Особенности состава пластовых газов больших глубин

Значительные различия в термодинамических условиях недр на больших (свыше 4,5 км) и особенно сверхбольших (более 6,0 км) глубинах срав­нительно с меньшими глубинами предопределяют существенные различия во взаимодействиях пород и флюидов и соответственно масштабов и направленности процессов нефте- и газогенерации, условий миграции и аккумуляции УВ, а также на их фазовом и химическом составах.

С повышением температуры и давления изменяется характер раствори­мости метана и других УВ в пластовых водах, особенно в водах с малой минерализацией — до 50 г/л. Последние становятся агрессивными и более активно взаимодействуют с карбонатами, высвобождая диоксид углерода. Глубже и полнее идет реализация углеводородного потенциала РОВ, теряют устойчивость тяжелые углеводородные соединения и т. д. Все эти факторы предопределяют в конечном итоге накопление на больших глубинах пре-

имущественно метана, часто с ГК, а в карбонатно-сульфатных фациях нередко с повышенными и даже высокими содержаниями кислых газов. Одновременно с этим снижается доля инертных компонентов — азота, аргона, гелия.

Состояние изученности глубоких недр пока еще низкое, особенно глубже 6 км. Поэтому, корректным может быть лишь сопоставление составов пластовых газов наиболее изученных интервалов глубин — 1,0—4,5 км и 4,5—6,0 км. Сравнивая их, можно заметить достаточно четкие различия, заключающиеся в основном в следующем.

1. Суммарное содержание УВ с глубиной становится более стабильным и на больших глубинах обычно превышает 88%.

Содержание гомологов метана в составе углеводородных газов на больших глубинах меняется в широком диапазоне, от сухих со следами ТУ до жирных с содержанием последних до 42%. Высокие концентрации тяжелых гомологов метана, как правило, сопровождают плас­товые газы нефтеносных продуктовых толщ. На больших глубинах преоб­ладают залежи с коэффициентом «сухости» от 20 до 40 и от 160 до 320. Отношение этана, к пропану варьирует от 0,5 до 17,0 (чаще от 2,7 до 8,9), пропана к бутану — от 0,4 до 23,9 (чаще от 1,5 до 3,2). По содержанию и соотношению тяжелых УВ пластовые газы больших глубин в целом мало отличаются от пластовых газов малых глубин.

2. Содержания кислых газов — H₂S и СО₂ — в углеводородных газовых скоплениях на больших глубинах несколько больше, чем на малых, но залежи преимущественно сероводородного или углекислого состава в изученной части разреза больших глубин встречаются не чаще, чем на меньших глубинах.

Пластовым газам малых глубин свойствен более широкий диапазон концентраций азота и гелия. С глубиной содержание последних резко снижается. Основная часть залежей азотного состава выявлена на глубинах до 2 км, на глубинах свыше 4,5 км азотные газовые скопления не уста­новлены.

3. Следует подчеркнуть, что чем жестче термодинамическая обстановка в глубинных недрах, тем резче отличия химического состава пластовых газов больших глубин от малых. А поскольку физические условия в недрах определяются не столько глубинами, сколько тектоноактивностью коры и интенсивностью теплового потока, то разновозрастным геоструктурам свой­ственны различия в характере изменения состава пластовых газов. Рассмотрим эти особенности несколько детальнее, но еще раз подчеркнем, что изу­ченность состава глубинных пластовых газов остается невысокой и ограни­чивается преимущественно интервалом 4,5—5,5 км. Более глубокие залежи крайне малочисленны.

4. В бассейнах древних платформ наибольшей изученностью пластовых газов больших глубин выделяются впадины: Днепровско-Донецкая, Анадарко (Западный Внутренний НГБ), Делавер и Валверде (Пермский НГБ) в США. Среди этих газов в основном преобладают углеводородные газы с суммарным содержанием метана и его гомологов не менее 88%. Исключением являются лишь отдельные залежи с высоким (до 52%) содержанием диоксида углерода в Пермском НГБ (Паккет, Грей-Ранч-Вест и др.).

5. Пластовые газы больших глубин на территории молодых платформ в основном углеводородные. Исключением являются углекислые газы в юрских карбонатах на ограниченной территории штата Миссисипи, связанные с поднятием Джексон. Содержание ТУ варьирует в широком диа­пазоне — от 0,1 до 42%. Соответствующим образом отношение метана к этану меняется от 3 до 936.

6. Пластовые газы больших глубин молодых платформ выделяются отно­сительно высоким содержанием диоксида углерода. Если не учитывать скопления углекислого пластового газа, то содержание СО₂ варьирует преимущественно от 3 до 7%, что в несколько раз выше, чем в пластовых газах древних платформ на тех же глубинах.

Содержание азота в пластовых газах молодых платформ попадает в интервал 0,2 - 14,0% и, как правило, не превышает 2-3%.

7. Гелий присутствует в пластовых газах больших глубин молодых платформ в концентрациях от следов до 0,15%. Значения отношения He-100/N₂ в пластовых газах молодых платформ варьируют преимущественно от 1 до 2, тогда как на территории древних платформ - от 3,5 до 6,0.

8. В НГБ складчатых областей пластовые газы больших глубин делятся по составу на две группы:

-пластовые газы межгорных впадин эпиплатформенного орогена;

-пластовые газы внутренних впадин и прогибов, выполненных мощной толщей кайнозойских отложений.

К первой группе следует относить пластовые газы, обнаруженные на больших глубинах во впадинах Фергана (Узбекистан), Грин-Ривер, Винд-Ривер (США) и Венскол (Австрия). Коллекторами в этих впадинах часто служат карбонаты мезозойского или палеозойского возраста. Роль терригенных коллекторов на больших глубинах незначительна. Пластовые газы больших глубин этих впадин выделяются большой пестротой состава. Среди них присутствуют залежи углекислого состава, большинство которых связано с впадиной Грин-Ривер. Эти пластовые газы иногда содержат много серово­дорода (до 34,9%). Содержание азота и гелия в них варьирует от сЙёдов до 13,6% и от следов до 0,99%, соответственно. Самые высокие парциальные давления гелия (до 1,1 МПа) на больших глубинах обнаружены во впадине Грин-Ривер в карбонатах ордовика на месторождении Тип-Топ. Однако преобладают пластовые газы углеводородного состава. Среди последних встречаются как сухие, с метан-этановым отношением более 160, так и жирные, с этим же отношением менее 40.

Ко второй группе следует отнести пластовые газы кайнозойских кол­лекторов желоба Галф-Кост и Южно-Каспийской впадины. Коллекторы этих газов связаны с мощными толщами терригенных осадков. Карбонатные коллекторы отсутствуют. Пластовые газы больших глубин этой группы выделяются относительной однородностью состава. Все они углеводородные. Содержание диоксида углерода, как правило, не превышает 5% и харак­теризуется значениями 1—3%. Содержание азота не превышает 1%. Кон­центрации гелия измеряются тысячными долями процента. Содержание метана и его гомологов превышает 90%. Концентрация тяжелых УВ, как правило, превышает 4%. Значение отношения метана к этану обычно не превышает 50, чаще всего варьирует от 10 до 40.

Контрольные вопросы:

1. Основные состояния нахождения газов в подземной атмосфере.

2. Дайте определение, какой газ называется диспергированным?

3. Что представляют собой гидраты?

4. При каких условиях нормальный бутан образует гидрат?

5. Для какого интервала концентраций разведанные запасы этана превышают 50%

6. Напишите общую формулу предельных УВ в составе газа.

7. Ниже какой глубины состояние изученности недр предельно мало?