,0007% об,), затем (Шатлык, Майское и другие) в конце пути миграции - полная очистка.

Верхнеюрские карбонатные и терригенно-карбонатные отложения рассматриваются как регионально перспективные на бессернистый газ только за пределами распространения сульфатных пород кимеридж-титона. В пределах солевого ареала верхнеюрские карбонатные отложения зонально перспективны лишь на участках обогащения их терригенными породами.

По-видимому, этим, в частности, объясняется формирование залежей бессернистого газа в верхнеюрских отложениях западного борта Амударьинской синеклизы (месторождения Беурдешик, Кирпичли и др.). По данным А.М. Эйвазова, здесь в разрезе келловей-оксфордских образований с востока на запад возрастает доля терригенного материала, причем отдельные его пласты и пропластки довольно хорошо выдержаны по площади. Кроме того, залежи газа ХУ-2, ХУ-3 продуктивных горизонтов Беурдешикского и "рухлякового" Кирпичлинского месторождений контролируются не сульфатными, а плотными глинисто-карбонатными покрышками, что не может способствовать интенсивному протеканию сульфатредукции и длительной консервации сероводорода в залежах.