ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОИСКИ



Предыдущая | Следующая

Содержание

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОИСКИ

Геохимическими поисками называют прямой метод обнаружения нафтидов, основанный на предположении, что часть углеводородов мигрирует из нефтяных и газовых скоплений на поверхность непосредственно над природным резервуаром. Методика поисков заключается в отборе образцов почвы с определенной глубины по сетке и анализе углеводородов или других веществ, на которые может влиять присутствие углеводородов. Этот метод предназначен для установления невидимых нефтегазопроявлений, являющихся, например, результатом диффузии углеводородов к поверхности. Исследования включают: 1) анализ свободных углеводородных газов в порах почв; 2) анализ углеводородных газов, адсорбированных на частицах почв;

3) флуоресценцию образцов почв, связанную с наличием в них высокомолекулярных углеводородов; 4) анализ почвенных бактерий, живущих за счет определенных типов углеводородов; 5) анализ следов металлов и радиоактивных элементов в почве, адсорбция которых происходит при наличии углеводородов.

Если вертикальная миграция происходит в результате диффузии, максимум содержания углеводородов должен наблюдаться над месторождением, причем, как и в случае гравитационных аномалий, более широкие аномалии связаны с более глубокими залежами. Некоторые аномалии характеризуются максимумом, но большинство представляют собой кольцевой ореол вокруг месторождения. Относительно условий формирования ореолов были высказаны различные гипотезы. На рис. 9-11 представлена одна из них. Если газы мигрируют вертикально вверх, этан и более тяжелые углеводороды должны происходить в основном из нефти, а метан — из газовой шапки. Вследствие этого ореол этана и более тяжелых углеводородов будет повторять конфигурацию нефтяной залежи. Бактерии, окисляющие только гептан, также создадут ореол. Аналогичным образом ореол может быть образован никелем и радиоактивными элементами. Другая гипотеза заключается в том, что бактерии используют углеводороды в зоне более высокой их концентрации на центральном участке; деятельность бактерий по краям слабее. Ни одно из этих объяснений не внушает большого доверия. Более вероятно, что ореолы

Рис. 9-11. Геохимические аномалии над нефтяным месторождением, образующиеся Предположительно вследствие вертикальной миграции углеводородов

отражают рельеф и особенности геологического строения поверхности 8.

В конце 1930-х годов некоторые компании начали использовать геохимические поиски для непосредственного обнаружения нефти. Исследование почвы способствовало выявлению большого числа аномалий, часть которых была разбурена, что позволило сторонникам этого метода ссылаться на конкретные открытия, сделанные с помощью геохимических поисков. Методика поисков была разработана полностью на эмпирической основе, и неудачи объяснялись применением неподходящих методов или неправильной оценкой геологических факторов. Со временем она была усовершенствована рядом ведущих нефтяных компаний. Некоторые геохимики провели теоретический анализ используемых принципов.

В 1958 г. Бакли и др. [86] опубликовали анализы газов пластовых вод из 300 скважин, расположенных на побережье Мексиканского залива е США. Газы отбирались с помощью устройства для отбора керна с сохранением давления. Целью этого исследования являлось установление возможности насыщения углеводородами песчаников, перекрывающих скопления нефти и газа, в результате вертикальной диффузии.

Было выявлено, что там, где имела место диффузия, отложения, расположенные близко к нефтяным или газовым скоплениям, обогащены углеводородами, тогда как перекрывающие их слои иногда недосыщены газом. В толще водоносных песков, залегающих над сводом Хокинс в восточном Техасе, верхние водоносные песчаники Накатош содержали больше растворенных углеводородов, чем песчаник, залегающий ниже, непосредственно над продуктивной зоной. Это указывает на то, что на своде Хокинс вертикальная миграция углеводородов вследствие диффузии не происходила, так как в ином случае нижние горизонты песчаников Накатош должны были бы обладать более высокими концентрациями углеводородов, чем верхние.

Юранек [325] указывал, что время, необходимое для достижения установившейся диффузии, пропорционально квадрату глубины, так что углеводородные газы в приповерхностных отложениях играют более важную роль в образовании аномалий, чем газы в более глубокозалегающих отложениях, даже если первые содержатся в значительно меньших концентрациях. Он пришел к выводу, что геохимические методы способствуют выявлению структур, но не являются прямым способом обнаружения нефти. Каваи [335] рассчитал диффузию метана из газового резервуара в южной части бассейна Канто, Япония. Он пришел к выводу, что миграция в результате диффузии настолько мала, что японские месторождения за последние несколько миллионов лет потеряли очень мало газа. Миграция в потоке грунтовых вод или вследствие всплывания пузырьков газа значительно превышает диффузионную миграцию. Сараф [515] подсчитал, что для диффузии 1 % метана из залежи, находящейся на глубине 3000 м, вверх до глубины 150 м необходимо 285 млн. лет. Для миграции

1 % метана из залежи, находящейся на глубине 300 м, до глубины 15 м потребуется 11 млн. лет. Эти расчеты предполагают, что во время миграций происходит адсорбция части метана. Метод поверхностных геохимических поисков основывается на адсорбции углеводородов у поверхности, поэтому следует ожидать, что адсорбция газов происходит и на глубине.

Смит и др. [557] рассчитали потери углеводородов в результате установившейся диффузии из залежи с запасами в 2,8- 108м3 газа на глубине 1740 м. Другие факторы для этих расчетов брались по известным природным резервуарам США. Данные Смита и др., представленные в табл. 9-2, показывают, что метану для достижения поверхности необходимо 140 млн. лет, а этану— 170 млн. лет. Для большинства районов с восстановительными условиями скорость потери метана и тяжелых углеводородов на поверхности должна быть меньше скорости новообразования углеводородов при диагенезе приповерхностных отложений (см. гл. 5). В этих расчетах принимается, что потери в результате диффузии восполняются и таким образом залежь сохраняет постоянный размер и состав. Новообразования углеводородов может не происходить, следовательно, количество мигрирующего на поверхность газа должно быть еще меньше. Смит и др. также подсчитали, что трехметровый водоносный пласт, находящийся на глубине 870 м (т. е. между поверхностью и залежью) и характеризующийся скоростью горизонтального перемещения воды 1 м/год, может переместить вертикально диффундирующие газы на 190 км. Если предположить далее, что 150-метровая покрышка над данной залежью обладает пористостью всего лишь 4,5 %, а в остальной части разреза пористость составляет 15,7%, то скорость миграции газа к поверхности уменьшится на 50 %.

Модель Смита и его коллег показала, что в вертикальных насыщенных водой трещинах и разломах коэффициенты диффузии различных газов будут увеличиваться примерно в 39 раз. Этим можно объяснить наличие углеводородных аномалий над разломами, хотя не исключено, что углеводороды попадают в разломы из приповерхностных материнских пластов.

Очевидно, что вертикальная диффузия углеводородов из залежей, находящихся на глубинах около 1700 м, не может образовывать поверхностные геохимические аномалии. Более вероятной причиной этих аномалий является диффузия газов, образующихся при разложении органического вещества, захороненного в'отложениях на глубине первых десятков метров, а также углеводороды, мигрирующие под действием других факторов.

Таблица 9-2

В. А. Соколов, которого считают основоположником геохимиче-ских поисков, полагал, что причинами наиболее интенсивной миграции газов являются фильтрация и всплывание, а также другие механизмы перемещения газов по разломам, трещинам и иным проницаемым каналам. Диффузия дополняет эти процессы. Однако эти другие механизмы могут обусловить поверхностное распределение газов, не соответствующее контурам залежи. Это значит, что поверхностные поиски можно успешно использовать в качестве регионального метода там, где происходит вертикальная миграция, например в прибрежных районах Мексиканского залива в США, где плиоценовые и плейстоценовые отложения содержат углеводороды, мигрировавшие с больших: глубин. Эта методика не позволяет оконтуривать месторождения. Даже при региональных поисках необходим значительный опыт, чтобы разобраться в различиях непостоянного фонового содержания углеводородов близ поверхности. Хитчон [271] подчеркивал, что понимание состава и характера перемещений приповерхностных флюидов является важным моментом, который редко учитывается при геохимических поисках на поверхности.

Периодически публикуются статьи о бесперспективности поверхностных геохимических поисков. Они были отвергнуты из-за недостаточно хороших результатов, из-за отсутствия координации с геологическими и геофизическими исследованиями и неудачного использования современного сложного аналитического оборудования. Огромные средства были истрачены большинством основных нефтяных компаний, привлекавших лучшие научные кадры к проблеме совершенствования геохимических поисков, но безуспешно. Многие правительственные геологические службы и нефтяные компании пытались обнаружить нефтяные местонахождения с поверхности; результаты были разочаровывающими. В связи с отсутствием научной основы концепции прямой вертикальной миграции неудивительно, что с помощью поверхностных поисков нельзя выявить контуры залежей.

Здесь будут рассмотрены некоторые из многочисленных исследований. Компания Humble Oil активно использовала метод Блау, назначенного позже руководителем геофизических исследований. Было обнаружено, что некоторые химические реагенты, например перекись натрия, будучи добавленными в образцы почвы, дают цветовые реакции, на основе которых можно оконтурить нефтяные залежи. В дальнейшем было установлено, что цветовые реакции объяснялись различным содержанием гумино-вых и фульвовых кислот в поверхностных отложениях. Наиболее значительным вкладом компании Humble Oil явилась разработка устройства для отбора керна с сохранением давления, с помощью которого было доказано, что многие пластовые воды, находящиеся выше нефтяных и газовых скоплений, в значительной степени недосыщены газовыми углеводородами [86]. Исследовательские лаборатории компаний Humble и Carter занимались поверхностными геохимическими методами около десяти лет и пришли к выводу об отсутствии корреляции между углеводородными аномалиями на поверхности и скоплениями нефти и газа на глубине.

Сотрудники компании Imperial Oil отобрали и проанализировали более 9000 образцов почв и убедились, что углеводороды не создают на поверхности ореола вокруг нефтяных месторождений. Фактически не было установлено общей диффузии углеводородов из природных резервуаров к поверхности. Они отметили, что максимумы флуоресценции тесно связаны с линеа-ментами, выявленными по аэрофотоснимкам. Более тысячи образцов почв из Миддл-Магдалена-Валли, Колумбия, были исследованы компанией International Petroleum. Была установлена определенная зависимость флуоресценции почв от наличия разломов в породах под верхнемеловым несогласием. Образцы, взятые с поверхности в пределах 300-метровых интервалов вдоль направлений разломов, прослеженных с помощью сейсмических методов на поверхности несогласия, характеризовались значительно более высокой флуоресценцией, чем образцы, отобранные на остальной площади. Creole Petroleum Corporation провела крупномасштабные исследования с целью установить, нельзя ли аномалии тона на аэрофотоснимках косвенно связать с залежами углеводородов. В результате было установлено, что аномалии связаны с особенностями состава или структуры почв или растительного покрова, отличающими эти участки от окружающей местности.

Компания Pan American (Amoco) пробурила тысячу скважин глубиной 2,75 м в бассейне Паудер-Ривер, Вайоминг, с целью проведения поверхностных геохимических исследований. Предварительные эксперименты показали, что с их помощью можно картировать некоторые из разрабатываемых месторождений. Однако выполнение этой программы не дало существенных результатов: при бурении поисковых скважин не было отмечено значительного увеличения коэффициента удачи.

Д. Б. Сикка [545] провел радиометрические исследования на нефтяном месторождении Редуотер в Альберте и в других районах Канады. Он пришел к выводу, что радиометрия может быть с успехом использована для прослеживания системы разломов и трещин. Например, при пересечении реки Святого Лаврентия около Ассампшена, Квебек, были обнаружены радиометрические максимумы, связанные с разломами. Позднее компания Imperial Oil проводила радиометрические поиски в Западной Канаде на площади 10 360 км2, охватывающей 28 месторождений, находящихся на различных стадиях разработки. Была установлена великолепная корреляция радиометрических аномалий с типами почв. Песчаные почвы и болота характеризуются радиометрическими минимумами, тогда как суглинки определяются по относительно высоким значениям. Результаты радиометрических исследований не были постоянными в течение года; они зависели от содержания влаги в почве. Карты радиометрических исследований не отразили связи аномалий с нефтяными месторождениями. Районы с низкой и высокой радиоактивностью обладали примерно одинаковым количеством залежей. Статистическая обработка полученных данных показала, что радиометрические аномалии примерно соответствуют тому, что можно ожидать в результате оконтуривания случайных чисел.

На протяжении ряда лет компания Mobil Oil развивала геохимические методы поисков, объединяя изучение образцов почв с микробиологическими анализами. Исследователи пришли к выводу, что микропроявления занимают относительно небольшую площадь и весьма редки, что не позволяет оконтуривать по ним нефтяные залежи [583]. Компания провела детальные исследования в известных нефтегазоносных районах нескольких бассейнов, в результате которых было установлено, что лишь небольшая часть образцов почвенного газа содержит этан и более высокомолекулярные углеводороды в количествах, превышающих фоновые. В бассейне Денвер на шести площадях были проведены анализы почв по сетке, около скважин-открывательниц, до завершения бурения остальных скважин. Никакой связи между концентрациями этана и положением залежи установлено не было.

На Третьей международной геохимической конференции, проходившей в 1962 г. в Будапеште, польские, чехословацкие и венгерские геохимкки-нефтяники сообщали, что применявшиеся ими различные методы геохимических поисков не привели к открытию нефтяных месторождений. В Прикарпатском регионе Польши была установлена связь между углеводородными аномалиями и зонами разломов. Участники конференции пришли к выводу, что в районах со сложным тектоническим строением, где имеются разломы и надвиги, поверхностные геохимические поиски не дают надежных результатов, так как зоны разломов являются предпочтительными путями миграции. Другое осложнение, на которое указывал Могилевский [427], заключается в том, что наземные геохимические аномалии часто коррели-руются с биологической активностью, которая зависит от содержания питательных веществ в почве.

Отдельные районы, где углеводороды на поверхности в какой-то мере связаны с глубинными скоплениями, характеризуются благоприятным сочетанием сухого климата и высокопроницаемых отложений, перекрывающих залежь. Примером может служить бассейн Форт-Полнньяк в Сахаре, где полное отсутствие растительности, низкий уровень грунтовых вод и хорошо проницаемые отложения способствовали миграции части углеводородов в приповерхностную структуру, последующее разбури-вание которой позволило установить природный газовый резервуар на глубине 2250 м [474]. Даже в этом случае данные поверхностной съемки не помогли выявить очертания залежи.

В СССР под руководством В. А. Соколова геохимические поиски проводились в большем масштабе, чем в какой-либо другой стране. В 1962 г. около 10 % полевых геохимических партий были заняты наземными геохимическими поисками. Связь аномалий со скоплениями углеводородов на глубине в большинстве случаев отмечалась в аридных районах Апшерона и Туркмении. Помимо почвы на содержание рассеянных углеводородов исследовались воды из источников и неглубоких скважин. Несмотря на многие годы научных поисков, советские исследователи еще не пришли к единому мнению о значении опробования почвы. Сам Соколов признавал, что на поверхности отмечалось больше углеводородов, чем можно было объяснить одной лишь простой диффузией. Он считал, что эти избыточные углеводороды поступают из глубокозалегающих отложений не только за счет диффузии, но и в результате действия ряда других механизмов миграции, например 1) фильтрации газа и нефти под действием разности давлений во взаимосвязанных порах и трещинах пород, 2) всплывания газа и нефти в воде, содержащейся в пористых и трещиноватых породах, 3) переноса свободного и растворенного газа и нефти подземными водами и 4) выжимания газа и нефти вместе с водой из пластов [573]. Очень трудно оценить интенсивность вертикальной миграции под действием любого из этих механизмов. В этих процессах углеводороды будут поступать к поверхности различными миграционными путями, не связанными с конфигурацией нефтяных и газовых залежей. В СССР была проведена работа по изучению содержания газа и микроорганизмов в почвах и воде над искусственным газохранилищем До и после заполнения резервуара. За несколько месяцев содержание газа в насыщенном водой песке, залегающем в 300 м выше резервуара, увеличилось в 10 раз; концентрация бактерий, окисляющих углеводороды, также значительно увеличилась. Все это произошло слишком быстро, если принимать во внимание только диффузию. Полагаю, что причиной такого явления было наличие над резервуаром либо разлома, либо зоны трещиноватости.

Представляется бесспорным, что в результате диффузии и других процессов миграции происходит увеличение концентрации углеводородов в породах, залегающих в непосредственной близости от скоплений нефти и газа. Изучение концентраций углеводородов и отношений различных индивидуальных углеводородов в первых нескольких десятках метров осадочных пород над скоплениями часто выявляет аномальные значения этих величин, причиной которых являются процессы миграции. Однако во многих случаях мигрирующие углеводороды не достигают поверхности в концентрациях, достаточно высоких, чтобы противостоять влиянию углеводородов, генерируемых из органического вещества неглубокозалегающих приповерхностных отложений. Кроме того, наиболее быстрая миграция к поверхности происходит по различным каналам, не отображая формы скоплений на глубине. Другими словами, наземные геохимические поиски могут быть использованы в качестве метода региональных исследований для выделения района, в котором имеются нефтяные или газовые скопления, при наличии информации о геологии, влиянии приповерхностных диагенетических углеводородов, локальной и региональной системах перемещения флюидов в отложениях. Однако, за исключением очень редких случаев, с помощью геохимических поисков нельзя оконтурить залежь и определить точки заложения скважин.

Применение поверхностных геохимических поисков, вероятно, будет наиболее полезным при выявлении источников нефтегазо-проявлений, связанных с разломами, трещинами, несогласиями, соляными и глиняными диапирами и магматическими интрузиями. Все это рассматривалось в предыдущем разделе о видимых нефтегазопроявлениях, но в этих случаях могут иметь место и невидимые проявления. Пониженные участки рельефа, которые могут служить в качестве основных зон разгрузки флюидов, могут нести следы углеводородов из скоплений, залегающих на глубине. Пласты мела н континентальные отложения, например красноцветные, иногда обладают проницаемостью, достаточной для вертикального движения поровых флюидов, несущих углеводороды. Некоторые геологи считают, что микротрещины, способствующие увеличению вертикальной проницаемости, имеются во многих относительно непроницаемых породах. Несмотря на существующие расхождения во мнениях относительно протяженности и роли микротрещин, ясно, что углеводороды мигрируют вверх с глубинными поровыми водами в самых различных концентрациях, от видимых до невидимых, в различных геологических ситуациях.

Если геохимические поиски рассматривать не в качестве прямого метода обнаружения залежей нефти и газа, с помощью которого можно оконтурить месторождение, а в качестве вспомогательного метода, применяемого совместно с обычными геологическими и геофизическими методами поисков, то они вполне заслуживают внимания. Такое применение геохимических поисков потребует, однако, знания режима активных потоков грунтовых вод и связей между нефтегазопроявлениями и гидродинамическими системами, рассмотренных Хитчоном [271]. В этом случае рассматриваемый метод будет способствовать выделению перспективных структур и районов, содержащих углеводороды. Он может быть полезным вспомогательным методом, но не универсальным средством для обнаружения нефти и газа.

Содержание

/*/

Провел уникальные исследования влияния лунно-приливных сил на газовое поле приповерхностных отложений (мелкие скважины 2,5м.) Необходима организация этих работ, нефтяные и газовые компании могли бы взять финансирование этого направления. Думаю, не пожалеют