Высокие темпы развития промышленности в наше время во многих странах мира привели к увеличению потребности в энергии, в результате чего возникла проблема поисков новых, нетрадиционных источников энергетического сырья. Важным источником пополнения энергетических ресурсов в будущем могут быть водорастворенные газы зон АВПД.

Изучение гидрогеологических условий глубоких горизонтов нефтегазоносных бассейнов мира позволило выявить широкое распространение в их пределах АВПД подземных вод и высокое их насыщение углеводородным газом [3, 8, 9], запасы которых огромны и, по предварительным данным, составляют n*10¹⁶-n*10¹⁸ м³ [3,8].

К практическому использованию ресурсов водорастворенного газа из молодых отложений давно уже приступила Япония, где добыча газа из подземных вод достигает 300 млн. м³/год.

На возможность использования водорастворенных газов в качестве топлива указывалось как в СССР, так и в США в целом ряде работ [2, 4, 8, 9]. Вопросы разработки глубокозалегающих водоносных горизонтов с высоким содержанием водорастворенного газа рассматривались в работах [3, 4]. Однако до сих пор изучению высокогазонасыщенных вод зон АВПД не уделялось должного внимания; отсутствуют методика и специальная аппаратура для их исследования, а единичные анализы глубинных проб пластовых вод в некоторых НГБ не позволяют с необходимой точностью судить о количестве водорастворенного газа в зоне АВПД. Отсутствуют также и данные о емкостных и фильтрационных свойствах пород зон высоких давлений подземных вод.

В этом отношении ценной может оказаться информация, полученная с помощью глубоких скважин, вскрывших значительные мощности отложений зон АВПД в нефтегазоносных областях Украины. Бурение глубоких скважин на структурах с АВПД часто сопровождалось газоводяными проявлениями. Опробование водоносных горизонтов показало, что подземные воды высокотемпературных (110-200°С) зон АВПД предельно насыщены углеводородным газом. Так, в ДДВ на Шебелинской, Солоховской, Балаклеевско-Савинской, Сагайдакской и других площадях при опробовании водоносных горизонтов зоны АВПД получены газоводяные фонтаны. В Предкарпатье аналогичные результаты дали скв. 1 Луги, 1 Шевченко и 1, 2 Борыня, вскрывшие породы зоны АВПД. При испытании скв. 2 Борыня дебит газа составил 10-400 тыс. м³/сут, воды - 15-20 м³/сут, газовый фактор 690- 20 000 м³/м³.

Пластовые воды из сильнопрогретых горизонтов зоны АВПД Керченского полуострова получены при испытании скважин на Борисовской, Слюсаревской, Кореньковской, Горностаевской, Фонтановской, Южно-Сивашской и других площадях [5]. Сделано более 70 замеров пластовых давлений в зоне распространения АВПД, что позволило значительно расширить представления о гидродинамических условиях глубоких водоносных горизонтов полуострова. В большинстве случаев пластовое давление в этих горизонтах более чем в 1,8 раза превышает гидростатическое.

На глубинах 4500-4650 м (нижний мел) пластовые давления достигают 83,2 МПа, а коэффициенты аномальности давления в интервале глубин 1 000-4500 м изменяются в пределах 1,53-2,19. Максимальные значения приведенного давления пластовых вод на отметке -4500 м установлены на Слюсаревской и Марьевской площадях и составляют 88 и 83 МПа. Заметное уменьшение АВПД наблюдается в направлении Вулкановской и Краснопольской площадей полуострова.

Пластовая температура на отметке -3000 м 120 °С, на отметке -5000 м 190 °С, геотермический градиент 3,2°С/100 м [5].

В разрезе Керченского полуострова принимают участие молодые мезозойско-кайнозойские отложения. Залежи нефти, газоконденсата и газа установлены в образованиях неогена, палеогена и верхнего мела на глубинах до 3500 м. Из нижнемеловых и юрских пород получены только притоки подземных вод. Основными коллекторами углеводородных флюидов и подземных вод являются глинистые алевролиты, алевролиты и песчаники, а также известняки и мергели.

Фильтрационные и емкостные свойства песчаных коллекторов в зоне АВПД до глубин 3000 м (ранний катагенез) достаточно высокие и в отдельных случаях достигают соответственно” 91*10^-3 мкм² и 26% (Южно-Сивашская площадь). Однако в интервале глубин 3000-5000 м при температуре 120-190°С, что отвечает преобразованию пород в условиях глубинного катагенеза и начальной стадии метагенеза, пористость и проницаемость песчаных разностей осадочных образований заметно уменьшаются. Пористость песчаных пород юры колеблется от 1,7 до 8,6%, а палеогеновых - от 2,5 до 16,4% (Фонтановская и Горностаевская площади). Пористость верхнемеловых известняков и мергелей достигает местами 20 %, а проницаемость колеблется от 0,2 да 90,9 *10^-3 мкм². Фильтрационные свойства коллекторов на этих глубинах обусловлены трещиноватостью пород. При испытании получены притоки пластовых вод дебитом от 3,8 до 1506 м³/сут (Куйбышевская и Мошкаревская площади) и газа дебитом от 1,5 до 13 тыс. м³/сут (Мошкаревская). Значительные притоки подземных вод получены на Фонтановской и Слюсаревской площадях из палеогеновых песчанистых горизонтов с повышенной трещиноватостью зоны разломов. Скважины фонтанировали водой (до 540 м³/сут при устьевом давлении. 22,6-35,5 МПа). Вместе с водой получали также притоки газа. В настоящее время отсутствует фактический материал по газонасыщенности подземных вод зон АВПД, за исключением исследований единичных глубинных проб подземных вод. Так, на площади Голицинской в зоне АВПД количество водорастворенного газа в водоносных горизонтах нижнего палеоцена - протерозоя на глубинах 2140-3840 м изменяется от 3,97 до 4,77 м³/м³. Газонасыщенность пластовых вод скв. 10 Фонтановкой площади (интервал 3780- 3875 м) 5,15 м³/м³.

Результаты опробования и замеры дебитов воды и газа в единичных скважинах, вскрывших водоносные горизонты зоны АВПД на площадях Керченского полуострова ( табл. 1 ), позволили определить характер изменения газонасыщенности подземных вод с глубиной при разных значениях давления и температуры (см. рисунок ).

При построении кривой зависимости газосодержания пластовых вод от глубины не учитывались высокие значения газовых факторов (150- 206 м³/м³), полученные при опробовании водоносных горизонтов Фонтановского газоконденсатного месторождения. Результаты опробования этих горизонтов показывают, что вместе с водой из высокотемпературных зон можно часто получать значительные притоки газа. В этих случаях в пластах кроме водорастворенного содержится свободный газ (в виде пузырьков) .

До глубин 3000 м при температуре менее 120°С газосодержание подземных вод в зоне АВПД Керченского полуострова не превышает 5 м³/м³. С глубиной с повышением темпера-' туры и давления резко возрастает газосодержание подземных вод. В интервале глубин 3000-4000 м оно равно 7 м³/м³, а в нижележащих водоносных горизонтах на глубинах 4000-5000 м увеличивается до 19 м³/м³ (см. рисунок). Такое газосодержание подземных вод Керченского полуострова соизмеримо со значениями его в других НГБ. В результате исследования глубинной пробы воды с нефтегазоносного горизонта на побережье Мексиканского залива установлена высокая газонасыщенность пластовых вод, равная 27 м³/м³ [1]. Газонасыщенность вод в скв. Эдна Делкабр-1, пробуренной в районе Северного Голфа (США) для исследования водоносного слоя песчаника на глубине 3800 м, составила 9,3 м³/м³, а дебит газа -14 тыс. м³/сут [2]. В 1977 г. из скважины глубиной 6000 м близ Батон-Ружа в Луизиане (США) получен приток воды с дебитом газа до 92,8 м³/м³. Газа в воде в 5 раз больше, чем по расчетам в ней его может раствориться [9]. Высокие значения газонасыщенности вод сильно прогретых горизонтов зон АВПД, значительно превышающие предельные расчетные величины, могут указывать на то, что в пластовых водах зоны газообразования [7] часть газа, по-видимому, находится в свободном состоянии в виде пузырьков.

Водорастворенный газ зоны АВПД Керченского полуострова на глубинах 2323-4924 м в основном состоит из УВ (87,5-99,2%), среди которых метан составляет 72,99-98,16 % ( табл. 2 ). Содержание этана, пропана и пентана колеблется от 0,56 до 26,97%. В отдельных пробах водорастворенного газа на глубинах более 3000 м установлено повышенное количество углекислого газа (4,72- 11,34%).

Воды зоны АВПД Керченского полуострова гидрокарбонатно-натриевого типа с минерализацией 3,8- 32,1 г/л и плотностью 1,0035- 1,0190 г/см³. Отношение rNa/rCl составляет 1,04-4,2, а рН колеблется от 7,5 до 9. В водах отмечается повышенное содержание бора, йода и брома.

Приведенные выше данные показывают, что в зоне АВПД в интервале глубин 3000-5000 м в пределах Керченского полуострова содержится водорастворенный газ. Однако для этих глубин характерно значительное изменение физических параметров пород и газосодержания подземных вод. Если в интервале глубин 3000- 4000 м газонасыщенность вод в среднем равна 7 м³/м³ и пористость песчаных пород составляет 10,5%, то в отложениях на глубинах 4000-5000 м величины этих параметров соответственно 19 м³/м³ и 5 %.

Большое количество водорастворенного газа содержится в породах многих НГБ с большой мощностью мезозойско-кайнозойских осадочных образований [8]. Так, в высокотемпературных горизонтах зоны АВПД в американской части бассейна Мексиканского залива, в пределах побережья штатов Техас и Луизиана в водорастворенном состоянии содержится 85 трлн. м³ метана, что примерно в 150 раз превышает годовое потребление газа в США и на целый порядок разведанные запасы газа залежей в стране [4].

Основная трудность разработки водорастворенных газовых ресурсов сильно прогретых пород зоны АВПД - освоение скважин с высокими дебитами газа и сброс сепарированных вод. При этом следует учитывать, что в высокотемпературных зонах АВПД энергетическими источниками могут быть тепло воды и породы, аномально высокое давление подземных вод и растворенные УВ. Кроме того, из подземных вод можно получать ценные минеральные компоненты [3, 6].

Для Керченского полуострова технические условия добычи водорастворенного газа несколько упрощаются, поскольку после сепарации газа, использования давления и тепла подземных вод и отбора минеральных компонентов из них ими можно орошать засушливые земли полуострова, а в крайнем случае их можно сбрасывать в Азовское и Черное моря или в Сиваш.

В настоящее время в связи с ростом цен на газ на мировом рынке при комплексной разработке высокогазонасыщенных перегретых (120- 190 °С) подземных вод добыча водорастворенного газа на Керченском полуострове может оказаться рентабельной. Однако для получения высоких дебитов газа необходимо вскрывать всю мощность пород с высокогазонасыщенными водами. При отборе некоторого объема воды зона дегазации вод будет расширяться. Выделившийся газ будет прорываться в депрессионные участки и отжимать воду в сторону, поэтому скважины периодически могут работать чистым газом.

В целях освоения ресурсов водорастворенного газа не только на Керченском полуострове, где высокотемпературная зона АВПД находится на небольших глубинах, но и в других регионах страны дальнейшая разработка проблемы должна быть направлена на освоение уже установленных зон АВПД и выявление в них мощных толщ коллекторов, из которых можно получать высокие дебиты воды и растворенного в них газа. Необходимо также в некоторых регионах страны провести целенаправленные поисково-разведочные работы на подземные воды зон АВПД с целью промышленной оценки ресурсов водорастворенного газа, выделив при этом Керченский полуостров как первоочередной объект.

1. Высоцкий И.В. Геология природного газа. М., Недра, 1979.
2. Зорькин Л.М., Стадник Е.В., Юрин Г.А. Углеводородное сырье из подземных вод. - Газовая промышленность, 1981, № 2, с. 26-27.
3. Корценштейн В.Н. Геопрессированные зоны (зоны АВПД) - резерв энергетики будущего? - Газовая промышленность, 1979, . № 1,с. 13-14.
4. Кучерук Е.В. К проблеме освоения газовых ресурсов зон АВПД. ЭИ, сер. нефтегаз. геол. и геофиз. М., ВНИИОЭНГ, 1981, № 1, с. 5-6.
5. Новосилецкий Р.М. Геогидродинамические и геохимические условия формирования залежей нефти и газа Украины. М., Недра, 1975.
6. Перспективы использования подземных промышленных вод СССР/Л.С. Балашов, С.С. Бондаренко, Н.В. Ефремочкин и др. - Сов. геология, 1981, № 5, с. 3-9.
7. Соколов В.А. Процессы образования и миграции нефти и газа. М., Недра, 1965.
8. Углеводородные газы пластовых вод нефтегазоносных бассейнов - возможный источник получения углеводородов /Л.М. Зорькин, В.Н. Корценштейн, Е.В. Стадник и др. - Докл. АНСССР, т. 252, 1980, № 3, с. 681-683.
9. Ходжсон Б. Природный газ – поиски продолжаются. - Америка, 1979, октябрь, с. 27-35.

Таблица 1

Результаты опробования водоносных горизонтов зоны АВПД Керченского полуострова

Таблица 2

Состав водорастворенных газов зоны АВПД Керченского полуострова

Рисунок

Зависимость пластового давления, температуры, пористости и газосодержания вод от глубины отложений Керченского полуострова