К оглавлению журнала

 

УДК 553.981

©О.Г. Веренинова, 1997

ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И НАКОПЛЕНИЯ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ НА ЮГО-ВОСТОКЕ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

О.Г. Веренинова (ВНИГРИ)

Несмотря на значительный объем исследований, посвященных закономерностям распространения и накопления сероводородсодержащих газов, проблема их изучения не теряет своей актуальности [1-5].

Прогноз содержания сероводорода необходим для экономической оценки перспектив регионов и своевременного решения экологических проблем, связанных с их освоением. Объекты изучения сероводородсодержащих газов на юге Восточно-Европейской платформы – южная часть Волго-Уральской нефтегазоносной провинции (НГП) и Прикаспийская НГП. Урало-Поволжье характеризуется широкой сероносностью флюидов и пород, а в Прикаспии открыто уникальное Астраханское серогазоконденсатное месторождение. Кроме того, подсолевые карбонатные отложения, к которым приурочены залежи сероводородсодержащих газов Прикаспия, – перспективные горизонты для открытия новых крупных газоконденсатных залежей.

Волго-Уральская НГП характеризуется максимальным для европейской части России уровнем освоенности начальных суммарных ресурсов УВ. На территории южной части Урало-Поволжья открыто более 1100 залежей газа (растворенного в нефти и свободного), 40 % из которых содержат в газе сероводород от предельно допустимых концентраций до 17,2 %. Сероводородсодержащие газы встречены на глубине от 0,5 до 4,0 км (Белоглинское месторождение, D2gv) при пластовой температуре до 75 °С в отложениях от мосоловского горизонта эйфельского яруса среднего девона до калиновской свиты казанского яруса верхней перми.

На картах распределения залежей газа с сероводородом по нефтегазонос-ным комплексам (НГК) и подкомплексам в крупных структурных элементах выделены три типа территорий по частоте встречаемости залежей сероводородсодержащего газа по отношению к общему числу залежей: сплошное распространение сероводорода в газе > 50 %, пятнистое – 10-50 % и спорадическое < 10 %.

В нижних девонских комплексах сероводород распространен ограниченно. В нижнедевон-муллинском НГК (рис. 1) и пашийско-саргаевском подкомплексе пашийско-верейского НГК распределение залежей сходно: на Восточно-Оренбургском выступе – пятнистое, в Бузулукской впадине – спорадическое, аналогичное таковому Жигулевско-Пугачевского свода, где отсутствуют отложения нижнего девона (частично среднего девона) и продуктивность установлена в кыновско-пашийских горизонтах. В Волгоградско-Саратовском Поволжье сероводород зафиксирован в мосоловских карбонатах на Терсинском месторождении.

В семилукско-заволжском и турне-верейском подкомплексах (рис. 2) соотношение залежей с сероводородом в газе и без него также сходно: на восточном склоне Жигулевско-Пугачевского свода, в Бузулукской впадине, на Восточно-Оренбургском выступе и юге Бельской впадины – сплошное (> 50 %), а в Волгоградско-Саратовском Поволжье – пятнистое. С турне-верейским подкомплексом связано наибольшее число (70 %) сероводород содержащих залежей газа южной части Волго-Уральской НГП.

В московско-пермском НГК (рис. 3) сплошным распространением сероводорода в газе характеризуются Бузулукская впадина, Восточно-Оренбургский выступ, частично Волгоградско-Саратовское Поволжье, а также западные и северо-западные прибортовые зоны Прикаспийской впадины.

На территории южной части Бельской впадины залежи с сероводородом составляют около 40 % от общего числа залежей газов. В целом по разрезу около половины залежей Бузулукской впадины, Жигулевско-Пугачевского свода, Восточно-Оренбургского выступа и Бельской впадины имеют в своем составе сероводород, в то время как на Волгоградско-Саратовское Поволжье приходится только около 20 % таких залежей УВ. Концентрации сероводорода в газе, так же как и частота встречаемости, показывают различие территорий по накоплению сероводорода. Максимальные содержания сероводорода в растворенном в нефти газе (до 17 %) отмечены в Бузулукской впадине (в семилукско-заволжском и турне-верейском подкомплексах), а в свободном газе (до 7 %) характерны для нижнепермских залежей Соль-Илецкого свода – зоны сочленения с Прикаспийской впадиной. Рассчитанные с помощью математической статистики наиболее часто встречающиеся концентрации сероводорода в представительных выборках (турне-верейский подкомплекс) составляют, %: для Бузулукской впадины – 0,8-3,0, Жигулевско-Пугачевско-го свода – 0,6-2,5, Волгоградско-Саратовского Поволжья – 0,01-0,16.

Накопление сероводорода в залежах УВ определяется условиями как его образования, так и сохранности на путях миграции и в ловушке. Бузулукская впадина, к которой приурочено 60 % от общего числа сероводородсодержащих залежей рассматриваемой территории Урало-Поволжья, характеризуется развитием нескольких уровней (до 7) сульфатоносных толщ, сравнительно равномерно распределяющихся по разрезу: фаменского, окско-серпуховского, башкирского, московского, гжельского, раннепермского и казанского возраста. Сульфатоносные толщи служат основным источником серы как для прямых реакций образования сероводорода (сульфатредукция), так и для накопления элементной серы и сераорганических соединений для последующего их преобразования в сероводород на этапах нефтегазообразования. Контроль распространения залежей сероводород-содержащего газа сульфатоносными телами проявляется иногда очень четко. Например, в Бузулукской впадине граница окско-серпуховских сульфатов контролирует распространение залежей с сероводородом в турне-верейском подкомплексе (см.рис. 2).

Разрез Бузулукской впадины представлен преимущественно карбонатными породами, часто органогенно-детритовыми и рифогенными. Карбонаты ускоряют некоторые реакции образования сероводорода – взаимодействие серы с нефтяными УВ, разложение сераорганических соединений (Хант Дж., 1982). Вследствие малого содержания реакционноспособных форм железа особенно благоприятны органогенные известняки как для накопления первичного материала для образования сероводорода (серы, сераорганических соединений), так и для сохранения сероводорода на путях миграции флюидов и в ловушке. Активной биосульфатредукции как на ранних этапах развития бассейна, так и на современном этапе способствуют условия относительно невысокой минерализации – до 30-50 г/л до пермского времени (Чистовский А.И., 1988) и до 250 г/л в настоящее время, а также невысокие пластовые температуры.

Важным условием для накопления сероводорода является его образование на разных уровнях. Сероводород залежей изучаемых территорий Урало-Поволжья на глубине до 2 км имеет в основном биохимический генезис, что подтверждается более легким изотопным составом серы сероводорода по сравнению с таковым сульфатов вмещающих пород [5], а также микробиологическими исследованиями (Мехтиева В.Л., 1964). Глубокопогруженные залежи отложений девонского и раннекаменноугольного возраста с градациями катагенеза МК1-МК2 содержат сероводород, образовавшийся, вероятно, в результате разложения сераорганических соединений РОВ и нефтей.

На территории Волгоградско-Саратовского Поволжья, особенно на юго-восточном склоне Воронежской антеклизы, сероводород в газе распространен ограниченно. Меньшее развитие сульфатоносных толщ, обогащенность разреза терригенным материалом, повышенная соленосность седиментационных вод нижней девонской части разреза (Чистовский А.И., 1988) – все это неблагоприятно для накопления сероводорода на всех этапах литогенеза и нефтегазообразования и на разных стратиграфических уровнях.

В Прикаспийской впадине сероводородсодержащие газа характерны для подсолевых каменноугольно-нижнепермских отложений, вскрытых бурением по периферии впадины. Максимальные содержания сероводорода отмечаются в турне-верейском нефтегазоносном подкомплексе – до 30 % в свободном газе Астраханского месторождения, до 20 % в попутном газе месторождения Тенгиз, а также до 7 % на месторождении Жанажол на глубине 3,3-5,1 км при пластовых температурах 80-110 °С. В московско-кунгурском НГК содержание сероводорода несколько ниже – до 3-4 %. Сероводородсодержащие залежи открыты на западном и северо-западном (месторождения Солдатско-Степновское, Комсомольское, Уральское и др.), а также на восточном бортах синеклизы (месторождения Кенкияк, Жанажол, Урихтау и др.) на глубине 1,5-3,0 км.

Источником серы для сероводорода в газах Прикаспийской впадины являются сульфатоносные бассейны, широкое развитие которых установлено в Бузулукской впадине и предполагается в Прикаспии на основе геологических разрезов скважин бортовых зон впадины. Накоплению сероводорода и его сохранности способствовали условия зон барьерных и локальных рифов девон-турнейского, визе-башкирского и раннепермского возраста, к которым приурочены месторождения сероводородсодержащих газов. Представляется, что происхождение сероводорода Прикаспийской впадины связано с различными термокаталитическими процессами – разложением сераорганических соединений [4 ], абиогенной сульфатредукцией (Максимов С.П. и др., 1985), а также взаимодействием элементной серы с водой и УВ, а в более глубоких недрах в центральных частях бассейна – с восстановлением сульфатов водородом в результате конверсии метана в сульфатно-карбонатных толщах (Козлов А.Л., 1978).

Особенностью Прикаспийской впадины является практически полное отсутствие сероводородсодержащих газов в надсолевом мегакомплексе (триас-юрский и мел-палеогеновый НГК), с которым связано около 500 залежей нефти и газа. Мезозойские осадочные бассейны утрачивают ряд особенностей, свойственных палеозойским бассейнам. Увеличивается роль терригенных пород. Сульфатсодержащие породы отсутствуют. Пониженная сульфатность пластовых вод обусловлена также их высокой минерализацией в пределах гидрогеологически закрытых участков (Айзенштадт Г.Е.-А., 1967). Все это неблагоприятно для развития массовой биохимической деятельности и образования сероводорода in situ, а мигрирующий снизу сероводород в основном не сохраняется, проходя через терригенные разности верхнепермских отложений. Однако на фоне отсутствия сероводорода в составе газа надсолевого мегакомплекса обращает на себя внимание повышенное, даже по сравнению с подсолевыми газами, содержание сероводорода в свободном газе из нижнетриасовых терригенных отложений на Бугринском и Воропаевском месторождениях, расположенных на юго-западе внутренней зоны впадины, на склоне Сарпинского прогиба. Наличие на структурах разрывных нарушений с амплитудой сброса до 100 м, повышенные пластовая температура и давление (на Бугринской площади на глубине 2599-2668 м соответственно 92 °С и 28,9 МПа), близость к Астраханскому месторождению – все это позволяет говорить о глубинном происхождении сероводорода из подсолевых отложений и, возможно, о едином источнике газа с сероводородом Астраханского и Бугринского месторождений.

Значительную роль в сохранении или уничтожении (расформировании) сероводорода в газах играют последние этапы существования нефтегазоносного бассейна, включая новейшее время, в частности направленность тектонических движений в сочетании со строением разреза. Так, для большей (в основном западной) части территории Прикаспийской впадины характерны преобладающие опускания в новейшее время, что способствовало генерации сероводорода в жестких термодинамических условиях и его сохранности в недрах. Крупнейшие месторождения сероводородсодержащих газов (Астраханское, Карачаганакское) приурочены к структурам "переходного" типа, по С.К. Горелову и Л.Н. Розанову (1978), характеризующимся пульсирующими движениями. Напротив, территорию восточной части, как и юг Волго-Уральской НГП, отличают преимущественные поднятия в новейшее время, что приводит к изменениям термодинамических и геохимических параметров недр, эмиграции флюидов и частичной деструкции сероводорода в условиях неоднородности вещественного состава отложений.

В северной и северо-западной прибортовых зонах по обрамлению Прикаспийской НГП преобладающие поднятия в новейшее время обеспечивают заполнение рифогенных нижнепермских коллекторов флюидами, в том числе и сернистыми, за счет латерально-вертикальной миграции из внутренних частей бассейна.

Таким образом, на распределение залежей УВ с сероводородом оказывают влияние не только такие факторы, как наличие и расположение в разрезе сульфатоносных толщ, соотношение карбонатных и терригенных коллекторов и др., но и характер тектонических движений, в особенности новейших, обусловливающий специфику распространения и накопления сероводородсодержащих углеводородных газов в различных нефтегазоносных бассейнах и их частях.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Амурский Г.И., Соловьев Н.Н. Происхождение сероводорода и формирование месторождений сероводородсодержащих газов // Закономерности размещения углеводородных газов и сопутствующих им компонентов. - М., 1987. -С. 24-31.
  2. Анисимов Л.А., Потапов А.Г. Геология, разведка и разработка залежей сернистых газов. -М.: Недра, 1983.
  3. Закономерности размещения и условия формирования месторождений газовой серы (на примере Амударьинского бассейна) / М.С. Гуревич, Г.А. Беленицкая, Т.А. Мишнина и др. - Л,: Недра, 1980.
  4. Навроцкий O.K., Сидоров И.Н., Логинова В.Е. Роль органического вещества осадочных пород в генерации сероводорода // Геология нефти и газа. - 1990. - № 8. - С. 31-33.
  5. Панкина Р.Г., Мехтиева В.Л. Происхождение Н2S и СO2 в углеводородных скоплениях // Геология нефти и газа. - 1981. - № 12. -С. 44-48

ABSTRACT

Distribution of sulphureous hydrocarbon pools in the southern part of Volga-Urals syneclise, Pre-Caspian basin by oil and gas complexes (subcomplexes) are reviewed. Maps showing hydrocarbon pools distribution with F^S included as a gas compound of the Devonian-Mul-linsky oil and gas complex, Tournaisian-Vereian subcomplex and Moscovian-Permian oil and gas complex of south Urals-Povolzhie are presented. Three types of territories by occurrence frequency of pools with H2S in major structural units of oil and gas complexes (subcomplexes) characterized by continuous, spotted and sporadic H^S distribution in gas were recognized. Based on occurrence frequency and mathematically calculated most often encountered H2S concentrations in gas, territories with maximum (Buzuluk depression) and minimum (Nizhneye Povolzhie) H2S accumulation over the whole productive horizon were identified. Favourable and unfavourable factors for HaS accumulation (generation and preservation) in these areas responsible for one or another sulphureous gases distribution are considered. From similar positions, HaS accumulation conditions in the Pre-Caspian basin are being considered. It's emphasized that not only the presence and location of sulfatebearing strata in the succession have an effect on hydrocarbon pools with Нг5 distribution as well as relationship between carbonate and terrigenous reservoirs and other factors but also a character of tectonic movements, especially recent ones, responsible for sulphureous gases accumulation and distribution specifics in various oil and gas basins and their parts.

Рис.1. РАЗМЕЩЕНИЕ ЗАЛЕЖЕЙ УВ С СЕРОВОДОРОДОМ В ГАЗЕ НИЖНЕДЕВОН-МУЛЛИНСКОГО НГК (D1-D2gv)

1 - граница надпорядковых структур или структур I порядка; 2 - западная граница солеродного/сульфатоносного бассейна эйфельского возраста; 3 - изогипсы поверхности фундамента, км (по Габриэлянцу Г.А. и др., 1990); 4 - залежи с сероводородом в газе; 5 - распределение залежей с сероводородом в газе по частоте встречаемости в НГК (подкомплексе) а - от 10 до 50 %, б- до 10 %

Рис.2. РАЗМЕЩЕНИЕ ЗАЛЕЖЕЙ УВ С СЕРОВОДОРОДОМ В ГАЗЕ ТУРНЕ-ВЕРЕЙСКОГО ПОДКОМПЛЕКСА (C1t-C2m1)

1 - граница максимального распространения окско-серпуховского сульфатоносного бассейна, 2 - распределение залежей с сероводородом в газе по частоте встречаемости в НГК > 50 %. Остальные усл. обозначения см. на рис. 1

Рис.3. РАЗМЕЩЕНИЕ ЗАЛЕЖЕЙ УВ С СЕРОВОДОРОДОМ В ГАЗЕ МОСКОВСКО-ПЕРМСКОГО НГК (С2m-Р)

1 изогипсы поверхности подсолевых отложений, км (по Габриэлянцу Г.А. и др , 1990), 2 - изотермы кровли подсолевых отложений, °С (по Калинко М. К. и др , 1991), 3 - граница распространения кунгурских солей, 4 - западная граница кунгурских ангидритов (по Чистовскому А. И. , 1988), 5 - восточная граница распространения солей гидрохимической свиты казанского яруса (по Леонову Г. С. , Дубинину В. С. , 1994) Остальные уcл обозначения см на рис 1, 2