Условия формирования газогидратов в пределах Южной части Каспийского моря

Полетаев А.В.

кандидат геолого-минералогических наук, Институт Геологии и Геофизики Национальной Академии Наук Азербайджана,

г. Баку, Азербайджан Полетаева Е.В.

Доктор философии по наукам о Земле, Институт Геологии и Геофизики Национальной Академии Наук Азербайджана,

г. Баку, Азербайджан

УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГАЗОГИДРАТОВ В ПРЕДЕЛАХ ЮЖНОЙ ЧАСТИ КАСПИЙСКОГО МОРЯ

Аннотация: В работе рассмотрены фактические данные по

температуре и давлению в пределах Южного Каспия. Рассчитано термодинамическое равновесие для газов двух газогидратных скоплений Боздаг и Элм. Проведенные исследования показывают, что термодинамическое равновесие в пределах Южного Каспия не постоянно по разрезу, что обусловливает неравномерное распределение зон газогидратов как по площади, так и по разрезу.

Ключевые слова: газогидраты, углеводородные газы,

термодинамическое равновесие.

Poletayev А.У.

PhD in geosciences, Institute of Geology and Geophysics National Academy of Sciences ofAzerbaijan,

Baku, Azerbaijan Poletayeva Е.У.

PhD in geosciences, Institute of Geology and Geophysics National Academy of Sciences ofAzerbaijan,

Baku, Azerbaijan

GAS HYDRATE FORMATION CONDITION IN THE SOUTH PART OF

THE CASPIAN SEA

Abstract: The paper deals with the study of РТ equilibrium in the south part of the Caspian Sea. Geology Institute data as well as SOCAR data were analyzed

to determine the temperatures and pressures. Analyses of pressures of the upper part of the section indicates to a significant spread of values from 1,1 mPa to 38 mPa. This data cover necessary intervals for formation of gashydrates in the thermodynamic curves.

Key words: gas hydrates, hydrocarbon gases, thermodynamic equilibrium.

Условия формирования газогидратов описаны в работах [1-21]. В настоящем исследовании представлены результаты, полученные расчетным путем для газов газогидратов, отобранных из двух зон скоплений Элм и Буздаг. Рельеф дна территории был изучен на основании батиметрической карты в масштабе 1:750000. Дно глубоководной части Южного Каспия имеет сложную структуру. В интервале глубин от 150 м до 500 наблюдается резкий склон, а далее прослеживается более последовательное и плавное изменение. Поверхность дна осложнена грязевулканическими проявлениями в виде грязевулканических холмов. Более сложная картина прослеживается при детальном изучении отдельных месторождений и структур. Максимальная зафиксированная глубина Южно-Каспийского глубоководного бассейна составляет 1025 м.

Изменение солености воды Каспийского моря в целом характеризуется ее повышением от поверхности ко дну. Однако, в некоторых случаях значения солености в более высоких слоях воды выше, чем в более глубоких, а иногда более соленый слой располагается между менее солеными [5]. В изучаемой зоне соленость составляет 12,84 (млн. частиц). В работе [15] приведены исследования сезонного изменения температуры воды в интервале глубин до 100 м. в пределах Южного Каспия. В Южном Каспии установлены значительные перепады температуры воды, которые наблюдаются в интервале глубин от 0 до 100 м. На глубинах свыше 200 м. наблюдается практически постоянная температура в 6,1 градус.

Изменение температуры на месторождении Банка Дарвина колеблется от 18 до 40 градусов в интервале глубин от 100 до 1400 м соответственно.

Схожие данные температур наблюдаются и на месторождении Пираллахы. На обоих месторождениях изменение температуры до глубины 2000 м не превышает 60 градусов. Незначительно повышенные температурные данные отмечаются на месторождении Чилов адасы, здесь на глубинах от 200 м до 2500 м температура изменяется от 20 до 70 градусов. На месторождении Нефт Дашлары в диапазоне глубин от 20 до 1200 м установлены температуры в интервале от 20 до 70 градусов. Изменение температуры на месторождении Нефт Дашлары отличается от значений температур Чилов адасы. На месторождении Бахар температуры колеблются в диапазоне от 20 до 90 градусов в интервале глубин от 900 до 5000 метров. На глубине 3300 температура соответствует 60 градусов. На месторождении 8 Марта температура колеблется от 30 до 98 градусов в интервале глубин от 1000 до 6000 метров. На глубине 3500 метров отмечается значение в 60 градусов, а на глубине от 5000 - 6000 м - от 82 до 98 градусов. На месторождении Хара-Зиря-дениз температура изменяется в диапазоне от 39 до 98 градусов, что соответствует интервалу глубин 1000 до 5500 метров. На глубине 2900 отмечается граница с отметкой в 60 градусов. На месторождении Алят дениз в интервале глубин от 1200 до 5400 температура изменяется в интервале от 39 до 110 градусов соответственно. На глубине 2400 метров зафиксировано значение температуры 60 градусов. На месторождении Булла дениз с глубиной происходит нелинейное увеличение температуры. Здесь на глубине 1000 м температура составляет 40 градусов. Таким образом, по приведенным данным пластовая температура на глубине 500 м изменяется от 23,0 до 27,8 С, в среднем составляя 24,6 С, что соответствует возможности образования кристаллогидратов.

Используя программный комплекс «Г идрат+» были рассчитаны температура и давления, благоприятные для образования кристаллогидратов. За основу расчетов были использованы анализы газов кристаллогидратов, отобранных на грязевых вулканах Боздаг и Элм. В таблицах 1 и 2 показаны расчетные температуры и давления, при которых образуются

кристаллогидраты в условиях Южного Каспия. В таблице 1 рассмотрен состав газа кристаллогидратов Боздаг. Аналогичные данные были получены для химического состава кристаллогидратов на грязевом вулкане Элм (таблица 2). Из таблицы 2 следует изменение температур на глубинах схожие с таковыми на Боздаге и варьируют в пределах от 1,62 °С до 24,16 °С. Данные расчеты были осуществлены для толщи морской воды.

Применение этих данных вместе с данными «Геотермальный атлас Азербайджана» [14], отчетами ИГГ, а также первичными данными, полученными Государственной Нефтяной Компанией Азербайджанской Республики, позволило проанализировать общую тенденцию изменения температуры в зависимости от глубины ниже данного слоя моря.

Таблица 1

№ С1 С2 Сз iC4 ПС4 С5 СО2 Глубина P, атм t., град.

1 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 100 10 2,5132

2 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 150 15 6,1695

3 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 200 20 8,5317

4 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 250 25 10,2670

5 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 300 30 11,6980

6 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 350 35 12,8830

7 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 400 40 13,8730

8 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 450 45 14,7030

9 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 500 50 15,5020

10 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 550 55 16,2740

11 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 600 60 16,8260

12 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 650 65 17,3800

13 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 700 70 17,8620

14 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 750 75 18,2330

15 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 800 80 18,6050

16 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 850 85 18,9790

17 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 900 90 19,3210

18 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 950 95 19,5920

19 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1000 100 19,8630

20 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1050 105 20,0850

21 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1100 110 20,2710

22 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1150 115 20,4580

23 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1200 120 20,6460

24 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1250 125 20,8350

25 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1300 130 21,0250

26 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1350 135 21,2160

27 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1400 140 21,3570

28 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1450 145 21,4860

29 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1500 150 21,6150

30 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1550 155 21,7450

31 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1600 160 21,8750

32 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1650 165 22,0070

33 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1700 170 22,1390

34 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1750 175 22,2720

35 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1800 180 22,4050

36 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1850 185 22,5390

37 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1900 190 22,6740

38 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 1950 195 22,8090

39 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2000 200 22,9450

40 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2050 205 23,0740

41 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2100 210 23,1660

42 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2150 215 23,2590

43 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2200 220 23,3520

44 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2250 225 23,4460

45 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2300 230 23,5400

46 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2350 235 23,6350

47 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2400 240 23,7300

48 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2450 245 23,8260

49 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2500 250 23,9220

50 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2550 255 24,0180

51 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2600 260 24,1150

52 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2650 265 24,2120

53 77,1 18,2 2,4 0,4 1,1 0,33 0,45 2700 270 24,3100

Таблица 2

№ С1 С2 Сэ iC4 ПС4 С5 СО2 Глубина P, атм t., град.

1 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 100 10 1,6191

2 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 150 15 5,2995

3 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 200 20 7,6785

4 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 250 25 9,4449

5 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 300 30 10,9070

6 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 350 35 12,1230

7 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 400 40 13,1430

8 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 450 45 14,0010

9 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 500 50 14,8280

10 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 550 55 15,6270

11 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 600 60 16,2060

12 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 650 65 16,7870

13 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 700 70 17,2940

14 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 750 75 17,6860

15 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 800 80 18,0800

16 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 850 85 18,4740

17 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 900 90 18,8360

18 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 950 95 19,1230

19 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1000 100 19,4110

20 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1050 105 19,6480

21 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1100 110 19,8490

22 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1150 115 20,0500

23 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1200 120 20,2520

24 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1250 125 20,4550

25 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1300 130 20,6590

26 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1350 135 20,8630

27 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1400 140 21,0160

28 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1450 145 21,1550

29 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1500 150 21,2940

30 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1550 155 21,4350

31 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1600 160 21,5750

32 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1650 165 21,7160

33 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1700 170 21,8580

34 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1750 175 22,0000

35 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1800 180 22,1420

36 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1850 185 22,2850

37 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1900 190 22,4280

38 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 1950 195 22,5720

39 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2000 200 22,7160

40 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2050 205 22,8520

41 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2100 210 22,9510

42 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2150 215 23,0510

43 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2200 220 23,1510

44 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2250 225 23,2510

45 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2300 230 23,3510

46 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2350 235 23,4520

47 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2400 240 23,5530

48 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2450 245 23,6540

49 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2500 250 23,7560

50 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2550 255 23,8570

51 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2600 260 23,9600

52 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2650 265 24,0620

53 81,4 15,3 1,6 0,2 0,7 0,81 2700 270 24,1640

Давление на глубинах воды 10, 100, 1000 м составляет 1, 10, 100 атм соответственно, т.е. давление на каждые 10 м увеличивается на 1 атм. Пластовое давление было изучено на площадях Пираллахи, Нефт Дашлары, Гюнешли, Чираг, Азери. На площади Пирралахи на глубине 417 м в скважине 72 пластовое давление составляет 22 мПа, а на 560 м - 38 мПа. В скважине 355 на глубине 416 м пластовое давление составляет 10 мПа. В скважине 456 пластовое давление составляет 18 мПа. На ряде месторождений пластовое давление имеет более значительные показатели. Подобное изменение пластового давления наблюдается и по другим месторождениям и площадям. Указанные давления для глубины 500 метров изменяются от 9 мПа до 38 мПа, а в некоторых случаях и более.

Таким образом, температура и давление изменяются по площади и разрезу, в связи с чем нарушается термодинамическое равновесие, что выражается в неравномерном распределении зон газогидратов как по площади, так и по разрезу.

Выводы

В работе рассмотрены фактические данные по температуре и давлению в пределах Южного Каспия. Рассчитано термодинамическое равновесие для газов двух газогидратных скоплений Боздаг и Элм. Скопления кристаллогидратов в акватории Южного Каспия характеризуются неравномерным распределением в породах. Положение их определяется неоднородностью температурного поля и давления по площади и разрезу.

Список литературы

1. Psnahov, R. Э., Abdullayev, Э.Э., Novruzova, S.H. Qaz hidratlan / R. Э. Psnahov, Э.Э. Abdullayev, S.H. Novruzova. - Baki: Elm, 2012. - 298 s..

2. Бык, С.Ш., Фомина, В.И. Газовые гидраты / С.Ш. Бык, В.И. Фомина // Успехи химии. XXXVII. 1968. Вып. 6. С. 1098-1135.

3. Гинсбург, Г.Д., Грамберг, И.С., Гулиев, И.С., Гусейнов, Р.А., Дадашев, А.А., Иванов, В.Л., Кротов, А.Г., Мурадов, Ч.С., Соловьев, В.А., Телепнев, Е.В. Подводногрязевулканический тип скоплений газовых гидратов / Г.Д. Гинсбург, И.С. Грамберг, И.С. Гулиев, Р.А. Гусейнов, А.А. Дадашев, В.Л. Иванов, А.Г. Кротов, Ч.С. Мурадов, В.А. Соловьев, Е.В. Телепнев // Доклады Академии Наук СССР. 1988. Т. 300. № 2.

4. Гинсбург, Г.Д., Соловьев, В.А. Субмаринные газовые гидраты / Г.Д. Гинсбург, В.А. Соловьев - СПб: ВНИИ Океангеология, 1994. - 193 с.

5. Глумов, И.Ф., Маловицкий, Я.П., Новиков, А.А., Сенин, Б.В. Региональная геология и нефтегазоносность Каспийского моря / И.Ф. Глумов, Я.П. Маловицкий, А.А. Новиков, Б.В. Сенин. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2004. - 342 с.

6. Гусейнов, Р.А., Дадашев, Ф.Г. Углеводородные газы Каспийского моря / Р.А. Гусейнов, Ф.Г. дадашев. - Баку: «Нафта-Пресса». 2000. - 128 с.

7. Дмитриевский, А.Н., Баланюк, И.Е. Газогидраты морей и океанов - источник углеводородов будущего / А.Н. Дмитриевский, И.Е. Баланюк. -М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2009. - 287 с.

8. Истомин, В.А., Якушев, В.С. Газовые гидраты в природных условиях. - М.: Недра, 1992. - 236 с.

9. Макогон, Ю.Ф. Гидраты природных газов / Ю.Ф. Макогон. - М.: Недра, 1974. - 208 с.

10. Макогон, Ю.Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели образования, ресурсы / Ю.Ф. Макогон // Российский химический журнал. 2003. Т. 47. №3. С. 70-79.

11. Макогон, Ю.Ф., Хольсти, Дж.С. Вискерные кристаллы газогидратов / Ю.Ф. Макогон, Дж.С. Хольсти // Российский химический журнал. 2003. Т. 47. № 3. С. 43-48.

12. Якуцени, В.П. Газогидраты - нетрадиционное газовое сырье, их образование, свойства, распространение и геологические ресурсы / В.П. Якуцени // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2013. Т. 8. № 4.

13. John, С. Natural Gas Hydrates: A Guide for Engineers / С. John. -Amsterdam; Boston: Gulf Professional Pub., 2009. - 276 p.

14. Geothermal Atlas of Azerbaijan. Geological Institute of Azerbaijan National Academy of Sciences / Eds. by A.A. Ali-Zadeh, S.A. Aliyev. 2001.

15. Sain, K., Gupta, H. Gas Hydrates in India: Potential and Development / K. Sain, H. Gupta // Gondwana Research. 2012. Vol. 22. Issue 2. №9. P. 645-657.

16. Korotenko, K.A., Mamedov, R.M., Mooers, C.N.K. Prediction of the Dispersal of Oil Transport in the Caspian Sea Resulting from a Continuous Release / K.A. Korotenko, R.M. Mamedov, C.N.K. Mooers // Spill Science & Technology Bulletin. 2000. Vol. 6. № 5/6. Р. 323-339.

17. Kvenvolden, K. Methane Hydrate a Major Reservoir of Carbon in the Shallow Geosphere / К. Kvenvolden // Chemical Geology. 1988. Vol. 71. P. 41-51.

18. Lerche, I., Bagirov, E. Guide to Gas Hydrate Stability in Various Geological Settings / I. Lerche, E. Bagirov // Marine and Petroleum Geology. 1998. Vol. 15, P. 427-438.

19. Muradov, Ch.S. The Area of Formation of the South Caspian Gas Hydrates / South-Caspian Basin: Geology, Geophysics, Oil and Gas Content / Ch.S. Muradov. - Baku: Nafta-Press, 2004. - P. 322-332.

20. Sloan, E.D., Koh, A.C. Clathrate Hydrates of Natural Gases / E.D. Sloan, A.C. Koh. - New York: CRC Press, 2007. - 752 p.

21. Pape, T., Bahr, A., Klapp, S. A., Abegg F., Bohrmann G. High-

Intensity Gas Seepage Causes Rafting of Shallow Gas Hydrates in the Southeastern Black Sea / T. Pape, A. Bahr, S. A. Klapp, F. Abegg, G. Bohrmann // Earth and Planetary Science Letters. 2011. Vol. 307. № 1. P. 35-46.