Реферат Горное право. ГНГ17-1_Кудрявцева_Реферат (1). Природа гелия в месторождениях углеводородного сырья на Сибирской платформе
 Скачать 0.78 Mb.
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Изотоп | Источник поступления или образования | |
| В литосфере | В атмосфере | |
| He4 | α-изучающий радиоактивный распад Первичный, окклюдированный породами Земли Поступление из космоса вместе с межпланетной пылью, метеоритами и другими космиче- скими телами | Поступление из литосферы Поступление из космоса в виде α-частиц космического излучения Поступление из космоса вместе с межпланетной пылью, метеоритами и другими космическими телами |
| He3 | Радиоактивный распад трития, образующегося при различных нейтронных реакциях в недрах Первичный, окклюдированный породами Земли Поступление из космоса вместе вместе с межпланетной пылью, метеоритами и другими космическими телами | Радиоактивный распад трития, поступающего из космоса и образующегося в атмосфере под воздействием космического излучения Образование при ядерных реакциях под воздействием космической реакции Поступление из космоса вместе вместе с межпланетной пылью, метеоритами и другими космическими телами Поступление из литосферы |
Генетически основная составляющая баланса гелия в литосфере, её осадочном чехле и в природных газах, включая атмосферу, представлена его тяжелым изотопом 4He радиогенного происхождения. Он непрерывно образуется в ходе радиоактивного α- излучения тяжелыми элементами, в основном урано-ториевого ряда. Излучаемая ими α- частица – это ядро атома гелия с двойным положительным зарядом. Проходя через вещество, она взаимодействует с ним и, присоединив к себе два электрона, становится нейтральным атомом гелия - его тяжелым изотопом 4He. В соответствие с законом радиоактивного распада – чем больше элементов α-излучателей в породах и старше их возраст, т.е. чем больше длительность и интенсивность процесса радиораспада, тем больше генерируется в породах тяжелого изотопа гелия. В литосфере в наибольшей мере этим условиям отвечают древнейшие породы преимущественно кислого состава - граниты архея, широко распространенные в фундаменте и, соответственно, в газах осадочного чехла древних платформ, таких как Сибирская платформа.
Легкий изотоп гелия - 3He широко распространен в космическом пространстве. В породах и газах литосферы он резко – на 6-7 порядков – уступает по распространенности 4He и только в газах, поступающих из глубинных геосфер планеты, его отношение несколько возрастает: 3He/ 4He n·10-5 (рис.1).
Рисунок 1 - Изменение изотопного состава гелия в различных природных объектах
Таким образом, генетической основой для прогноза масштабов генерации гелия в литосфере в первую очередь служит:
обогащенность пород литосферы элементами урано-ториевого
ряда;
возраст пород, то есть интенсивность и длительность процесса генерации радиогенного гелия (4He).
Учет только генетического параметра для прогноза гелиеносности природных газов в осадочном чехле недостаточен, поскольку гелий должен не только образоваться в достаточных объемах в породах генераторах, но и мигрируя в осадочном чехле, накопиться в природных газах. Исходя из того, что гелий совершенно инертен в естественных земных условиях, не вступает в недрах ни в какие реакции и соединения и не аккумулируется, то он стремится к рассеянию, а не концентрированию.
Есть и еще факторы, нарушающие процессы накопления гелия в осадочном чехле и природных газах, но уже не связанные с его генезисом и свойствами, а с независимыми от него процессами – масштабами газогенерации, а также тектономагматической активностью недр. Последняя способствует пульсационному высвобождению гелия накопленного в древних кристаллических породах фундамента и его миграции в осадочный чехол, повышая его содержание в природных газах. Интенсивная газогенерация, особенно метана, недавняя по времени, напротив снижает относительное содержание гелия в формирующихся свободных газовых скоплениях.
Но несмотря на некоторую неопределенность прямого прогноза гелиеносности природных газов на основе генетических параметров и свойств гелия, высокая степень изученности его содержания в составе природных газов большей части НГБ мира позволяет достаточно корректно прогнозировать гелиесодержание в отдельных НГБ и НГП, в зависимости от их геотектонической принадлежности и минералогического состава, а также возраста фундамента и осадочного чехла и, соответственно, оценивать его ресурсную базу.
Основной объем планетарных геологических ресурсов гелия находится в древнейших породах фундамента и перекрывающих его газопродуктивных платформенных отложениях позднего протерозоя и палеозоя. В свободных скоплениях углеводородных газов они сосредоточены преимущественно на глубинах менее 3,5 км в континентальных структурах.
Сырьевая база гелия на Сибирской платформе
Сибирская платформа является одной из первых платформ в истории Земли и вполне отвечает понятию «древняя платформа». Главными их признаками являются: архейско-раннепротерозойский возраст фундамента, отсутствие связи между структурным планом фундамента и чехла, перерыв между временем формирования фундамента и чехла в сотни миллионов лет, резкое несогласие структур фундамента и окружающих складчатых поясов.
Открытие высококачественных газогелиевых месторождений в Восточной Сибири началось еще в 60-70-х годах 20 века. В их числе, в первую очередь, Ковыктинское месторождение, специфической особенностью состава газов которого было крайне низкое содержание азота-1,5% и содержание гелия 0,26-0,28%. (Классификация природных газов по гелиеносности представлена в таблице 3.1)
Таблица 3.1 Классификация природных газов по гелиеносности
| Преобладающие интервалы концентрации гелия, % | Гелиесодержание в газах | Преимущественный возраст продуктивных отложений | 3He/4He | Основная геоструктурная приуроченность НГБ |
| <0,005 | Весьма низкое | Кайнозой | 10-7-10-6 | Современные мобильные пояса; разные структурные элементы альпийского поя- |
| | | |||
| 0,005-0,009 | Низкое | | | са и переходных зон, глу- бокие (>5 км) прогибы |
| 0,010-0,049 | Пониженное | Мезозой | 10-7 | Эпигерцинские плиты, реже пограничные зоны древних платформ с областями глубокого прогибания. Шельфовые зоны |
| 0,050-0,099 | Повышенное | Палеозой и протерозой | 10-8 | Древние платформы стабильные и умеренно акти- визированные в ранние эпохи тектогенеза |
| 0,100-1,000 | Высокое | |||
| >1,000 | Очень высокое | Палеозой, реже мезозой | 10-6-10-8 | Резко активизированные участки древних платформ с мезокайнозойской текто- но-магматической деятель- ностью |
В настоящее время на южных окраинах древнейшей Сибирской платформы существует 63 газовых, нефтегазоконденсатных и нефтяных месторождений, из которых 36 находятся в древних толщах (рифей, венд, нижний кембрий) и содержат промышленные концентрации гелия. Среди них месторождения: в Красноярском крае – Юрубчено-Тохомское, Собинское; в Иркутской области – Ковыктинское, Дулисьминское; в Республике Саха (Якутия) – Чаяндинское, Среднеботуобинское, ТасЮряхское, Верхневилючанское с крупнейшими (> 200 млн м3) и даже уникальными (> 2 млрд м3) балансовыми запасами гелия (Полный список газогелиевых месторождений Сибирской платформы и их расположение представлены в таблице 2 и на рис.
3 соответственно.)
Суммарные балансовые запасы гелия составляют примерно 16 млрд м3 с гелиесодержанием, оценивающем в среднем в разных регионах от 0,11 до 0,67%.
Примечание к табл. 2.3. Выжележащая покрышка – соль. Карбонатные продуктивные горизонты: C1 юр – юряхский, С1 ос – осинский, R – гипергенно измененные карбонаты вблизи от эрозионной поверхности рифея. Терригенные продуктивные горизонты: V вил – вилючанский, V вч – верхнечонский, V ван – ванарский, V тал – таллахский, V хам – хамакинский, V бот – ботуобинский, V парф – парфеновский, V яр – ярактинский.
Рисунок 2 - Схема расположения газогелиевых месторождений на юге Восточной Сибири: 1 – Атовское, 2 – Ковыктинское, 3 – Братское, 4 – Марковское, 5 – Ярактинское, 6 – Аянское,
7 – Дулисьминское, 8 – Пилюдинекое, 9 – Даниловское, 10 – Верхнечонское, 11 – Алинское,
12 – Восточно-Талаканское, 13 – Талаканское, 14 – Вакунайское, 15 – Тымпучиканское, 16 – Нижнехамакинскоe, 17 – Чаяндинское, 18 – Среднеботуобинское, 19 – Тас-Юряхское,
20 – Бесюряхское, 21 – Маччобинское, 22 – Мирнинское, 23 – Нелбинское, 24 – Северо- Нелбинское, 25 – Иреляхское, 26 – Станахское, 27 – Иктехское, 28 – Верхневилючанское, 29 – Вилюйско-Джербинское, 30 – Хотого-Мурбайское, 31 – Отраднинское, 32 – Собинское,
33 – Пайгинское, 34 – Куюмбинское, 35 – Юрубчено-Тохомское, 36 – Оморинское
Особо следует отметить то, что промышленные запасы Восточносибирских гелийсодержащих месторождений продолжают пополняться по сей день, поскольку практически их освоение еще не началось. Иными словами, в пределах юга Сибирской платформы выявлена крупнейшая по уже подготовленным к освоению запасам и прогнозируемым ресурсам газогелиевая провинция, которой нет аналогов в пределах всего Евроазиатского континента.
Стратиграфия нефтегазоносных толщ Сибирской платформы
Осадочный чехол в нефтегазоносных областях региона представлен терригенно-карбонатными средне-верхнерифейскими, вендскими, а также терригеннокарбонатно-соленосными кембрийскими породами. Также присутствуют карбонатно-терригенные ордовикские, терригенные силурийские, карбонатно-терригенные, местами галогенные девонские, терригенные (с прослоями углей) каменноугольнопермские, туфогенные и туфогенно-осадочные триасовые, терригенные (с прослоями углей) юрские отложения и породы четвертичного возраста.
Промышленная нефтегазоносность на Сибирской платформе связана с отложениями рифей-венд-кембрийского комплекса.
Рифейская группа
Разделение рифея на три части основано на результатах изучения строматолитов, органических остатков (онколитов и катаграфий) и определения абсолютного возраста.
Нижний рифей
Представлен красноцветными моллассами, залегающими над терригенноэффузивными породами, песчаниками, алевролитами, строматолитовыми доломитами. Мощность отложений до 2500 м.
Средний рифей
Подразделяется на четыре серии, нижняя часть каждой серии сложена терригенными породами, верхняя - карбонатными. Терригенные образования представлены конгломератами, песчаниками, алевролитами, аргиллитами. Карбонатные породы состоят преимущественно из черных и темно-серых известняков, часто водорослевых, с редкими прослоями аргиллитов и доломитов. Мощность среднего рифея 62556600 м.
Верхний рифей
Сложен в нижней части песчаниками и алевролитами (60-200 м) , в средней части (250-600 м) - алевролитами, мергелями, глинами с прослоями известняков, в верхней части (600-1000 м) - водорослевыми известняками и доломитами. Вендская система
Вендская система представлена двумя отделами – нижним и верхним, породы которых характеризуются значительными фациальными вариациями как по площади, так и по разрезу.
Нижний венд
Слагается в основном терригенными отложениями: конгломератами, песчаниками, алевролитами, аргиллитами и известняками. Мощность свит изменяется от 0 до 1300 м.
Верхний венд
Распространен на юге Сибирской платформы в полном или частичном объеме в составе свит, распространенных в разных структурно-фациальных зонах. Нижняя часть верхневендских отложений сложена преимущественно терригенными образованиями: разнозернистыми песчаниками, конгломератами, алевролитами и аргиллитами. Выше залегают доломиты, ангидрито-доломиты, мергели с прослоями аргиллитов, алевролитов, реже песчаников. Мощность отдела колеблется от 165 до 870 м. Палеозойская группа
Кембрийская система
Разрез кембрия представляет собой циклическое переслаивание каменной соли, карбонатных пород с прослоями ангидритов и ангидрито-доломитов с включениями глин. Мощность системы колеблется в широких пределах от 1500 до 3000 м. Нижний кембрий
Слагается свитами и сериями, отличающимися значительной литологофациальной изменчивостью: усольской, бельской, булайской, ангарской, литвинцевской (нижняя часть) и их аналогами. Состоит преимущественно из карбонатных пестроокрашенных пород – известняков, глинистых известняков, доломитов и мергелей.
Средний кембрий
Включает верхнюю часть литвинцевской серии, верхоленскую свиту и их аналоги.
Представлен светло-серыми доломитами и известняками, местами брекчированными и сильно окремненными.
Гелиеносные природные газы Сибирской платформы и вопросы их сохранения
В процессах формирования и сохранения скоплений гелиеносного природного газа на Сибирской платформе существенную роль играют экранирующие породыпокрышки. В пределах изучаемой территории экранирующие формации нефтегазовых залежей имеют глинистый (вилючанский, нижненепский и верхненепский резервуары), глинисто-карбонатный (нижненепский, тирский, нижнеданиловский, среднеданиловский и верхнеданиловский резервуары), галогенно-карбонатный (тирский и верхнеданиловский резервуары), карбонатно-галогенный (усольский, толбачанский, олекминский и наманский резервуары) и терригенно-сульфатнокарбонатный (тирский резервуар) литологический состав.
Наибольший практический интерес представляют галогенно-карбонатные и карбонатно-галогенные экранирующие горизонты. Каменная соль является слабопроницаемой породой для гелия. Об этом свидетельствуют многие ее свойства, такие как пластичность, высокая плотность, низкая гидравлическая проводимость, очень малая пористость, а также низкий коэффициент диффузии гелия.
Аргиллитовые экраны, достаточно эффективные для гораздо более тяжелых углеводородных газов и нефти, вряд ли могут служить надежными гелиевыми флюидоупорами, прежде всего, из-за низкой пластичности в данном регионе и множества субвертикальных тектонических и «интрузивных» нарушений.
Для анализа информации и составления общей картины распространения пластов каменной соли на территории Восточно-Сибирского региона собран фактический материал – результаты геофизических исследований скважин по основным гелийсодержащим месторождениям района. При интерпретации данных ГИС соль выделялась во всем интервале глубин, охваченных геофизическими исследованиями. На каротажных кривых отмечено повсеместное сильное расчленение соленосного интервала на отдельные пропластки соли, чередующиеся с карбонатными и аргиллитными прослоями. Следует отметить, что данные испытаний межсолевых интервалов характеризуют карбонатные прослои с чрезвычайно высокой концентрацией рапных растворов – более 600 г/л. Для упрощения модели пласты и пропластки каменной соли объединялись в крупные пачки.
По каждому изучаемому месторождению были выделены по две-три пачки (рис. 3). Для каждой пачки определялись количественные характеристики: мощность, количество соляных пропластков, суммарная мощность каменной соли, коэффициент эффективности (рис. 4).
Эти характеристики в дальнейшем использовались для определения степени герметичности покрышки в случае использования залегающих ниже пластов для закачки и хранения гелиевого концентрата.
Рисунок 3 - Выделение соленосных пачек в разрезе скв. 141-10 Тас-Юряхского месторождения. Каротаж: АК – акустический; БК – боковой; ГК – гамма; НГК – нейтронный гамма;ДС – кавернометрия
Рисунок 4 - Количественные характеристики юрегинской соленосной пачки в разрезе скважины Тас-Юряхского месторождения: мощность – 181 м; количество соляных пластов – 25 (суммарная мощность – 124 м); максимальная мощность соляного пласта – 19 м; коэффициент эффективности соли – 69 %
Тщательный анализ полученных результатов показал, что самым перспективным соленосным горизонтом в качестве возможного экрана для создания подземного хранилища гелиевого концентрата в Восточно-Сибирском регионе являются соленосные формации усольской свиты кембрийской системы и ее аналога – юрегинской свиты.
Вся кембрийская соленосная формация состоит из чередования пачек каменной соли и пластов, сложенных несолевыми, в основном карбонатными и сульфатными, породами, закономерности изменения состава которых различны. Соленосная пачка усольской свиты и ее аналогов охватывает почти всю территорию Восточной
Сибири. Наибольшая мощность пачки приурочена к району Красноярского края (до
1000 м в Абаканском газовом месторождении). На остальной территории Восточной Сибири мощность соляной пачки варьируется в среднем от 193,6 м (Тас-Юряхское нефтегазоконденсатное месторождение) до 656,3 м (Ковыктинское и Чиканское газоконденсатные местрождения). Состав пачки характеризуется преимущественно развитием каменной соли с множеством пластов несоляных, в основном карбонатных, пород.
По всем рассматриваемым месторождениям составлены корреляционные схемы юрегинской свиты (рис. 5), чтобы проследить распределение пластов каменной соли в пределах месторождения. На основании проведенных исследований региональных и локальных флюидоупоров сделан вывод о достаточной надежности соленосных пачек, перекрывающих пласты-коллекторы.
Рисунок 5 - Корреляционная схема юрегинской соленосной свиты в пределах Тас-Юряхского месторождения
Заключение
Несмотря на высокую степень изученности содержания гелия в составе природных газов на Сибирской платформе и возможность его прогнозирования в зависимости от возраста фундамента и осадочного чехла, геотектонической принадлежности, минералогического состава, остается ряд открытых вопросов природы гелия, таких как:
Глубинная миграция и аккумуляции гелия в газовой среде углеводородных залежей. Учитывая большую разницу молекулярного веса гелия (4,002602(2) г/моль) и метана (16,04 г/моль), непонятно, почему в геологическом периоде времени не происходит сепарации гелия и не формируется метаногелиевый контакт;
Надежность выявленных флюидоупоров не для гелийсодержащих газов, а для гелиевого концентрата (с содержанием гелия до 20–40 %);
Вопрос о месте обогащения углеводородных газов гелием: непосредственно в ловушке, в процессе вертикальной миграции или в зонах образования?
Список литературы
Якуцени В.П. Сырьевая база гелия в мире и перспективы развития гелиевой промышленности // ФГУП «ВНИГРИ», 2017 с.1-4
Якуцени В.П. Геология гелия. – Л.: Л.О. Недра, 1968.- с.43-44
Франчук А.А. Геолого-геофизические характеристики солесодержащих флюидоупоров Сибирской платформы / Коротков С.Б., Семёнова Е.В. // Научн.-техн. сборник .Вести газовой науки. – 2017. - №3. - с.163-170
Геологическое строение и нефтегазоносность Восточной части Сибирской платформы и прилегающих районов / Бобров А.К., Тучков И.И., Андрианов В.Н. и др. М.: Недра, 1968, с.5-10 5. Конторович А.Э. Сырьевая база и перспективы развития гелиевой промышленности России и мира / Коржубаев А.Г., Эдер Л.В. // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. – 2006. – № 2. – с.18-20
Арчегов В.Б. Основы стратегии рационального освоения высококачественных ресурсов гелия
Сибирской платформы // Записки Горного института. 2015. Т.200, с. 5-8