Содержание к диссертации
Введение
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЛИТОСФЕРЫ ПРИ ПОИСКАХ, РАЗВЕДКЕ, РАЗРАБОТКЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ УГЛЕВОДОРОДОВ С КИСЛЫМИ ГАЗАМИ И ИНЖЕНЕРНО- ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ УТИЛИЗАЦИИ ПРОДУКТОВ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ 12
1.1 Влияние массивов соляных пород на разведку и разработку месторождений нефти и газа с кислыми компонентами 12
1.2 Инженерно-геологическая классификация источников техногенеза при освоении месторождений нефти и газа с кислыми компонентами 31
1.3 Современные представления о техногенной опасности жидких продуктов переработки углеводородов с кислыми газами 36
1.4 Мировой и отечественный инженерно-геологический опыт утилизации продуктов переработки углеводородного сырья в глубинные массивы горных пород 42
2 СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕРАЦИИ И АККУМУЛЯЦИИ ПРИРОДНЫХ КИСЛЫХ ГАЗОВ 47
2.1 Геологические особенности размещения кислых газов в солеродных бассейнах мира 47
2.2 Термобарические условия генерации кислых газов .63
2.3 Гидродинамические особенности миграции и аккумуляции кислых газов 69
2.4 Гидрохимические условия генерации кислых газов 74
3 ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕФТЕИ И ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ С КИСЛЫМИ КОМПОНЕНТАМИ В СОЛЕРОДНЫХ БАССЕЙНАХ МИРА 104
3.1 Закономерности распределения кислых газов в массивах горных пород 104
3.2 Геохимические особенности природных газов с кислыми компонентами 112
3.3 Закономерности состава нефтей скислыми компонентами 124
4 ИНЖЕНЕРНО - ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ТЕХНОГЕННОЕ ВЛИЯНИЕ РАЗВЕДКИ И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ С КИСЛЫМИ КОМПОНЕНТАМИ НАЛИТОСФЕРУ 146
4.1 Техногенное воздействие поисков, разведки и эксплуатации месторождений нефти и газа на инженерно-геологическую среду 147
4.2 Техногенные компоненты в,природных водах 161
4.3 Геодинамические процессы при разведке и разработке месторождений углеводородов с кислыми компонентами 162
4.3.1 Влияние современных движений соляных массивов на окружающую среду 163
4.3.2 Влияние соляного тектогенеза на дизъюнктивность надсолевого комплекса 177
4.3.2 Влияние соляного тектогенеза на промышленно -технические объекты 179
4.3.3 Техногенные геодинамические процессы при разработке месторождений нефти и газа с кислыми компонентами 181
5 ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА С КИСЛЫМИ КОМПОНЕНТАМИ 185
5.1 Геологические и гидрогеологические условия глубинной утилизации отходов переработки нефти и газа 186
5.2 Гидрогеологические требования к подземному захоронению отходов переработки нефти и газа с кислыми компонентами 200
5.3 Особенности подземного захоронения отходов переработки нефти и газа с кислыми компонентами в солянокупольных областях 204
6 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАХОРОНЕНИЯ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДОВ С КИСЛЫМИ КОМПОНЕНТАМИ В ГЛУБИННЫЕ ГОРИЗОНТЫ 230
6.1 Обоснование системы нагнетательных скважин 230
6.2 Обоснование системы контрольно-наблюдательных скважин 232
6.3 Технологические особенности бурения нагнетательных скважин 233
6.4 Особенности технологии вскрытия рабочих поглощающих горизонтов 235
6.5 Особенности конструкции нагнетательных скважин 238
6.6 Строительство наклонных нагнетательных скважин 242
6.7 Технология оборудования скважин для подземного захоронения жидких промышленных отходов переработки 247
6.8 Технология подготовки сточных отходов переработки к утилизации 250
7 КОНЦЕПЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО ИНЖЕНЕРНО - ГЕОЛОГИЧЕСКОГО И ГЕОГРАФИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПОДЗЕМНОЙ СРЕДЫ ПРИ РАЗВЕДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА С КИСЛЫМИ КОМПОНЕНТАМИ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ 254
7.1 Принципы мониторинга подземной среды 254
7.2 Мониторинг на стадии эксплуатации месторождений нефти и газа 256
7.3 Организация подземного захоронения отходов переработки нефти и газа 262
7.4 Мониторинг подземной закачки отходов переработки нефти и газа 264
7.5 Аварийные осложнения при подземном захоронении отходов переработки нефти и газа 274
7.6 Оценка воздействия на окружающую подземную среду 278
7.7 Инженерно-геологическое районирование солеродных бассейнов 280
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 282
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 289
- Влияние массивов соляных пород на разведку и разработку месторождений нефти и газа с кислыми компонентами
- Геологические особенности размещения кислых газов в солеродных бассейнах мира
- Закономерности распределения кислых газов в массивах горных пород
Введение к работе
Актуальность работы заключается в том, что в условиях продолжающегося удорожания природных ресурсов повышение эффективности освоения месторождений нефти и газа зависит от состава и свойств сырья, в особенности от содержания таких ценных и высокотоксичных кислых компонентов, как сероводород и диоксид углерода. Актуальность изучения кислых компонентов в составе природного углеводородного сырья предопределяет необходимость комплексной оценки воздействия этих компонентов на масштабы и направления разведки и добычи нефти и газа и технологию переработки природного сырья, т.к. в последние годы с увеличением глубин бурения скважин доля кислых компонентов в составе нефти и газа повышается.
В Прикаспийской впадине разведаны гигантские месторождения нефти и газоконденсата (Астраханское, Оренбургское, Карачаганакское, Королёвское, Тен-гизское) с высокими концентрациями кислых компонентов (сероводорода до 25 %, углекислого газа до 16 % и выше). Разработка крупных залежей углеводородов такого сложного поликомпонентного состава оказывает существенное влияние на экономику страны, т.к. производство серы из природных газовых систем экономичнее всех других способов ее получения. Уже на стадии разведки месторождений сложного поликомпонентного природного сырья проявляется его техногенное воздействие на окружающую среду. Последующая добыча и переработка углеводородного сырья на таких месторождениях сопровождается выделением больших объемов попутных токсичных промышленных отходов, дальнейшая переработка которых экономически нецелесообразна. Своеобразие состава углеводородного сырья и промстоков, образующихся при разработке сероводородосодержащих нефтегазовых месторождений и переработке их сырья, делает источники природного сырья и полигоны утилизации отходов их переработки объектами повышенною техногенного и экологического риска (Л»А. Анисимов, 1993, 2003; А.Я. Гаев. 1981. 1986; В.М. Гольдберг, 1995; К.Е. Питьева, 1999 и др.).
Одной из главных задач разведки и разработки месторождений компонентного состава является сохранение природных функций геосферы па уровне, обеспечивающем безопасную жизнедеятельность человеческого сообщества (В.Т. Трофимов, А.Г. Зилинг, 1996, 1998 и др.).. Теоретические, методологические и техпи-v чсскпс основы контроля техногенных преобразований геологической среды при разведке и разработке УВ месторождений сложного поликомпонентного состава (А.И. Гриценко и др., 1999) находятся до настоящего времени на стадии совершенствования и модернизации, следовательно, решение проблемы комплексной оценки геосферы при поисках, разведке и разработке нефти и газа, а так же при глубинном захоронении отходов промышленной переработки этого сырья имеет актуальное научное и народнохозяйственное значение.
Гигантские темпы освоения месторождений сложного состава и развитие па их базе нефтегазоперерабатывающей промышленности требует дальнейших исследований в области геологии и геохимии кислых газов. Значительным успехам в решении производственных задач по освоению таких месторождений не всегда соответствует уровень знания закономерностей распространения кислых газов в природе, основывающийся на исследованиях индивидуального развития этих компонентов, охватывающих все изменения, претерпеваемые ими от стадии зарождения до конца существования (Григорьев, 1959, 1965; Рундквист, 1968 и др.). Техногенез кислых газов - новое направление, представляющее собой раздел геологии и геохимии природных газов и содержащее учение о генезисе и формировании их месторождений, в исторически-эволюционном аспекте освещающее проблемы индивидуального развития, тесно связанного с парагенезисными процессами при добыче и переработке углеводородного сырья, содержащего кислые компоненты.
Оформление этого генетического направления стало возможным с достижением определенного уровня геохимических и технологических знаний о сероводороде и. прежде всего, с признанием универсальности процессов генерации кислых газов в геосфере и закономерной связи этих процессов с процессами нефтегазооб-разования. подразделяемых на несколько этапов: 1) процессы, определяющие генерацию кислых газов; 2) процессы, обеспечивающие их миграцию и контролирующие их аккумуляцию; 3) процессы, приводящие к формированию различных концентраций кислых газов; 4) техногенез кислых газов при разведке, добыче и переработке природного сырья.
Многочисленные месторождения нефти и газа с кислыми компонентами выявлены в Примексиканской, Западнокаиадской, Североморской, Аквитанскои. Каракумской и других провинциях. Важнейшую роль в нефтедобывающей промышленности играют Прикаспийская провинция и Тимано-Печорская провинция. Однако наименее исследованными при разведке и разработке таких месторождений являются вопросы взаимодействия кислых газов с подземной гидросферой. Гидрохимическое и гидродинамическое состояние этой среды, соотношение водораство-ренных компонентов в ней контролируют масштабы генерации кислых газов, их миграцию, и аккумуляцию в залежи. В отличие от таких природных газов, как нейтральный азот или неполяриые углеводороды, кислые газы активно диссоциируются в природных водах и вступают во взаимодействие с водорастворенными солями. В зависимости от направленности этих процессов осуществляются масштабы генерации кислых газов, изменения состава пластовых вод и преобразования горных пород.
Целью работы является разработка теоретических и технологических основ пропгозирования направлений и масштабов техногенеза природных кислых газов при проведении геологоразведочных работ на нефть и газ, уточнения закономерностей формирования высоких концентраций кислых газов в залежах углеводородов, влияющих на технологию переработку сырья и изменение его состава в процессе -разработки и добычи таких месторождений, направления геохимических преобразований кислых компонентов в составе углеводородов на всех стадиях работ "разведка - добыча - переработка - утилизация отходов переработки".
Для выполнения этих целей решены следующие задачи:
а) установлены общие для солеродных регионов мира геологические особенности генерации, аккумуляции и преобразования кислых газов и выделеиы на этой основе геологические критерии раздельного прогноза кислых газов в залежах нефти и газа;
б) обоснована роль гидродинамических и гидрохимических факторов в процессах генерации, миграции, аккумуляции и преобразования кислых газов в природных водных солевых растворах;
в) изучены закономерности формирования высоких концентраций кислых газов в залежах нефти и газа, уточнены региональные и локальные закономерности изменения состава этих углеводородов, влияющих на технологию переработки природного сырья и утилизацию отходов его промышленной переработки;
г) исследованы особенности техногенного влияния разведка и разработки месторождений углеводородов, содержащих кислые компоненты, и отходов их промышленной переработки на окружающую природную среду;,..
д) уточнены геологические и гидрогеологические условия утилизации жидких промышленных отходов переработки нефти и газа, содержащих кислые компоненты, в глубинные геологические горизонты в регионах соляиокупольной тектоники;
е) обоснованы технические и технологические особенности глубинной утилизации промышленных отходов переработки углеводородов с кислыми компонентами;
ж) разработаны концепция и программа комплексной технологии научно- производственного мониторинга окружающей и геологической среды при разведке и эксплуатации месторождений нефти и газа, переработке природного сырья с кислыми компонентами и при утилизации отходов их промышленной переработки на нефтегазодобывающих предприятиях в солянокупольных регионах.
Научная новизна исследований предопределяется обоснованием нового направления в геологии, геохимии и технологии переработки нефти и газа. Изучение -условий генерации и аккумуляции кислых газов на месторождениях углеводородов в солеродных бассейнах мира, исследования геохимических особенностей нефтей и природных газов с кислыми компонентами, влияющими на технологию переработки добываемого сырья, оценка масштабов и направления техногенного воздействия на природную среду разведки и разработки месторождений со сложным поликомпонентным составом, уточнение технологических особенностей глубинной утилизации отходов промышленной переработки углеводородного сырья с кислыми компонентами базируются на исследовании поведения кислых компонентов в геологической среде и их взаимодействия с пластовыми гидрофлюидами и углеводородами в процессе миграции и аккумуляции.
В результате комплексных исследований, базирующихся на этих особенностях, впервые разработаны комплексные критерии прогноза направлении и масштабов техногенного воздействия поисков, разведки и эксплуатации месторождений нефти и газа, содержащих кислые компоненты, а так же утилизации отходов промышленной переработки природного сырья поликомпонентпого состава на геологическую среду.
Новым вкладом в теорию и практику разведки, эксплуатации и переработки нефти и газа являются уточнение особенностей формирования сложного поликомпонентного состава природного сырья в солеродных регионах и процессов аккуму ляции кислых газов в условиях солянокупольной тектоники, характера техногенных воздействий геологоразведочных работ, разработки и эксплуатации месторождений углеводородов с кислыми компоггситами ita окружающую среду, а так же влияния кислых компонентов в составе нефти и газа на технологию их переработки и утилизации отходов промышленной переработки.
Практическая ценность выполненных исследований предопределяется тем, что освоение месторождений нефти и газа требует глубоких знаний не только состава углеводородов, но и изменений содержания кислых компонентов при их разработке, влияющих на технологические особенности переработки УВ таких месторождений, а так же техногенного влияния высоких концентраций кислых газов на окружающую среду на всех стадиях освоения природного сырья. Несмотря на практическую необходимость, эти проблемы до настоящего времени исследованы недостаточно и не соответствуют уровню добычи и переработки углеводородного сырья сложного состава. Проблемы оценки влияния концентраций кислых газов на технику и технологию разведки и разработки, добычи и переработки нефти и газа до сих пор являются дискуссионными. Из изложенного явствует практическая и теоретическая необходимость исследований влияния кислых газов на масштабы горных работ в солянокупольных регионах и на технологию переработки углеводородного сырья сложного поликомпонентного состава.
Основные выводы исследований заключаются в следующем:
1. На основе мирового и отечественного опыта разведки и эксплуатации месторождений нефти и газа, содержащих кислые компоненты, впервые обоснованы геологические и гидрогеологические критерии ранжировки территории солсрод-ных регионов с целью прогноза концентраций кислых компонентов при поисках, разведке и разработке месторождений, а также геохимические особенности состава и свойств нефти и газа, содержащих кислые компоненты, влияющие на технологию переработки природного сырья сложного состава.
2. Впервые осуществлена комплексная оценка масштабов и направления техногенного воздействия разведки и эксплуатации, добычи и переработки нефти и газа с кислыми компонентами на окружающую природную среду и геологическую сферу, обоснованы стадии техногенеза при производстве геологоразведочных и горных работ.
3. Впервые обоснованы технологические условия проектирования, строительства и функционирования полигонов закачки отходов промышленной переработки УВ с кислыми компонентами в глубинные подземные горизонты, а также прогноз долгосрочности и безопасного функционирования технических и геологических объектов полигонов в солянокупольных бассейнах.
4. Разработаны концепция комплексного научно-производственного геологического и технологического мониторинга подземной среды, структура и программа контроля безопасного функционирования полигонов закачки промышленных отходов переработки в глубинные горизонты межкупольных впадин при разработке месторождений нефти и газа с высокими концентрациями кислых газов.
Основные положения и выводы, разработанные рекомендации и научно-технические предложения, изложенные в работе, внедрены при захоронении отходов промышленной переработки нефти и газа с кислыми компонентами в глубинные горизонты, а также при обосновании инженерных мероприятий по защитснедр от неблагоприятных техногенных воздействий при разведке, разработке и эксплуатации месторождений со сложным составом природного сырья. Теоретические, геологические и технологические разработки и предложения по оценке состояния недр на всех стадиях горных работ использованы при реконструкции полигона закачки отходов переработки Астраханского газового комплекса и модернизации мониторинга геологической среды на Астраханском газоконденсатном месторождении и в регионе, при текущем и перспективном планировании разработки Астраханского ГКМ, а также для обоснования и оптимизации направления геологоразведочных работ в соляггокупольных регионах Министерства природных ресурсов и ведомств газовой промышленности, различных нефтедобывающих компаний, а так же при строительстве нефтегазодобывающих комплексов.
В основу работы положены результаты исследований, выполненных автором в Прикаспийской впадине и на Астраханском газоконденсатном месторождении, а также на полигонах закачки промстоков в глубинные горизонты. Автором исследованы фактические результаты разведки и эксплуатации месторождений нефти и газа в различных солеродиых бассейнах мира, оценены материалы но геохимии углеводородов и подземных вод, выполнена интерпретация состава пластовых вод и отходов промышленной переработки углеводородного сырья, минералогических и литологических особенностей пород, а также анализов смесей промсто ков с пластовыми водами и прогноз их совместимости. В работе использованы фондовые материалы производственных и научно-исследовательских предприятий, а также многочисленные публикации, научные работы различных авторов и фактические материалы по Прикаспийской и Печорской впадинам, Волго-Уральскому и Каракумскому бассейнами, Североморской, Аквитанской и Примсксиканской впадинам, Западноканадской провинции и др., с учетом материалов ВНИИгаза, Астра-ханьНИПИгаза, ВНИГНИ, ВНИГРИ, НВ НИИГГ, ВолгоУралНИПИгаза, СевКав-НИПИгаза, КазНИГРИ и др. Работа является итогом многолетних исследований автора, выполненных им в различных производственных и научно-исследовательских организациях Прикаспийского региона и Нижнего Поволжья.
Основные положения работы, рекомендации и разработки апробированы на Всероссийских, ведомственных и региональных совещаниях и научно-практических конференциях: "Научно-техническая конференция научных сотрудников, аспирантов и студентов" (Ставрополь,-1996), "Конференция молодых спе---циалистов Северного Кавказа" (Ставрополь, 1997), Всероссийский семинар "Эколого-гидрологические и гидрогеологические исследования природно-техногенных систем в районах газовых и газоконденсатных месторождений" (Лазаревская. 1998), "Ресурсосбережение в Астрахани" (Астрахань, 1998), Третья Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России (Москва, 1999), "Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений с высокими содержаниями сероводорода" (Астрахань, 1999), Международный симпозиум "Проблемы геологии и освоения недр" (Томск, 2000), Международная научно-практическая конференция "Международные и отечественные технологии освоения минеральных ресурсов" (Астрахань, 2002). Вторая международная научно-практическая конференция "Международные и отечественные технологии освоения минеральных-ресурсов и глобальной энергии" (Астрахань. 2003), на секциях и ученых советах факультета и кафедр Ставропольского государственного технического университета, Астраханского государственного Университета, АстраханьНИПИгаза и других организаций в 1992-2003 гг.
Влияние массивов соляных пород на разведку и разработку месторождений нефти и газа с кислыми компонентами
Виды техногенных преобразований геологической среды при проведении геолого-разведочных работ, разработке нефтяных и газокондеисатных УВ месго-рождений, в особенности, с высокими концентрациями таких агрессивных кислых газов, как сероводород, диоксид углеро да, весьма разнообразны. Под влиянием этих работ происходят изменения литологического и минерального облика горных пород, их прочностных и фильтрационных свойств, преобразования химического состава подземных вод и их динамического режима. Изучение техногенных функций подземной среды становится частью горных работ (Осипов 1992; В.Т.Трофимов, Д.Г. Зилинг, 1996. 1997). Содержание мопит о- ринга геологического тектогенеза определяют как направление, изучающее техно- генные функции литосферы, закономерности формирования геосферы и ее измене ний в связи с деятельностью человека. Проведение геологоразведочных работ в зо нах развития соляных куполов тесно связано с решением геодинамических функ ций литосферы (Сидоров, 1994). Геологоразведочные работы в соляиокупольных областях порождают специфические формы техногенеза, выражающиеся в дина мическом и химическом воздействии на геологическую среду и формировании в верхних надсолевых слоях литосферы и на поверхности Земли техногенных систем (искусственных тел). Изменения параметров солеродных систем в процессе раз ведки и разработки месторождений отражаются на физико-механических и фильт рационных свойствах горных пород и являются причиной изменения напряженного состояния, гидродинамического и температурного режимов в пределах всей гео сферы (Воронкевич, 1980 и др.). Изменения состава твердой и жидкой фаз геосфе ры при межпластовых перетоках в зоне соляных куполов приводят к обводнению фундаментов, деформаций сооружений, изменению сейсмичности территории Значительное место в геологической науке и производственной сфере принадлежит проблемам захоронения промышленных отходов переработки нефти и газа в глубинные геологические горизонты. Стратегия захоронения отходов подчинена безальтернативному решению - складировать в глубинную геологическую среду на современном уровне развития науки и технологии целесообразнее, чем сбрасывать на рельеф, в реки и озера, на поля орошения и в емкости - испарители (Гаев, 1986 и др.). Для современного состояния нефтегазоперерабатывающей науки характерно существование промышленных производств с незамкнутыми технологическими циклами, что предопределяет выделение высокотоксичных промышленных отходов. Их удаление из среды активной жизнедеятельности обеспечивается захоронением в глубинные геологические недра. В зонах развития соляных куполов необходима достоверная информация о геологической среде, физико-химических. инженерно-геологических и, гидрогеологических условиях вводимых в эксплуатацию подземных хранилищ отходов переработки У В (Кудельский. 1987). Учет взаимосвязи техногенных объектов (полигонов подземного захоронения отходов переработки УВ) с особенностями строения вмещающих их геологических структур требует изучения динамики массопереноса по латерали и вертикали солеродного разреза (Сидоров, Кузьмин, 1989). При захоронении промстоков ниже зоны активного водообмена (глубины более 1000 м), но выше зоны катагене- за (глубины не более 2000 м и температуры не выше 50-70 С) возможна взаимная компенсация термо - и бародиффузионных потоков в системе «промстоки и пластовая система» (Анисимов, 1990). Соленосные толщи в осадочном чехле встречены на всех континентах Земли в виде своеобразных соляных структур различных размеров и форм. Наиболее распространенными структурами являются соляные купола. Области их распространения называЕОТ областями соляной тектоники, или солянокупольными областями (рис.1). По B.C. Журавлеву (1972 и др.) Прикаспийская впадина принадлежит к ряду крупнейших экзогональных бассейнов, обладающих ярким проявлением соляноку-польного тектогенеза. В этот ряд входят также Североморская, Примексиканская, Габонская и другие впадины (рис.1). Прикаспийская впадина занимает юго-восточный внешний угол (экзогон) Европейской платформы площадью около 500 тыс. км2. Ее северной и западной границами служат бортовые уступы, представляющие собой узкие зоны крутого погружения фундамента (Приволжский, Жадовский и Илекский). На юге граница впадины проходит по разлому южнее Астраханского сводового поднятия, отделяющему ее от Донецко-Каспийской складчатой зоны (Скифской плиты). Юго-восточная внешняя граница впадины проходит вдоль Южно-Эмбенского поднятия, на востоке она граничит с Предуральским прогибом (рис. 2). Глубина залегания фундамента и, соответственно, мощность осадочного чехла Прикаспийской впадины достигает 25 км (рис. 3), что является уникальным явлением. Типичной чертой структуры фундамента является его ступенчатое погружение по разломам от периферии к центру, наличие систем бортовых разломов и резко выраженная блоковая структура основания, разделенного региональными разломами. Все перечисленные геолого-структурные особенности типичны так же для Примексиканской, Североморской и Габонской впадин (В.С Журавлев, 1972 и др.).
Геологические особенности размещения кислых газов в солеродных бассейнах мира
Исследования условий размещения месторождений кислых газов в крупнейших сульфатно-галогенных солеродных бассейнах мира (Прикаспийском, Каракумском, Печерском, Североморском, Аквитанском, Примексиканском, Запад-ноканадском) подтверждают, что закономерности пространственного распределения природных кислых газов контролируются литолого-стратиграфическими, гидрогеологическими и геохимическими условиями генерации, гидродинамическими и тектоническими особенностями, а так же структурными формами осадочного чехла и типами ловушек, предопределяющими особенностями миграции и аккумуляции этих газов (рис.16).
Геологическое строение сероводородных бассейнов характеризуется разнообразием строения их фундамента, многообразием тектонических форм осадочного чехла, изменчивостью мощностей и литологического состава толщ в разрезе осадочного чехла, своеобразием гидрогеологических и геохимических условий. При всей сложности природных явлений, в подобных впадинах отмечается сходство закономерностей в их строении и развитии. Неоднородность строения сероводородо-носных регионов и различия их структурных форм обусловили большое разнообразие зон сероводородонакапливания. Почти все известные залежи сероводорода приурочены, как правило, к крупным погребенным поднятиям нефтегазоносных бассейнов. Исследования тетоктонического положения сероводородоносных залежей свидетельствуют о преимущественной их приуроченности к окраинных экзогональным (B.C. Журавлеву, 1972 г и др.) впадинам нам (Печорская, Прикаспийская, Североморская) древних платформ (Европейская), либо к прилегающим участкам передовых прогибов (Преддонецкий, Предураль-ский и др.). В пределах локальных структур сероводородные залежи приурочиваются, как правило, к тектоническим элементам (сводам, выступам, поднятиям) и глубинным разломам, контролирующим размещение ловушек. В Прикаспийской впадине наиболее благоприятными для накопления сероводорода оказались Астраханский свод, Карачаганакское поднятие и Соль-Илецкий выступ, которые тяготеют к Прикаспийской системе разломов. В Каракумской провинции основными являлись Денгизкульское и другие поднятия. В Тимано-Печорской провинции сероводородные залежи приурочены к Предуральской системе разломов, в Западнока-надской провинции - к Невольничьей системе нарушений и разломам Трансканадского линеамента. В Примексиканской впадине значительное количество серово-дородоносных месторождений приурочено к сбросовой зоне Мексиа-Талко (Ка-ламкаров, 1962; Анисимов, 1972 и др; Ломако, 1980 и др.).
Сереводородоносные залежи развиты в крупных нефтегазоносных бассейнах высокой перспективности. Площади, мало перспективные на углеводородные газы, практически бесперспективны и в отношении сероводорода. В Прикаспийской впадине основные сероводородоносные залежи приурочены к породам башкирского яруса - основному продуктивному комплексу. Сероводородоносные известняки смаковер являются важнейшими газоносным комплексом в Примексиканской впадине (рис.17, 18).
Одной из основных закономерностей, присущей всем сероводородоносноым бассейнам мира, является наличие в их разрезе двух формаций - галогенной и кар-бонатно-сульфатной, при этом потенциально сеоводородоносными являются кар-бонатно-сульфатные литологические комплексы. Сероводородоносные формации отличаются региональной выдержанностью и в большинстве случаев значительной мощностью (Анисимов и др., 1976 и др.).
В Прикаспийской впадине сероводородосодержащие газы сконцентрированы в мощной карбонатной формации среднего карбона - нижней перми, перекрытой галогенной толщей кунгура (Оренбургское, Карачаганакское и др.). Лишь на юго-западе впадины сероводородосодержащая залежь в известняках среднего карбона перекрывается глинистой толщей сакмаро-артинского возраста мощностью 90-100 м, выше которой залегают галогенные соли кунгура (Астраханское месторождение). В Каракумской провинции почти все промышленные скопления сероводородосодержащих газов связаны с подсолевым карбонатным комплексом. В Нижнем Поволжье сероводородосодержащие газы распространены как в каверзно-поровотрещинных известняках, так и поровых песчаниках. Наличие сероводорода в терригенных коллекторах этого региона объясняется миграцией флюидов из карбонатных пород (Федоров и др., 1979 и др.).
В Печорской провинции литолого-фациальными предпосылками формирования сероводородосодержащих газов являются сульфатно-карбонатные, карбонатные и карбонатно-сульфатные породы ранне-триасового, раннепермского-каменноуголыюго, поздне- и раннедевонского и силурийского возраста.
В газовых месторождениях Волго-Уральского региона залежи сероводо-родосодержащего газа ассоциируются преимущественно с карбонатными и сульфатно-карбонатными отложениями средне-верхнекаменноуголыюго-нижнепермского возраста, перекрытыми галогенными породами. Концентрация сероводорода в газовых залежах, связанных с сульфатно-галогенными образованиями, колеблется от 0,25 до 1,5 % в сакмаро-артинских отложениях и 0,5-1,2 % в казанских отложениях (Амурский и др., 1977).
Закономерности распределения кислых газов в массивах горных пород
В Прикаспийской впадине температуры свыше 70С, при которых начинаются катагенетические преобразования ОВ и генерация УВ, отмечается на глубинах более 2 км. Термобарический режим западной части впадины значительно жестче, чем в восточной. В восточной части впадины температуры 100С встречены на глубинах ниже 5 км. В западном направлении наблюдается гипсометрическое повышение геотермических изоплоскостей более чем на 1000 м и усиление тепловых потоков. Закономерное изменение геотермического режима и степени закрытости недр впадины приводит к изменению свойств УВ флюидов и концентраций кислых газов в месторождениях. Если в восточной части Прикаспийской впадины газовые залежи относительно малосернисты, то в западных ее частях преобладают газовые и газоконденсатные залежи, содержащие высокие концентрации сероводорода. Выявленные Оренбургское, Астраханское, Карачанакское и другие газовые месторождения служат подтверждением повышения концентраций сероводорода в свободных газах с усилением жесткости термобарических условий (рис. 34). Общей тенденцией для Прикаспийской впадины является (табл. 14. 15) увеличение степени катагенных преобразований газов и нефтей с увеличением температуры и давлений (глубин). С глубиной уменьшается цикличность и увеличивается ароматизация жидких УВ, количество серы, смол, парафинов и асфальтенов в них относительно невысокое. Геотермическим условиям «мягких» геохимических зон (от 40 до 70С) соответствуют переходные зоны нефтяных и нефтегазовых залежей. К таким зонам относятся, в основном, залежи УВ нижних частей надсолевого комплекса отложений (Пионерская, Высоковская, Чапаевская, Касаткинская и другие залежи западной части Прикаспийской впадины). Плотность УВ практически не изменяется, однако количество парафина возрастает до 9%, увеличивается газонасыщенность нефтей. В нижних частях зоны появляются газовые залежи, нередко содержащие единичные проценты сероводорода при наличии тяжелых УВ (рис 35).
В зонах температур свыше 70С и давлений более 20 МПа преобладают га-зоконденсатные залежи (Бугринская, Шаджинская, Комсомольская и другие в западной части Прикаспийской впадины) и реже газовые (Кенкияк, Кумсай, Али-бекмола и другие в восточной части впадины). Конденсаты легкие (плотность до 0,78), в них практически отсутствуют смолы и асфальтены, сернистость низкая (серы от 0,2 до 0,08 %). Количество алканов в бензиновых фракциях (до 200С) от 60% (Шаджинская и др.) до 70% (Оренбургская и др.). Сходно и содержание аре-нов (около 10%). Залежи обеднены конденсатами, выход последних от 35 до 110 см3/м3 (Оренбургская, Комсомольская и др.) (рис. 36).
С увеличеснием пластовых температур и давлений в газовую фазу переходят более высококипящие УВ, способствующие увеличению концентраций сероводорода и изменению свойств жидкой фазы. С глубиной плотность конденсата увеличивается от 0,75 (Хаганская, Шаджинская и др) до 0,79 (Бугринская и др.). В ряде залежей появляется сероводород эпигенетического типа (Оренбургская и другие на востоке Прикаспийской впадины, Бугринская, Воропаевская и другие на западе).
При температурах свыше 100 С выделяется катагенная зона, состав жидких и газовых УВ которой значительно отличается от состава залежей верхних геохимических зон. В нефтях и конденсатах катагенной зоны больше парафина, увеличивается количество серы, в УВ части преобладают алканы и арены. С ужесточением термобарического режима количество гетероэлементов уменьшается, УВ подвергаются прогрессивной перестройке, увеличивается поликонденсация, что приводит к появлению катагенного сероводорода высоких концентраций (рис. 37).
Критической для существования жидких УВ температурой является геотермический интервал от 175 до 200 С. Здесь формируются газовые залежи, в которых возможны весьма высокие концентрации сероводорода. В подобных условиях воз- можно нахождение залежей жидких УВ. Формирование высоких концентраций сероводорода в газовых залежах зоны критических параметров обуславливается так же противоположной тенденцией растворимостей УВ и кислых компонентов в подземных водах (рис. 38).
Таким образом, размещение кислых газов в осадочном чехле подчинено определенной термобарической зональности. «Мягкие» геотермические зоны характеризуются преобладанием газовых залежей с низкими концентрациями сероводорода синбиогенетического или эпигенетического типа. С ужесточением термобарических условий доля катагенного сероводорода в природных газах повышается, и залежи УВ с высокими концентрациями кислых компонентов формируются в зоне температур свыше 100С. Геохимические исследования позволяют выделить ряд закономерностей в размещении кислых газов в геологической среде. Основной зоной существования залежей сероводорода высоких концентраций является зона катагенеза. Залежи вышележащих термобарических и геохимических зон являются, в основном, бессернистыми и эпигенетичными, сформировавшимися за счет миграции флюидов из зон генерации катагенных компонентов.
По составу газов бессернистых залежей верхних частей осадочного чехла возможно прогнозировать состав залежей в нижних частях разреза и величину концентрации кислых компонентов в них. Концентрации кислых компонентов в залежах УВ и состав последних обусловлены совокупностью геологических, термобарических, геохимических, гидрогеологических и других факторов.