авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Формирование скоплений природного газа и газовых гидратов в криолитозоне

-- [ Страница 3 ] --

Отсюда можно сделать вывод, что массоперенос в дисперсных отложениях имеет сложный характер и зависит от дисперсности, однородности грунта и содержания глинистых частиц. Миграция влаги происходит, по-видимо­му, в пленочном и, возможно, паровом видах по направлению к местам активного гидратонакопления. В результате массообменных процессов, вызванных гидратообразованием, в дисперсных грунтах возникают различные гидратные фор­мы, внешне похожие на криотекстуры в мерзлых породах. Существенное отличие гидратных текстур от криотекстур в мерзлых породах состояло в том, что наибольшее разнообразие гидратных текстур наблюдалось в круп­нозернистых песках, а в тонкозернистых песках и более высокодисперсных грунтах отмечалась лишь мас­сивная гидратная текстура. Для криотекстур наибольшее разнообразие ти­пов отмечается в наиболее высокодисперсных грунтах: тяжелых супе­сях, суглинках, глинах.

При гидратообразовании в исследованных образцах грунта наблюдалось пучение, величина которого превышала значение деформаций при замораживании аналогичных образцов в отсутствии гидратообразования. Это подтверждалось и данными микроструктурных исследований. Микростроение гидратосодержащих образцов грунта по сравнению со льдосодержащими отличалось большей неоднородностью (наличие деформированных пор и распученных участков), при этом значение плотности скелета грунта также было на 10-20 % ниже в гидратосодержащих образцах.

С учетом эффекта самоконсервации газовых гидратов при отрицательных температурах проведено изучение строения и некоторых свойств мерзлых искусственно гидратонасыщенных образцов дисперсных пород, приготовленных из керна пород криолитозоны на Ямбургском и Бованенковском газоконденсатных месторождениях Западной Сибири.

Первые опыты с образцами песчаных и глинистых пород нарушенного сложения из криолитозоны Ямбургского ГКМ показали, что влияние минеральной поверхности на условия гидратообразования и процессы при гидратообразовании в естественных кернах и искусственно приготовленных моделях этих кернов не должны значительно различаться.

На территории Бованенковского ГКМ газопроявления из мно­голетнемерзлых пород имеют достаточно широкое распространение как в плане, так и в разрезе и встречаются в интервалах глубин от 20 - 30 до 130 м.

Статистический анализ имеющихся данных показывает, что около 90 % газопроявлений из многолетнемерзлых интервалов приурочено к морским суглинистым отложениям ямальской серии ранне-среднеплейстоценового возраста (m QI-II1-2). К ним также приурочены максимальные замеренные дебиты газа (до 14000 м3/сут). Остальные газопроявления из многолетнемерзлых пород на территории исследования связаны с супесчано-суглинистым морскими отложениями казанцевской свиты (m QIII1). В связи с этим, совместно с Е.М.Чувилиным и Е.В.Перловой в 1995-1999 гг. была проведена серия экспериментальных исследований условий существования гидратов метана в морских нижне-среднеплейстоценовых отложениях северо-западной части п-ва Ямал.

Экспериментальное моделирование условий существования газовых гидратов в дисперсных средах проводилось на наиболее характерных для мерзлой толщи грунтовых разновидностях - полиминеральных тяжелых супесях, легких суглинках и пылеватых глинах. Керны пород отбирались из горизонтов в интервалах зафиксированных газопроявлений в соответствующих скважинах. Для каждой разновидности грунта испытания проводились в естественном (на монолитах) и в нарушенном сложении. Изготавливалось два идентичных образца – один для газонасыщения и последующего гидратообразования, другой, контрольный, помещался с первым в одинаковые температурные условия, но без возможности гидратообразования.

Наибольшее разнообразие криогидратных текстур наблюдалось в супесчаных и глинистых образцах как естественного, так и нарушенного сложения. В супесчаных образцах диаметр гидратных порфиров достигал 0,8 см, а линзы достигали длины до 1 см. Зафиксированы хаотично ориентированные гидратные шлиры мощностью до 0,5 мм и длиной до 2 мм. Кроме того, наблюдались гидратные гнезда диаметром 0,5 - 0,7 см, углубленные в грунт на 2 - 3 мм. При этом газосодержание образцов достигало 3 см3/г.

В глинистых образцах как естественного, так и нарушенного сложения преобладали линзовидные криогидратные текстуры.

Разнообразие криогидратных текстур в глинистых и суглинистых образцах объясняется сегрегационным шлировыделением, структурной изменчивостью естественных грунтов, наличием органических включений. Массоперенос при гидратообразовании мог сформировать гидратные включения, поэтому в природе можно ожидать неравномерное гидратонасыщение одного и того же коллектора.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что в исследованных супесчано-суглинистых отложениях ямальской серии ранне-среднеплейстоценового возраста газовые гидраты метана не только могут образовываться, но и накапливаться в значительных количествах с образованием характерных текстур. При этом некоторые различия в составе и строении пород слабо отражаются на термобарических условиях стабильности газовых гидратов. Это, по-видимому, связано с литологической общностью пород в пределах толщи - близость минерального и гранулометрического составов, насыщенность органическим материалом, близкий тип засоления и т.д.

Проведенные эксперименты подтвердили теоретическую возможность существования гидрата метана и других углеводородных газов по всему разрезу криолитозоны, где есть мерзлые породы. Причем до глубин 270 м гидраты могут находиться в метастабильном, законсервироваванном состоянии, а с глубин 270 м и ниже (при пресных подземных водах) – уже в стабильном, равновесном. Экспериментальное изучение возможности гидратонакопления в консолидированных грунтах различной дисперсности показало, что накопление поровых гидратов возможно в песках и легких супесях. В уплотненных более дисперсных породах (тяжелые супеси, суглинки и глины) формирование и существование гидратов возможны только в полостях (трещинах, кавернах), где есть контакт газа, воды и соответствующие температуры и давления.

Были сформулированы основные критерии поиска внутримерзлотных гидратных скоплений:

  • Гидратные скопления могут быть встречены по всему разрезу криолитозоны.
  • Они должны быть в проницаемых для природного газа и воды песчаных и супесчаных породах, а также могут быть встречены в более дисперсных породах, имеющих полости.
  • Скопления природного газа и газовых гидратов должны находиться в ассоциации, но пропорция свободный газ/газогидрат может быть очень разной.

Помимо поисковых признаков, лабораторное моделирование позволило разработать полевую методику извлечения гидратосодержащих кернов с применением стандартного бурового оборудования. Основное правило – буровой раствор должен быть охлажден до температуры +2-+4оС, а подъем керна должен осуществляться с максимальной скоростью. Тогда законсервировавшиеся в мерзлых породах гидраты не успевают разлагаться.

Было доказано, что полученные методики определения гидратосодержания мерзлых грунтов, разработанные для лабораторных образцов, вполне применимы для реальных мерзлых кернов.

В четвертой главе приведены результаты полевых исследований внутримерзлотных скоплений природного газа и газогидратов на Ямбургском ГКМ и Бованенковском НГКМ на севере Западной Сибири.

Из криолитозоны на Ямбургского ГКМ неоднократно фиксировались газопроявления при бурении разведочных и эксплуатационных скважин, приуроченные к интервалам залегания четвертичных отложений. При первичном анализе известных газопроявлений было отмечено, что газопроявления встречаются достаточно часто, они приурочены к разным глубинам в пределах верхних слоев криолитозоны и отличаются различным характером, что говорит об их разобщенности.

С целью изучения мерзлотных характеристик разреза криолитозоны на Ямбургском ГКМ в 1987 г. Трестом инженерно-геологических и мерзлотных изысканий (г.Новый Уренгой) была пробурена мерзлотно-параметрическая скважина ПС-2 на глубину до 150 м с отбором мерзлого керна ненарушенного сложения. Образцы керна в мерзлом состоянии в термосумке самолетом были доставлены во ВНИИГАЗ, где автором проводились определения стандартных свойств мерзлых грунтов. При этом, одновременно, были проведены определения гидратосодержания ряда кернов по методике, разработанной для определения гидратосодержания искусственных образцов грунтов.

Месторасположение исследованной скважины – верховье р. Яра-Яха, в районе УКПГ-2, в пределах верхнечетвертичной (казанцевской) прибрежно-морской равнины с абсолютными отметками поверхности 37-38 м. В геологическом строении территории в соответствии с принятой стратиграфической схемой антропогена Западной Сибири принимают участие верхнечетвертичные отложения казанцевской свиты морского и прибрежно-морского генезиса мощностью 30 м, представленные разнозернистыми, в основном мелкозернистыми кварцевыми песками серого цвета с включениями древесных остатков и темноцветных минералов.

На привезенных во ВНИИГАЗ образцах мерзлого керна из этой скважины были проведены определения водно-физических свойств пород по известным мерзлотным методикам. Наиболее важным параметром для дальнейших определений наличия гидратов являлись пористость, влажность и плотность мерзлого образца. После проведения стандартных определений, кусочки мерзлых кернов из разных глубин были оттаяны в керосине для визуального определения наличия в них газа. В итоге из образцов, отобранных с глубины 71 м (легкая супесь) и с глубин 108-118 м (пылеватые супесь и песок) были зафиксированы цепочечные выделения газа с плотностью, приблизительно, 1 выделение на 3 см2 поверхности кусочка керна. Цепочки состояли из пузырьков диаметром до 1 мм. Длительность одного выделения достигала 2-3 минут.

Сопоставление величины свободного порового объема и удельного газосодержания в исследованных образцах показало, что объем газа, выделившийся при оттаивании, многократно превышает свободный поровый объем, способный удерживать газ в свободном состоянии. При этом без оттаивания образца выделения газа зафиксировано не было. Эти факты однозначно указывают на присутствие в порах исследованных кернов рассеянных газогидратов. Причем, учитывая глубину, с которой были отобраны керны, гидраты, скорее всего, являются реликтовыми – т.е. сформировавшимися в древние эпохи в ходе или после промерзания разреза и сохранившиеся до настоящего времени в метастабильном, законсервировавшимся состоянии благодаря эффекту самоконсервации. Чтобы узнать, какой газ образует гидраты в криолитозоне на территории Ямбургского,ГКМ были отобраны пробы газа из внутримерзлотных газопроявлений и проведены испытания на газовом хроматографе во ВНИИГАЗе.

Анализ химического состава газа из газопроявлений на соседних скважинах показал, что газ в данных интервалах представлен биохимическим метаном (91-92%) с примесью азота (8-9%).

Таким образом, в керне мерзлотно-параметрической скважины на Ямбургском ГКМ впервые было определено наличие природных гидратов в интервале криолитозоны выше зоны стабильности газогидратов. Эти гидраты были названы реликтовыми, из-за того, что они были сформированы в прошлые эпохи и перешли в метастабильное состояние вследствие эффекта самоконсервации, действующего в интервале криолитозоны. Кроме того, было показано, что газ внутримерзлотных газовых и газогидратных скоплений, скорее всего имеет местный биохимический генезис и не связан с возможным подтоком углеводородного газа из подмерзлотных продуктивных горизонтов.

Наиболее подробное исследование внутримерзлотных газовых и газогидратных скоплений было предпринято в 1995-1997 гг. совместно с учеными МГУ им. Ломоносова (Чувилин Е.М., Перлова Е.В.) на мерзлотно-параметрических скважинах, пробуренных НТФ «Криос» с отбором мерзлого керна на территории южной части Бованенковского ГКМ (п-ов Ямал). Был проанализирован мерзлый керн более чем из 20 скважин, отобраны образцы газа из газопроявлений из интервалов криолитозоны непосредственно на скважинах и проанализированы в лаборатории, обработаны данные по испытаниям газопроявляющих пластов криолитозоны.

Основанием разреза криолитозоны являются морские палеоцен-эоценовые отложения называевской серии (m P1-2), мощность которых колеблется около 250 м. Фактически повсеместно называевская серия четко делится на две толщи. Верхняя, мощностью от 44 до 80 м представлена серыми и темно-серыми суглинками с включениями гравия, гальки (до 5 % от объема породы) и остатков фауны, с тонкими прослоями песка (мощностью до 2 мм). Иногда с глубины порядка 250 м верхняя толща содержит переслаивание темно-серого опесчаненного суглинка и пылеватого песка с мощностью прослоев до нескольких метров. Нижняя толща представлена темно-серой до черной глиной с многочисленными остатками морской фауны и присыпками пылеватого песка. Глина имеет оскольчатую или пластинчатую структуру и чаще полутвердую консистенцию.

Выше повсеместно залегают нижне-среднеплейстоценовые морские отложения ямальской серии (m QI-II1 - 2), мощность которых колеблется от 120 м в пределах III морской террасы до 200 м на пойме. Можно выделить два типа разреза ямальской серии на территории месторождения. В большинстве скважин отложения ямальского возраста представлены по всей мощности серии серым суглинком с тонкими (мощностью 1 - 2 мм, редко до 1 см) прослоями песка пылеватого светло-серого, с черными углистыми пятнами. Реже можно зафиксировать несколько иной разрез пород ямальского возраста, где нижние 80 м сложены темно-серой глиной со слабовыраженными углистыми включениями, а на ней залегает суглинок, аналогичный вышеописанному, мощностью около 80 м.

Выше залегают регионально распространенные морские отложения казанцевской свиты верхнеплейстоценового возраста (m QIII1). Их мощность изменяется от 25 до 30 м как на пойме, так и в пределах III морской террасы. В целом казанцевские отложения представлены слоистыми толщами, сложенными в основном серыми пылеватыми песками, а также темно-серыми суглинками с черными углистыми включениями (10 - 20 % от объема грунта), глинами темно-серыми с прослоями песка и черными примазками органического вещества. В целом, в большинстве пойменных скважин около 2/3 всей мощности, а нередко и полная мощность казанцевских отложений представлены пылеватыми оторфованными песками, а прочие литологические разности занимают явно подчиненное положение.

В разрезе III морской террасы присутствуют верхнеплейстоценовые морские отложения (m QIII2-3) мощностью около 30 м. В основном этот вид отложений III-ей морской террасы представлен серыми слабоожелезненными глинами с редкими голубыми примазками вивианита.

Повсеместно в пределах пойм р.Се-Яха и Морды-Яха на исследуемой территории распространены голоценовые аллювиальные отложения (al QIV), представленные преимущественно оторфованными серыми и коричнево-серыми суглинками, иногда с прослоями песка. Мощность отложений около 15 м.

Внезапные газопроявления различной интенсивности из интервала криолитозоны начали отмечаться на Бованенковском ГКМ с самого начала разведочного и инженерно-геологического бурения еще в начале 80-х годов прошлого века. К сожалению, в то время основным фактологическим материалом для изучения газопроявлений были записи в делах скважин, результаты визуальных обследований аварийных скважин и устные свидетельства буровиков. В результате проведенных работ были сделаны выводы, что газовые скопления в интервале криолитозоны на территории месторождения приурочены к местам подтока глубинного газа к поверхности (разломы, сквозные талики) и газ имеет глубинное, катагенетическое происхождение. По данным бурения НТФ «Криос» газопроявления из мно­голетнемерзлых толщ на территории исследования имеют широкое распространение как в плане, так и в разрезе и встречаются в интервалах глубин от 20 - 30 до 130 м (ямальские и казанцевские отложения). Кроме того, малочисленные выбросы газа фиксируются вблизи подошвы многолетнемерзлых пород. Большая часть (около 90 %) газопроявлений из многолетнемерзлых интервалов приурочена к морским суглинистым отложениям ямальского возраста (m QI-II1-2), к ним также приурочены максимальные замеренные дебиты газа (до 14000 м3/сут). Остальные газопроявления из многолетнемерзлых пород на территории исследования связаны с супесчано-суглинистыми морскими отложениями казанцевской свиты (m QIII1). В отложениях этого возраста газопроявления в основном фиксировались в процессе бурения скважин на глубинах порядка 30 м в виде разгазирования промывочной жидкости и сильного запаха газа. По имеющимся данным дебиты газа из мерзлой казанцевской толщи невелики, максимальный стабилизированный расход газа не превышает 100 м3/сут.

Таким образом, исследования газопроявлений, проведенные НТФ «Криос» подтвердили более ранние данные, полученные при разведочном бурении, о широком распространении внутримерзлотных газовых скоплений в интервале криолитозоны Бованенковского ГКМ. Однако, вопросы о наличии газовых гидратов в мерзлых породах, а также о происхождении газа в этих скоплениях пока оставались открытыми.

Для ответа на эти вопросы были поставлены специальные исследования мерзлого керна ненарушенного сложения из интервалов газопроявлений и изотопного и компонентного состава газа из газопроявлений. Для этого керн, отобранный на скважинах НТФ «Криос», упаковывался в термоящик и самолетом транспортировался в Москву, где в сотрудничестве с учеными МГУ им. Ломоносова Е.М.Чувилиным, Е.В.Перловой, Н.А.Махониной и Е.В.Козловой проводилось их исследование по методике определения гидратосодержания по газосодержанию при оттаивании, примененной ранее для искусственных гидратосодержащих образцов и образцов керна, отобранного на Ямбургском ГКМ.

Для отобранных кернов мерзлых пород были также сделаны дополнительно определения некоторых свойств, включая пределы пластичности, общую засоленность, содержание органики, содержание незамерзшей воды.

Исследованные керны мерзлых пород имели преимущественно супесчано-суглинистый состав. Для более дисперсных суглинистых разновидностей характерно повышение засоленности до 0,6-0,9%. Образцы керна, сложенные более дисперсным материалом характеризуются также и повышенным содержанием органики до 0,04-0,05. Результаты специального опробования образцов на газосодержание представлены в таблице 1. Данные исследования выполнялись в лабораторных условиях при оттаивании образцов керна в газоотборнике. Это позволило определить удельное газосодержание образцов, а также проследить за динамикой газовыделений. В целом, экспериментальные данные свидетельствуют, что в исследуемых образцах отмечается незначительное газовыделение, вследствие высокой степени заполнения порового пространства льдом-цементом. Тем не менее, прослеживается тенденция повышения газосодержания в образцах, отобранных вблизи зон, в которых при бурении отмечались газопроявления. В том числе и в прослоях суглинистого состава, где отмечались мелкие (0,5-1 см) каверны и пустоты в керне.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.