Геохимические поиски нефтегазовых залежей по концентрациям ароматических углеводородов в приповерхностных отложениях

А.А. Жильцова

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОИСКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ПО КОНЦЕНТРАЦИЯМ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

Приведены результаты поисковых геохимических исследований, сопровождающих сейсморазведку, в Когалымском районе нефтедобычи. Прямое прогнозирование залежей нефти выполнено по аномалиям концентраций мигрирующих в поверхностные отложения ароматических углеводородов. Выявлены три перспективных участка в пределах Центрально-Кустовой площади, два из которых подтверждены бурением. Для третьего, прогнозного, участка предложен разрез возможной ловушки (залежи). Рекомендовано использование данных о содержании в приповерхностных отложениях тяжелых ароматических УВ в качестве поисковых признаков на нефть и газ.

Ключевые слова: геохимия; сейсморазведка; концентрации ароматических углеводородов; прогноз залежей нефти.

На сегодняшний день достижения сейсморазведки при поисках ловушек и залежей углеводородов (УВ) большого размера не вызывают сомнений. Но при поисках залежей относительно небольших размеров возникают трудности, связанные с тем, что влияние таких залежей на волновую картину соизмеримо с влиянием других геологических факторов [1]. Значительно увеличить достоверность прогноза ловушек на нефть и газ позволяет проведение поисковых геохимических исследований. Привлечение методов органической геохимии доставляет дополнительную информацию «прямого» характера о возможной локализации углеводородов в виде залежей нефти и газа [2].

При стандартном геохимическом опробовании исследования направлены на анализ углеводородных газов (С2-С4) и/или легких углеводородов (С5-С8). Но определение этих соединений в образцах грунтов, воды и воздуха представляет значительную сложность: их

концентрации не стабильны, затруднен отбор и хранение проб. В настоящее время практически не рассматриваются в качестве геохимических показателей нефтегазоносности тяжелые углеводороды (С10-С40), хотя принимаемые физико-химические модели образования приповерхностных геохимических полей не исключают возможность диффузионного перемещения тяжелых УВ в надпродуктивные отложения. Би-туминологические исследования надпродуктивных образцов пород прямо указывают на наличие повышенных концентраций тяжелых УВ на нефтегазоносных территориях [3].

Цель исследований заключалась в определении перспектив нефтегазоносности Центрально-Кустового участка ТПП «Когалымнефтегаз» (Ватьеганский вал на сочленении Сургутского и Нижневартовского сводов; рис. 1) - территории, где активно ведутся поисковое и разведочное бурение, добыча углеводородного сырья.

Рис. 1. Положение участка исследований на схематической тектонической карте центральной части Западно-Сибирской плиты:

1 - контур Центрально-Кустового участка; 2 - границы тектонических структур I порядка; 3 - границы внутреннего районирования;

4 - разрабатываемые месторождения углеводородов [4]

В процессе исследований анализировались пробы грунтов, которые были отобраны с забоя взрывных скважин в процессе выполнения сейсморазведки на Центрально-Кустовом участке. Глубина взрывных скважин составляла 7-10 м. Отбор проб производился со шнека буровой машины при условии, что последний интервал проходки осуществлялся без промывки. Всего на геохимическое исследование было направлено 259 проб грунта в полиэтиленовых пакетах с герметизирующейся горловиной.

Все образцы перед исследованиями были взвешены и отсортированы. В результате геохимическому исследованию было подвергнуто 212 проб. 35 проб было отбраковано из-за недостаточного количества материала - менее 18 г, 12 проб - из-за видимого загрязнения нефтепродуктами.

Количественное определение содержания ароматических УВ в образцах грунтов производили с использованием аналитических методов Комиссии защиты природных ресурсов США: TNRCC Method 1005 «Определение

общих нефтяных углеводородов в твердых и жидких матрицах методом газовой хроматографии» и TNRCC Method 1006 «Определение С6-С35 нефтяных углеводородов в объектах окружающей среды (алифатические и ароматические углеводороды)». Метод 1005 включает в себя условия проведения экстракции суммарной фракции УВ из образцов породы, условия консервирования и хранения образцов и экстрактов. Метод 1006 является логическим продолжением Метода 1005 и включает в себя условия разделения суммарного экстракта УВ (полученного по Методу 1005) методом колоночной хроматографии на фракции насыщенных и ароматических УВ.

Анализы выполнены в НИИ геологии и экологии нефтегазового комплекса Югорского государственного университета (аналитики Ю.В. Коржов, Л.И. Иванова). Вид анализа - хроматография газовая с масс-спектральным детектированием. Поверенное аналити-

ческое оборудование: а) хроматограф газовый С1агш 500М8 фирмы РегкшБ1тег (США) с масс-спектрометрическим детектором; б) колонки аналитические капиллярные 30 м х 0,25 мм, неподвижная фаза БШе-5М8, толщина пленки 0,20 мкм.

Данная схема анализа проб позволяет выделить и идентифицировать более 90% сорбированных на породе углеводородов [5].

Для нефтегеологического анализа геохимической зональности углеводородов была принята теоретическая физико-химическая модель залежи [3]. Согласно этой модели пространственная локализация аномалий мигрирующих углеводородов в приповерхностном слое происходит над водонефтяным контактом (ВНК) (рис. 2). Эти аномалии, в случае залежи, вмещаемой замкнутым локальным поднятием, имеют зональнокольцевую форму и трассируют внешний контур ВНК.

[74] 1 1—2 ^3 [^4 ^5^6

б

Рис. 2. Физико-химическая модель залежи УВ: а) формы пространственной локализации геохимических аномалий:

7) апикальная аномалия углеводородных газов, 2) фильтрационные аномалии углеводородных газов, 3) аномалии мигрирующих жидких углеводородных флюидов, 4) аномалии газов биохимического происхождения; б) обобщенный геолого-геохимический разрез: 7) залежь, 2) зона водонефтяного контакта, 3) покрышка, 4—6) комплекс надпродуктивных отложений, 7) зоны миграции

углеводородных флюидов [3]

В качестве информативных параметров приняты суммарные концентрации ароматических углеводородов групп моно-, би-, три- и полиароматических молекул с 4-5 конденсированными ароматическими кольцами. Выбор ароматических углеводородов в качестве поисковых геохимических признаков определялся в первую очередь тем, что эти вещества чужеродны природным биосистемам и на них практически не оказывает маскирующего влияния современная растительность. Эти вещества обладают средней полярностью по сравнению с насыщенными УВ и гетероатомными веществами, поэтому, с одной стороны, способны к адсорбционному накоплению на глинистых минералах, а с другой - сохраняют подвижность углеводородов и способность к перемещению в гетерогенных (гидрофильных/гидрофобных) геологических средах. Кроме

того, ароматические углеводороды устойчивы к биоразложению и однозначно определяются методом хро-мато-масс-спектрометрии [5].

Сводные количественные характеристики геохимических параметров по результатам лабораторных исследований приведены в таблице. В качестве прогностического параметра перспективных участков были приняты концентрации нафталинов, которые менее всего чувствительны к загрязнению современной органикой (по сравнению с алкилбензолами и фенантрена-ми) и имеют существенно большие концентрации (по сравнению с полициклическими УВ). Аномальные зоны концентраций выделены по отношению к тройной величине фоновых значений. Фоновые значения определены в 5 точках опробования, расположенных за пределами месторождения.

Значения концентраций ароматических УВ в образцах грунта Центрально-Кустового участка

Группа УВ Диапазон концентраций, мкг/кг Средняя концентрация, мкг/кг

Алкилбензолы 0...132,8 39,9

Нафталины 0.. .58,4 10,7

Фенантрены 0.37,5 30,2

Полициклические УВ 0.1,02 0,71

На карте изоконцентраций нафталинов (рис. 3), принятой в качестве основной схемы прогноза перспектив нефтегазоносности, выделяются три перспективных участка. В качестве наиболее вероятной стратиграфической приуроченности залежей рассматривается пласт ЮС/, так как на Центрально-Кустовом участке именно этот пласт является продуктивным.

Два перспективных участка, разбуренные поисковыми и разведочными скважинами, расположены в периферийных частях площади геохимического опробования. 1-й перспективный участок охарактеризован и скважинами, давшими притоки нефти, и скважинами,

давшими притоки нефти с водой. На этом участке аномальная зона концентраций нафталинов вполне согласовалась с положением установленного бурением ВНК в пласте ЮСі1. 2-й перспективный участок охарактеризован скважинами, давшими притоки нефти с водой. На этом участке аномальная зона концентраций нафталинов не противоречит положению установленного бурением ВНК.

На 3-м собственно прогнозном участке аномальные зоны концентраций нафталинов достаточно уверенно трассируют положение ВНК предполагаемой залежи (ловушки), возможно, в пласте ЮС11.

14

І15І

116

в 7 © Я © Я • 10 © 11 © 1? •

13

Рис. 3. Схематическая карта прогноза перспектив нефтегазоносности (карта концентраций соединений с нафталиновым ядром) Центрально-Кустового участка: 7 - границы участка; 2 - изогипсы по кровле пласта ЮС11; 3 - предполагаемые тектонические нарушения;

4 - ВНК; 5 - линия установленного выклинивания пласта; 6 - линия предполагаемого выклинивания; 7 - разведочная скважина, давшая приток нефти; 8 - разведочная скважина; 9 - разведочная скважина, давшая приток воды; 70 - эксплуатационная скважина, давшая приток нефти; 77 - эксплуатационная скважина, давшая приток воды; 72 - эксплуатационная скважина, давшая приток нефти с водой; 73 - точки геохимического опробования; 74 - контур площади геохимического опробования; 75 - изолинии концентраций соединений с нафталиновым ядром, мг/кг; 76 - аномальные зоны концентраций соединений с нафталиновым ядром, мг/кг; 7 7 - разбуренные перспективные участки, номер участка; 78 - неразбуренные перспективные участки, номер участка

Совместное рассмотрение аномальных зон 3-го и 2-го перспективных участков позволяет предположить следующий разрез возможной залежи в пласте ЮС11. Начиная с северной части 3-го перспективного участка (с положения изогипс 2785... 2780), коллектор становится нефтенасыщенным. На стыке 3-го и 2-го перспективных участков (положение изогипс 2770. 2765) пласт содержит зону фациального замещения неколлектором. Здесь фиксируются два ВНК: первый принадлежит склоновой залежи (3-й перспективный участок), второй - купольной залежи (2-й перспективный участок).

Проведенные исследования показывают применимость новых геохимических поисковых признаков за-

лежей нефти - повышенных концентраций ароматических углеводородов в приповерхностных отложениях. Зоны аномальных концентраций этих соединений хорошо «привязаны» к залежам и являются не менее информативными при поиске нефти и газа, чем легкие УВ. Основываясь на полученных результатах, можно рекомендовать использование данных о содержании в приповерхностных отложениях тяжелых ароматических УВ в качестве поисковых признаков на нефть и газ. Геохимические исследования позволят значительно увеличить достоверность прогноза данных сейсморазведки. Применяемые методы достаточно экспресс-ны, чтобы быть совмещенными со сроками выполнения сейсморазведочных исследований.

ЛИТЕРАТУРА

1. Конторович В.А. Тектоника и нефтегазоносность мезозойско-кайнозойских отложений юго-восточных районов Западной Сибири. Новоси-

бирск : Изд-во СО РАН, 2002. 253 с.

2. Андреева Н.Н., Борковский А.А., Верес С.П. Перспективы применения прямых геохимических методов поисков залежей нефти и газа относи-

тельно небольших размеров в Западной Сибири // Геология нефти и газа. 2001. № 4. С. 53-57.

3. Справочник по геохимии нефти и газа / под ред. С.Г. Неручева. СПб. : Недра, 1998. 576 с.

4. Геология и нефтегазоносность Ханты-Мансийского автономного округа : атлас / ред. Э.А. Ахпателов, В.А. Волков, В.Н. Гончарова и др.

Екатеринбург : ИздатНаукаСервис, 2004. 148 с.

5. Иванова Л.И., Исаев В.И., Коржов Ю.В. Методика лабораторных исследований тяжелых углеводородов при нефтепоисковой геохимии

// Материалы Междунар. конф. «Изменяющаяся геологическая среда: пространственно-временные взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов» (Казань, 12-16 ноября 2007 г.). Казань : Фэн, 2007. С. 356-360.

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 12 сентября 2010 г.