БИОГИДРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОИСКА ШЕЛЬФОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ В ТРАНЗИТНОЙ ЗОНЕ
BIOHYDROCHEMICAL METHOD FOR DETECTING OIL DEPOSITS IN TRANSIT ZONE

Способ относится к геохимическим методам исследований в области поиска полезных ископаемых на шельфе, а именно к биогидрохимическим способам выявления нефтеносных отложений в труднодоступных частях морского шельфа. Цель изобретения - создание простого и экономичного способа выявления трудноопределимых нефтеносных отложений в транзитной зоне морского шельфа.
Известно, что из находящихся в глубине земной коры месторождений твердых и жидких полезных ископаемых, к дневной поверхности восходит поток подвижных наночастиц и молекул, которые несут информацию об объекте. Такие потоки наночастиц металлов и молекул углеводородов, порождаются, в том числе, и шельфовыми отложениями нефти. В этом случае, вынесенные из залежи наночастицы и молекулы углеводородов накапливаются в грунтах дна и в придонных слоях воды.
Существуют способы геохимических исследований, использующих это явление выноса на поверхность элементов-индикаторов.
1) Известен геохимический способ поисков углеводородов по патенту РФ №2097796, в котором на изучаемой площади в каждой точке наблюдения производят отбор проб с различных горизонтов почвы и экстрагируют из них элементы-индикаторы углеводородов, связанные с органическими соединениями почвы, отбирают элементы в электроподвижных формах нахождения, определяют концентрации заранее установленных элементов-индикаторов в каждом из экстрактов и по совпадению зон с аномальными концентрациями элементов-индикаторов и элементов в электроподвижных формах нахождения устанавливают границы нефтегазоносных провинций, областей, месторождений или отдельных залежей. Указанный способ является трудоемким, так как требует бурения для отбора проб с различной глубины и проведения большого количества химических анализов и мало пригоден для подводных исследований на шельфе.
2) Известны геохимические способы поиска металлов и УВ, в основе которых лежат накопление привносимых веществ на концентрационных геохимических барьерах зон гиперкинеза, представленных породами. В частности, известен способ накопления индикаторов на глинах. Таков комбинированный способ геологической разведки нефти и газа по Патенту РФ №2102781, при котором на исследуемой территории проводят газогеохимическую съемку путем изучения газов, сорбированных на глинистой матрице, по результатам которой выявляют зоны углеводородных аномалий, а затем на участках площади по профилям в пределах выявленных углеводородных аномалий проводят электроразведочные работы, по которым судят о параметрах пласта на глубине от поверхностной геохимической аномалии до искомой залежи. Данный способ, хотя и перспективен тем, что использует естественные природные накопители индикаторов, но он не позволяет осуществить поиск нефти и газа в сильно заболоченной местности и, тем более, в морской среде на шельфе.
3) Известны биогеохимические способы поиска металлов и УВ, в основе которых лежат накопление привносимых веществ на концентрационных биологических барьерах зон гиперкинеза. Так в качестве высокоэффективного накапливающего барьера может быть использован, находящийся на дневной поверхности суши, бактериальный барьер, представляющий собой сообщества многочисленных штаммов микроорганизмов (бактерий). Биогеохимические методы геологической разведки основаны на способности организмов отражать особенности среды обитания в своем химическом составе, в видовых ассоциациях и своей морфологии.
На основе биологического барьера микроорганизмов построен биогеохимический способ поиска углеводородов по Патенту РФ 2363021, включающий в себя отбор проб водных мхов на заданном участке местности с последующим выделением из них воды, отличающийся тем, что отбирают пробы мха равного количества по весу и объему, мох отжимают в мерную емкость и в отжатой жидкости методом атомно-адсорбционной спектроскопии определяют наличие металлов-информаторов, при этом о наличии месторождений нефти и газа судят по превышению содержания вышеназванных металлов в пробах относительно их содержания в остальных пробах. Способ, хотя и построен на основе биологического барьера и использует эффект аккумуляции металлов-индикаторов в водных мхах, но разработан исключительно для поиска углеводородов на суше.
Морские геохимические исследования на шельфе технически всегда более сложны, так как связаны с отбором проб с морского дна и придонных слоев воды в условиях моря. Чаще всего такой отбор выполняется различной батиметрической техникой и техникой забора грунтовых проб дна.
Батиметрический забор проб придонной воды мало пригоден для исследований на шельфовую нефть по той причине, что анализа результатов дегазации проб воды недостаточно для различения нефтяных и газовых шельфовых залежей, - газовыделение тех и других одинаково по составу. Для дополнительных исследований на нефть производят отбор образцов илов и кернов донного грунта с применением механических средств - разнообразных батиметрических устройств для забора придонной воды и илов, а также различных систем подводного бурения для отбора проб грунта, монтируемых на морских исследовательских судах или на свайных сооружениях.
В частности, из ряда таких устройств известно техническое устройство «герметическая грунтовая трубка-батометр» Патент №2125158, используемое для отбора герметизированных проб донных отложений и водной толщи в условиях моря при поиске месторождений углеводородов прямыми геохимическими методами и количественной оценки природной газонефтенасыщенности донных отложений и водной толщи.
Однако, использование любых технических устройств, предназначенных для локального забора порций придонной воды, илов и донного грунта, объемом в несколько литров, малоэффективны для обнаружения отложений шельфовой нефти. Незначительные объемы молекул углеводородов из шельфовой залежи, выносимые границу раздела дно-вода, остаются локализованными на дне вблизи точки их выноса. Во внешний объем воды они, практически, не диффундируют. По этим соображениям локальный одномоментный забор придонной воды, ила и грунта мало информативен для целей геологоразведки, - отсутствие индикаторов нефти в такой пробе не означает отсутствия шельфовой залежи нефти, информативный выход нефти из залежи может оказаться в близлежащей соседней точке, но он никак не отразится во взятой пробе. Эта локальность признаков нефти в придонных слоях, в сочетании со сверхмалыми концентрациями признаков нефти в воде разовой пробы, существенно ограничивает возможности геохимических исследований в обнаружении нефти на шельфе, и практически исключает возможность поиска нефти в транзитной зоне шельфа.
В транзитной зоне шельфа приборный забор проб придонной воды, илов и донного грунта полностью неинформативен ввиду сильной и быстрой переменчивости водной обстановки, микротечений и прибоя. Транзитная зона шельфа (другие ее названия, - переходная зона, зона мелководья, прибойная зона) состоит из береговых топей, заливных частей суши, отмелей, дельты рек, открытых мелководных рифов, широких приливных зон и близких к побережью мелководных участков, глубина воды в которых обычно не более 3-5 м.
Для геологоразведки, общим негативным свойством этих разнообразных акваторий выступает невозможность использования в них, ни техники разведки на суше, ни судов-носителей бурового, пробоотборного и батиметрического оборудования морской разведки. По совокупности этих факторов для всех транзитных зон характерна чрезвычайно низкая степень геолого-геофизической изученности.
Наиболее близким решением, для анализа донных отложений на наличие отложений шельфовой нефти, выбранным в качестве прототипа, является «Способ выявления перспективных на нефть отложений» Патент SU 1350646. Изобретение относится к геохимическим методам поиска и может быть использовано для выявления перспектив нефтеносных отложений шельфа. При использовании способа определяют общий и четырехвалентный ванадий, а затем по их соотношению делают вывод о перспективности отложений. Способ осуществляется посредством бурения скважин в морском дне, затем из устья скважины отбирают пробы воды с нефтью и битумоидами и определяют в них содержание общего ванадия и его четырехвалентной формы.
Данный способ ограничен использованием в качестве индикатора - ванадия V и его мультивалентных форм - из всего набора возможных металлов-индикаторов нефти. То есть, способ ориентирован на поиск нефти, залегающей в терригенных породах. В общем случае, металлами, способными индицировать нефть, кроме ванадия являются: для терригенных пород - цинк, медь, никель, свинец, кадмий, уран; для карбонатных пород - церий, мышьяк, молибден, уран. В нефти эти сопутствующие металлы присутствуют в виде наночастиц с коэффициентами обогащения в десятки и сотни раз.
В транзитной зоне становится существенным, что данный способ предполагает бурение скважин в морском дне с последующим батиметрическим забором донных проб воды и грунта. Но бурение скважин в транзитной зоне технически осложнено. А одномоментный забор придонной воды и грунта из устья скважины предполагает «стерильности» взятой пробы и обуславливает использование сложных технических устройств (В частности, использование «герметическая грунтовая трубка-батометр», Патент №2125158). Бурение значительного числа скважин в экстремальных условиях транзитной зоны, как и забор донных проб в устьях скважин с использованием сложных технических устройств требует существенных затрат и ресурсов. Если ограничиваться исследованием небольшого числа отдельных донных проб, то это малоинформативно для обнаружения шельфовых отложений нефти.
Для эффективного отбора шельфовых проб требуются системы, аккумулирующие в себе металлы-индикаторы в процессе долговременной фильтрации значительных объемов придонной воды. В транзитной же зоне необходимы такие системы накопления репрезентативных проб металлов-индикаторов, которые еще и не зависят от волновой обстановки, микротечений и механического воздействия прибоя.
Для транзитной зоны морского шельфа стоит задача создания простого и экономичного способа выявления нефтяных отложений шельфа. Задача решается на основе физико-химического анализа индикаторов нефти, таких как молекулы углеводородов нефти и наночастицы металлов, характерных для нефти. Эти индикаторы, естественным образом, аккумулируются на биогидрохимическом барьере, представленном бентосными сообществами транзитной зоны шельфа.
Системы бентоса являются природным биогеохимическим барьером, образующем мощный прибрежной пояс на морском шельфе во всех климатических зонах. Гидробионты этого пояса осуществляют естественную фильтрацию придонных вод и аккумулируют растворенные в ней вещества на протяжении всего своего жизненного цикла.
Гидрохимические исследования бентоса, локализующего в своих тканях химические элементы и минералы, могут обеспечить обнаружение и локализацию шельфовых залежей полезных ископаемых вплоть до рангов рудный узл (~10 кв. км) и/или даже рудная площадь (~1 кв. км).
Специфика транзитной зоны состоит в интенсивной и хаотичной динамики водной среды, что влечет за собой существенную неопределенность в перемещениях малых форм бентоса, а также илов биологического происхождения. Поэтому репрезентативные пробы бентоса в транзитной зоне могут состоять только из представителей макрофитобентоса, - водорослей, а из представителей макрозообентоса - двустворчатые моллюски и многощетинковые черви.
Способ биогидрохимического поиска отложений нефти в транзитной зоне шельфа состоит в следующем.
Картоплан исследуемого участка транзитной зоны разбивают координатной сеткой в соответствии с требуемым масштабом. Узлы выбранной сетки назначают точками отбора проб бентоса.
В каждом узле сетки с площади в 1 кв. метр отбирают бентос в качестве единичного образца биогеохимической пробы. Координаты точки отбора неотъемлемо связывают с данным образцом пробы.
Для последующих анализов на наночастицы металлов проводят пробоподготовку тканей бентоса растворением в концентрированной азотной кислоте и, далее, на установке микроволнового разложения.
Исследуют пробы на наличие наночастиц металлов-информаторов, характерных для нефтей данного типа. На роль наночастиц-информаторов выбираются наночастицы с повышенной миграционной способностью в кислородных водах в диапазоне значений рН от 3 до 8,5; способные осаждаться на биологических барьерах в условиях турбулентного водообмена транзитной зоны; характерные для осадочных пород нефтегазоносных территорий («Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений», Министерство геологии СССР, М.: Недра, 1983 г). Количественное определение металлических наночастиц в тканях бентоса выполняют техникой атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.
Одновременно с этим проба исследуется на присутствие молекул углеводородов в соответствии с требованиями ГОСТ 8.563-96 и методики измерений массовой доли УВ в пробах гидробионтов пресных и морских водных объектов люминесцентным методом (Федеральный реестр методик, шифр 1.31.2009.06562).
В этом исследовании количественное определение органических молекул нефти в пробе, проводят методом люминесцентной спектрофотометрии. В процессе анализа пробы на содержание УВ:
- экстрагируют гексаном углеводороды из пробы;
- концентрируют экстракт;
- очищают на оксиде алюминия экстракт от липидов и затем хроматографически отделяют фракцию ароматических углеводородов в тонком слое силикагеля;
- концентрируют элюат ароматических углеводородов;
- количественное содержание УВ определяют методом люминесцентной спектрофотометрии.
Координаты контура залежи нефти в транзитной зоне определяют согласно координатам проб с увеличенным содержанием наночастиц металлов и углеводородов по отношению к статистической норме.
Технический результат: способ повышения достоверности поиска шельфовых нефтяных месторождений в транзитной зоне морского шельфа.