Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПОИСКОВ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ И ГАЗА

Изобретение относится к геологоразведочным работам, в частности к геохимическим поискам залежей нефти и газа, и может быть использовано при прогнозировании нефтегазоносности локальных структур и картирования контуров горизонтальных проекций залежей углеводородов в зимнее время и в условиях северных районов до постановки глубокого бурения. На значительной части Российской Федерации продолжительность залегания устойчивого снежного покрова составляет более 100 дней, а в пределах Сибирского региона в связи с высокой заболоченностью территорий нефтепоисковые геофизические и геохимические работы в основном осуществляются в зимний период.

Известен способ обнаружения месторождений нефти и газа сущность которого заключается в том, что на точках опробования из почвенных горизонтов А1 и С отбираются пробы почвы, после высушивания проб на воздухе из них с применением селективных растворителей производят экстракцию элементов-индикаторов углеводородных залежей, связанных для горизонта А1 с органическими соединениями почвы и железо-марганцевыми соединениями для горизонта С. На этих же точках опробования в естественном залегании с помощью электроприемников (сосуды, заполненные раствором кислоты, отделенной от почвы полупроницаемой мембраной, и соединенные с источником постоянного электрического тока) под действием постоянного электрического тока в течение заданного промежутка времени производится экстракция электроподвижных форм нахождения химических элементов, после чего кислота направляется на химический анализ. Затем оконтуривают площади, в пределах которых совмещаются участки с аномально высокими концентрациями всех выбранных элементов-индикаторов, выделенные для всех экстрактов, и по положению таких площадей определяют границы нефтегазоносных провинций, областей, месторождений или отдельных залежей в зависимости от масштаба опробования [Пат. РФ 2097796, Бюл. №33, 27.11.1997]. Недостатками этого способа являются трудоемкость и большие материальные затраты связанные с необходимостью длительного присутствия на точках опробования при экстракции химических элементов, не учитывается литологический состав опробования (глинистые и суглинистые почвы обладают более высокой сорбционной способностью по сравнению с супесчаными и песчаными почвами), необходимость бурения скважин для отбора проб горных пород в условиях болотных ландшафтов, повышенные сложности экстракции электроподвижных форм нахождения в естественном залегании в условиях отрицательных температур при проведении полевых работ в зимний период в связи с заторможенностью электрохимических процессов.

Известен геохимический способ поисков месторождений полезных ископаемых, а также тектонических, антропогенных и других структурно-вещественных неоднородностей геосферы, который предусматривает прокачку воздуха надповерхносной атмосферы через пробоотборник, сбор в графитовую кювету полученных из прокаченного воздуха частиц размером не более 0.05 мкм, определение содержаний элементов, по изменению концентраций которых судят о природе и наличии искомых неоднородностей [Пат. РФ 2226282, Бюл. №9, 27.03.2004]. Недостатками этого способа являются возможность значительного смещения атмогеохимических ореолов в результате воздушных течений в надповерхностной атмосфере. Кроме того, интенсивность газовых эманаций из почвы подвержена заметным суточным колебаниям, связанных с изменениями атмосферного давлением, влажности, температуры, сопоставимых по своей амплитуде с величиной полезного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому является способ газовой съемки [А.с. СССР 269514, Бюл. №15, 17.04.1970], заключающийся в отборе проб снежного покрова в герметичные сосуды в конце зимнего периода, затем после таяния снега извлечения в полевой лаборатории свободного воздуха из талой воды и десорбции талой воды термовакуумным способ с дальнейшим определением в полученных газовых смесях микроколичеств углеводородных газов, по полученным значениям концентраций углеводородных газов, превышающими фоновые, оконтуривают площади, перспективные на нефть и газ. К недостаткам этого способа следует отнести, во-первых, необходимость обеспечения герметичности и кратчайшие сроки хранения проб снега, т.к. специальные исследования показали, что пробы, пролежавшие после отбора 2-3 дня, непригодны для поисковых целей из-за их неравномерного (в отношении разных газов) разубоживания [Вышемирский B.C., Шугуров В.Ф. Газовая съемка по снегу на юге Западной Сибири. Геология и геофизика, 1987. №6. С.17-22]; во вторых, необходимость развертывания полевой лаборатории по дегазации проб, что требует материальных затрат по доставке и размещению оборудования; в третьих, в периоды оттепелей происходит деформация кристаллической структуры снега, снижение его сорбционной способности и испарение сорбированных углеводородов, что приводит к снижению контрастности аномальных эффектов [Курчиков А.Р., Белоносов А.Ю., Тимшанов Р.И. Динамика концентраций ароматических углеводородов С₆-C₈ в приповерхностных средах в связи с прямыми геохимическими поисками залежей нефти. Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2010. №4. С.44-48].

Задачей изобретения является повышение эффективности поисков залежей нефти и газа в зимнее время и в условиях северных районов за счет выявления участков миграции химических элементов в составе парогазовых потоков от скоплений углеводородов к дневной поверхности и сорбированных в снеговом покрове.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в отборе проб снега в конце зимнего периода выше поверхности земли на 0.3 м в точках регулярной сети или профилей с шагом 250-2000 м в зависимости от масштаба исследований, таянии снега, определении в снеготалой воде концентраций химических элементов, которые по сравнению с углеводородными компонентами лучше аккумулируются и сохраняются в снеговом покрове, по аномальным значениям содержаний выбранных химических элементов-индикаторов, оконтуривание площадей и зон, перспективных на выявление месторождений нефти и газа.

Химический состав снега формируется в результате нескольких процессов: во-первых, во время образования снежинок вокруг центров кристаллизации (пылинок, капель и т.п.) в облаке и при прохождении снежинок сквозь атмосферу и сорбции примесей; во-вторых, в результате поступления загрязняющих веществ из воздуха (аэрозоли, пылевидные частицы, золы, дымы, выхлопные газы, при извержении вулканов и другие специфические процессы); в-третьих, поступление веществ из недр, через горные породы, почвы, водоемы и льды [Кренделев Ф.П., Бордонский Г.С. Геохимические и дистанционные поиски в зимний период. Сб. статьей. Геохимические критерии прогнозной оценки оруденения. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние. 1990. С.9-15]. Первые два источника поступления компонентов в снег ответственны за формирование региональных геохимических характеристик снегового покрова. Аномальные отклонения от регионального геохимического фона, главным образом, обусловлены эндогенным поступлением химических элементов от геологических неоднородностей (месторождения полезных ископаемых, зоны повышенной проницаемости разреза, сопряженные с элементами разрывной тектоники) и локальным техногенным загрязнением от объектов хозяйственной деятельности человека. Наличие техногенных аномалий в пределах территорий интенсивного освоения является существенной проблемой при геохимических поисках месторождений полезных ископаемых, их распознавание осуществляется на основе компонентов-индикаторов, характерных для загрязнения атмосферы теми или иными типами промышленного, сельскохозяйственного, горнодобывающего и т.п. производства.

Приконтурные воды углеводородных месторождений обогащены целым рядом стабильных химических элементов. Так для водоносных комплексов нефте-газопродуктивных горизонтов Западной Сибири при приближении к залежам отмечается интенсивный локальный эффект комплексного геохимического воздействия на вмещающие горные породы и воды, сопровождающийся перераспределением в них макро- и микрокомпонентов. В частности происходит резкое увеличение содержания V, Ni, Co, Cu, Mo, Ga, Li, La, Nb, Y, Yb, Sc, Ge в водах нефтегазоводяных контактов [Назаров А.Д. Нефтегазовая гидрогеохимия юго-восточной части Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. - М.: Идея-Пресс. 2004. 288 с.]. Парогазовые смеси углеводородных месторождений по сравнению с пластовыми водами характеризуются существенно более высоким содержанием комплексных ионов и многих металлов [Петренко В.И., Зленко В.Я., Петренко Н.В. К вопросу о геолого-физической и геохимической роли водяного пара природных парогазовых смесей в месторождениях углеводородов и в земной коре. Вестник Северо-Кавказкого государственного технического университета. 2007. №4. С.81-85]. Установлено явление субвертикальной миграции химических элементов от нефтяных, газовых залежей к дневной поверхности в составе газовых пузырьков (преимущественно H₂, N₂, CH₄) в виде ионов, металлоорганических соединений и сверхтонких частиц, приводящих к формированию в приповерхностных средах ореолов подвижных форм химических элементов. При этом залежи углеводородов служат дополнительным источником пузырьков газа, а захвату подвижных форм металлов (Ni, V, Co, Cu, Zn, Mn и др.) способствуют высокие содержания поверхностно активных веществ [Путиков О.Ф., Вешев С.А., Ворошилов Н.А. и др. Струйные ореолы рассеяния тяжелых металлов нефтегазовых месторождений и их использование при оценке параметров залежей. Докл. РАН. 2000. Т.370. №5. С.668-671].

Снежный покров представляет собой более однородную в геохимическом отношении среду, чем воздух, поверхностные воды, растительность, почвы, осадочные породы. Все компоненты в снеге аллохтонные, современны, как и сам снежный покров. Снежный покров обладает хорошими экранирующими и сорбционными свойствами и концентрирует в себе компоненты, поступающие с эндогенными парогазовыми потоками [Вышемирский B.C., Шугуров В.Ф. Газовая съемка по снегу на юге Западной Сибири. Геология и геофизика. 1987. №6. С.17-22].

Относительно длительный временной промежуток накопления полезного сигнала в снеговом покрове способствует нивелированию суточных колебаний интенсивности почвенных эманации.

Высота отбора проб 0.3 м от поверхности земли выбрана по двум причинам: во-первых, чтобы исключить попадание в пробу снега из приповерхностного слоя, загрязненного при ветровой эрозии обнаженных участков почв в период начала образования снежного покрова, как следствие анализируются легкоподвижные компоненты, привнесенные в снег с эндогенной парогазовой смесью, несущей полезный сигнал от залежей углеводородов; во-вторых, как показали опытно-методические работы по снеговой газовой съемки, контрастность геохимических аномалий с удалением от поверхности земли резко снижается [Вышемирский B.C., Шугуров В.Ф. Газовая съемка по снегу на юге Западной Сибири. Геология и геофизика. 1987. №6. С.17-22].

Объем пробы снега должен обеспечивать получение необходимого для проведения анализа количества талой воды.

Для предотвращения сорбции химических элементов на стенках сосудах вовремя хранения проб талой воды они консервируются по методике, рекомендуемой для используемого метода анализа, затем по мере возможности передаются в лабораторию для определения содержания химических элементов.

Повышение эффективности предлагаемого способа по сравнению с прототипом достигается за счет следующих факторов.

1. Увеличение достоверности и информативности способа. Химические и металлоорганические соединения металлов обладают большими размерами молекул, чем газообразные и парообразные углеводородные газы и лучше удерживаются в снеговом покрове. Высокоподвижные токсичные химические элементы по сравнению с углеводородными соединениями хуже усваиваются микроорганизмами, что не приводит к критическому снижению их содержания в результате биологического поглощения. Как следствие, не происходит снижения контрастности аномальных эффектов, и поля концентраций химических элементов в снеговом покрове обладают большей дифференцированностью.

2. Снижение трудоемкости и материальных затрат. По сравнению с прототипом пробы талой воды не столь требовательны к срокам и условиям хранения, нет необходимости в специальном лабораторном оборудовании для десорбции талой воды, помещении для размещения лабораторного оборудования в полевых условиях, его энергоснабжения и обслуживающего персонала.

Таким образом, в предложенном способе благодаря анализу содержания химических элементов в талой воде проб снегового покрова увеличены достоверность, информативность и экономичность геохимического способа поисков месторождений нефти и газа.

На фиг.1 представлен характер изменения содержания Al, Co, Cu, Se, Cd, I, Hg, Pb, U в пробах снегового покрова по профилю исследований.

В таблице 1 представлены значения коэффициентов вариации углеводородных компонентов и химических элементов в пробах снегового покрова и почвообразующих пород.

По геохимическому профилю через Новониколаевский нефтегазоперспективный участок в Томской области на юго-востоке Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции в середине марта месяца на высоте 0.3 м от поверхности земли отобраны пробы снега. Снег отбирался в стеклянные сосуды емкостью 10^-3 м³, что при таянии проб позволяло получать 150-200^-4 м³ воды, т.е. объем, достаточный для определения элементного состава масс-спектральным анализом с индуктивно связанной плазмой. Образцы талой воды помещались в контейнеры из полиэтилена низкого давления, куда для консервации растворенных компонентов добавлялся реактив (65% HNO₃+4% K₂Cr₂O₇) и затем плотно закрывали крышками. Измерение концентраций 30 химических элементов в талой воде осуществлялось масс-спектральным анализом с индуктивно связанной плазмой [Свидетельство об аттестации методики количественного химического анализа №480-Х «Методика определения элементного состава природных и питьевых вод методом ICP-MS». - М.: Изд-во ВИМС МПР РФ, 2002 - 5 с.]. После получения результатов анализа строились графики распределения химических элементов, характеризующихся высокой степенью изменчивости их концентраций. По стандартной методике рассчитывалось минимальное аномальное значение и по его превышению выделялись участки, перспективные на нефть и газ [Григорян С.В., Соловов А.П., Кузин М.Ф. Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений. - М.: Недра, 1983. - 191 с.]. На фиг.1 представлен график изменения концентраций химических элементов в пробах снегового покрова, отобранных по профилю на Новониколаевской нефтегазоперспективной площади. Аномалии содержания химических элементов проявили зоны водоуглеводородных контактов и позволили определить горизонтальную проекцию углеводородных залежей.

В таблице 1 приведены значения безразмерной величины степени изменчивости содержания компонентов - коэффициента вариации (V), характеризующего степень дифференцированности геохимического поля.

V=(σ/X_cp.)×100%,

где σ - среднеквадратическое (стандартное) отклонение содержания химического элемента;

Х_ср. - среднее арифметическое содержание химических элементов.

Коэффициенты вариации рассчитаны по содержаниям углеводородных компонентов и химических элементов, полученных в результате полевых гамма-спектрометрических измерений и лабораторных испытаний проб почвообразующих пород и снега, отобранных на одних и тех же точках по выше упоминаемому профилю через Новониколавеский нефтегазоперспективный участок. Содержание углеводородных компонентов в снеге определялось методом газовой хроматографии в газовой смеси, десорбированной из талой воды образцов снега методом термовакуумной дегазации. Концентрации химических элементов в почвообразующих породах изучались эмиссионным спектральным полуколичественным анализом, ²¹⁰Ро и ²¹⁰Pb альфа-бета-радиометрическим анализом с предварительным радиогеохимическим выделением, ⁴⁰K, ²³⁸U (по ²²⁶Ra) и ²³²Th методом полевой гамма-спектрометрии. Определение содержания химических элементов в талой воде осуществлялось масс-спектральным анализом с индуктивно связанной плазмой. По степени неоднородности геохимическое поле характеризуется как дифференцированное (V=70-100%) для C₃H₆, C₄H₁₀, C₇H₁₆, Na, V, Zn, As, Th и, как, сильнодифференцированное (V>100%) для Al, Co, Cu, Se, Cd, I, Hg, Pb, U, определенных только в снеговом покрове. Максимальные вариации значений концентраций принадлежат химическим элементам, определенным в талой воде образцов снега.