Файл: Макогон, Ю. Ф. Гидраты природных газов.pdf

Анализируя данные, приведенные в табл. 21, можно сделать сле­ дующие выводы.

1. С уменьшением среднего эффективного радиуса капилляра влияние пористой среды на условия начала гидратообразования воз­ растает.

2. С повышением давления влияние пористой среды на условия, начала образования гидратов понижается.

Можно предположить, что в каждой реальной залежи всегда найдется микрозона, характеризующаяся свободными порами, ра­ диус которых на одни-два порядка выше среднего радиуса пор в за­ лежи. Эти зоны являются центрами начала образования гидратов, от которых зона гидратообразования распространяется на всю часть залежи, которая характеризуется наличием соответствующих термодинамических условий.

Если соблюдается условие рг < р,„, то переход газовой залежи в газогидратную происходит в условиях образования гидрата при свободном контакте газ — вода. Если же рг > р т , то даже при нали­ чии центров кристаллизации, образованных в макропорах, переход газовой залежи в газогидратную будет происходить при термодина­ мических условиях залежи, соответствующих величине упругости паров.

Таким образом, при рг ^ р,„ зоны распространения газогидратных залежей можно определять из условия их формирования при термодинамических условиях, соответствующих образованию гидра­

Переход природных газов в гидрат возможен при пластовых температурах и давлениях, соответствующих равновесным условиям образования гидратов в пористой среде. Анализ термодинамических условий в разрезе осадочного чехла материков показал, что на зна- ,, чптельной части суши зоны гидратообразования (ЗГО) приурочены в основном к районам распространения мпоголетнемерзлых породг хотя в региональном плане их контуры значительно выходят за

суши на планете.

На Аляске многолетняя мерзлота занимает 75 %, а в Канаде63 % их общей территории.

ВСССР «вечная мерзлота» распространена на площади около'

10.6млн. км2, что составляет более 47 % территории страны.

115

Глубина промерзания горных пород достигает 500—700 м, а в от­ дельных районах превышает 1000 м; так, бурением Мархинской опор­ ной скважины на северо-западе Якутии были выявлены нулевые температуры в породах на глубине до 1400 м.

На территории Канады и Аляски мощность многолетпемерзлых пород достигает 700 м и более.

Большая мощность криолитозоны и пониженная температура в разрезе, связанная с образованием мерзлоты, при наличии угле­ водородных газов создают благоприятные условия для образования скоплений природного газа в твердой фазе — газогидратных залежей.

Впервые выделение ЗГО и районирование территории СССР были рассмотрены в работах [19, 22, 25, 31, 38], в которых приведены схемы возможного распространения газогидратных залежей с учетом

Рис. 96. Изменение условии образовании газогидратных заложен в зависимости от термодинамической характеристики разреза

гидростатического изменения пластового давления в разрезе для природного газа относительной плотности 0,6 и фактических пла­ стовых температурах.

Для построения схем строились геотермические профили, а па них наносились равновесные кривые образования гидратов. На рис. 96 приведен график, иллюстрирующий закономерность изменения глу­ бины распространения зоны возможного существования газогидрат­ ных залежей. На данном графике приведены геоизотерма t — 0° С {кривая MN) и другие изотермы. Здесь нанесены равновесные кри­ вые гидратообразования метана и природных газов относительной плотности 0,6 и 0,8. Как видно из приведенных кривых, глубина залегания газогидратных залежей определяется термодинамической характеристикой разреза и составом газа (кроме того, она зависит и от состава пластовых вод). Зона распространения газогидратных залежей выходит далеко за пределы криолитозоны.

в районах Якутии. На рис. 97 дан профиль, построенный по резуль­ татам термометрии разведочных скважин на площадях. Глубина

Ш

залегания многолетнемерзлых пород в этих районах колеблется от 300 до 1400 м, а глубина зоны возможного гпдратообразования достигает 1000—2200 м.

Геотермический профиль залегания газогидратиых залежей по­ строены по фактическим данным термометрии на скважинах.

Построение таких профилей позволяет определить интервалы газогпдратной зоны для каждой конкретной площади и для всего региона в целом. Кроме того, знание характеристики газогпдратной зоны позволяет определить потенциальные радиусы газа и разрабо­ тать конкретные мероприятия по его отбору.

Рис. 97. Фактический профиль распространения зоны залегания газогидрат­ иых залежей в Якутии.

I — изотермы; 2 — нижняя граница образования гидратов; 3 — зона возможного образова­ ния гидратов.

Площади: I — Мариинская; I I — Вшпойская; I I I — Средне-Внлюйская; I V — Бес-Кюель-

сиая; V — Намекая; V I — окрестности Якутии; V I I — Амгннская

Определение зон возможного залегания газогидратиых залежей

изнание их поисковых признаков позволяют вести целенаправлен­ ный поиск и своевременный ввод в эксплуатацию. Большие потен­ циальные запасы природных газов в районах Западной и Восточной Сибири и мощный бассейн пониженных температур поставили задачу изучения термодинамической характеристики этих районов

ипостроения карт районирования зон возможного залегания газо­ гидратиых залежей.

Для построения схемы распространения ЗГО были составлены карты глубин залегания геоизотерм для различных температур. При построении этих схем были использованы результаты мерзлотных и геотермических исследований на территории СССР.

Анализ фактических геоизотерм показывает, что глубины рас­ пространения зоны вечной мерзлоты и геоизотерм подмерзлотиой зоны неравномерны. Отмечается зависимость глубины распростра­ нения зоны вечной мерзлоты и изменения температуры пород под­ мерзлотной зоны от многих факторов, основными из которых явля­ ются климатические и географические условия, гидродинамический режим осадочной толщи пород и рельеф кристаллического фунда­ мента.

вий образования гидратов в пористой среде со свободным контак­ том газ — вода.

Для определения глубины зоны залегания газогидратных зале­ жей в каждом конкретном районе должны учитываться как характе­ ристика пористой среды, так и характеристика флюида, в ней содер­ жащегося. Кроме того, необходимо учитывать условия формирования газогидратиой залежи и изменение термодинамических параметров в период древних оледенений.

Более четверти территории суши нашей планеты имеет термоди­ намический режим на различных глубинах разреза, соответствую­ щий условиям образования гидратов и сформированию газогпдратных залежей.

Мощность зон с соответствующим термодинамическим режимом достигает 500—2000 м на территории материков.

В пределах акватории мировых океанов свыше 90% территории дна характеризуется термодинамическим режимом, соответствующим условиям накопления гидратов газов. Однако мощность зоны суще­ ствования газа в гидратном состоянии в пределах акватории меньше, чем в пределах материков, так как геотермический градиент в при­ донной части океана значительно выше, чем иа материках.

§ 6. Выявленные перспективные площади залегания газогидратных залежей

Может показаться парадоксальным то, что перспективные районы возможного залегания газогидратных залежей составляют более четверти территории суши и практически весь осадочный чехол акватории, а фактически открытых газогидратных залежей еще не­ много. Такое положение можно объяснить несколькими причииамп.

1. Существование газогидратных залежей получило признание только в последние годы.

2.До последнего времени отсутствовали какие бы то ии было методы поисков п разведки газогидратных залежей.

3.Обнаружить газогпдратпую залежь по открытым выходам газа

практически невозможно, даже если оиа находится на небольшой глубине.

4. Чаще всего для выявления газогидратиой залежи: путем вызова притока газа в скважину требуются значительные депрессии па пласт, превышающие депрессии на обычных месторождениях.

В результате экспериментально определенной зависимости термо­ динамических условий образования гидратов в пористой среде и разработанного аналитического метода их определения появилась возможность прогнозировать распространение зои залегания газо­ гидратных залежей иа основе анализа данных баротермометрии и параметров газовмещающих коллекторов.

Разработанный способ электрометрического определения интер­ валов залегания газа в пластах в твердом состоянии позволил выя­ вить ряд перспективных газогидратных залежей на территории суши СССР.

К настоящему времени проведен некоторый анализ условий возможного залегания газогидратных залежей на территории Вос­ точной Сибири [5, 31, 53], Западной Сибири [9, 10, 14, 54] и Орен­ бургской области [27]. В результате этих работ проведена оценка потенциальных возможностей гидратообразовапия на площадях территории Восточной Сибири (табл. 22) и на территории УстьЕнисейской it Хатангской впадин: Джанготская, Мессояхская, Нпжне-Хетская, Чайдахская, Южио-Тпгянская, Сыидаская, СухоТунгусская, Болыпе-Порожская, Южио-Гоясипская.

Следует отметить, что перечисленные в табл. 22 перспективные структуры приурочены к зоне распространения криолитозоны. Однако далеко за ее пределами также могут быть обнаружены мощ­ ные газогидратные залеяш. Например, в Оренбургской области тер­ модинамический режим разведаппого Оренбургского и Совхозного месторождений практически соответствует режиму образования гид­ ратов непосредственно в пластовых условиях. Вероятно, часть газа в этих залежах содержится в гидратном состоянии.

Данные по нахождению газогидратпых залежей за рубежом крайне ограничены. Обнаружены только первые публикации о не­ которых перспективных районах залегания газогидратных залежей на Аляске. В.табл. 23 приведены глубины залегания указанных газогидратных залежей.

148

§ 7. Мессояхское месторождение природного газа, содержащее гидраты в пласте

Из перспективных газогидратных месторождений наиболее раз­ веданным является Мессояхское месторождение, открытое в 1967 г. на северо-востоке Западной Сибирп, в Еиисейско-Хатангском про­ гибе, в 250 км западнее г. Норильска.

Мессояхская структура имеет размеры 12,5 X 19 км по кровле долганской свиты альб-сеиоманского возраста п амплитуду — 84 м. Геологический разрез, вскрытый глубоким разведочным и эксплуа­ тационным бурением, представлен песчано-глинистыми отложениями среднеюрского, нижие- и верхнемелового палеоценового возраста, перекрытых четвертичными осадками.

Выявленная газовая залежь приурочена к верхней части долган­ ской свиты, этаж газоносности равен 76 м. Коэффициент открытой пористости изменяется в пределах 16—38% при средней величине ее 25 %. Остаточная водонасыщенность изменяется в пределах 29— 50 % , средняя — 40 %. Коэффициент проницаемости изменяется в широких пределах — от нескольких миллиардов до нескольких сот мпллидарси.

В связи с относительно неглубоким залеганием продуктивных горизонтов (800—900 м) и наличием зоны многолетней мерзлоты, мощность которой в районе месторождения достигает 450 м, место­ рождение имеет жесткую термодинамическую характеристику: при среднем пластовом давлении 78 кгс/см2 температура в залежи изме­ няется от Ң-8 до +12° С.

На рис. 99 даны термограммы нескольких скважин Мессояхского месторождения, а на рис. 100 приведены осредненные зависи­ мости температуры 1 и давления 2 по разрезу Мессояхского место­ рождения, построенные по результатам фактических измерений.

Для определения интервалов залегания газа в гпдратном состоя­ нии в разрезе Мессояхского месторождения нами экспериментальнобыли определены температуры образования гидратов непосредственно на кернах, отобранных из продуктивных горизонтов при соответст­ вующих влагонасыщеиности и составе газа.

149