Геохімічний спосіб пошуків покладів вуглеводнів

Геохімічний спосіб пошуку нафти і газ у, який включає відбір проб ґрунту, екстракцію з проб хімічних елементів в рухли вих формах, кислотну екстракцію з проб хімічного елемента-індикатора вуглеводнів з групи металів, виявлення ділянок з аномальним вмістом в екстрактах елементаіндикатора вуглеводнів, установлення місцезнаходження покладів нафти і газу по розташуванню аномальних величин вмісту в екстрактах елемента-індикатора вуглеводнів в залежності від масш U 1 3 33953 кислоті і водорозчинних форм таких металів, як цинк, свинець та мідь, а нафтогазові поклади виявляють по збіжності аномально підвищених значень добутку нормованих концентрацій металів, розчинених в слабкій кислоті, і аномально понижених величин цього параметра для водорозчинних форм. Недоліком відомого способу є низька вірогідність здійснюваних прогнозів, викликана значною територіальною мінливістю вмісту в осадочній породі мікроелементів, зокрема цинку, свинцю та міді, пов’язаною не з покладами вуглеводнів, а з впливом багатьох різноспрямовано діючих факторів літогенезу, що не мають безпосереднього зв’язку з формуванням та збереженням покладів нафти та природного газу на глибині. У зв’язку з цим локально виражені аномальні концентрації мікроелементів в породах далеко не завжди можуть відігравати роль ефективних індикаторів покладів вуглеводнів, так як часто не мають з ними прямого генетичного зв’язку. Відомий геохімічний спосіб пошуків вуглеводнів, вибраний прототипом передбачуваної згідно даного подання корисної моделі [див. патент Росії №2097796, МПК 6G01V9/00, публ. 27.11.1997, Бюл. №44], який базується на відборі проб ґрунту і екстракції з них хімічних елементів в рухливи х формах знаходження з наступним визначенням їхніх концентрацій в екстракті і виділенням зон з аномально високими концентраціями. Причому в кожній точці спостереження (в кожному пункті пробовідбору) вилучають проби ґрунту з верхнього гум усового горизонту А1 і збагаченого залізомарганцевими сполуками горизонту С. Із проби горизонту А1 здійснюють екстракцію елементівіндикаторів вуглеводнів, пов’язаних з органічними сполуками ґрунту, а з проби шару С виконують екстракцію елементів-індикаторів вуглеводнів, пов’язаних із залізо-марганцевими сполуками. Окрім того, в тому ж пункті пробовідбору в нативному заляганні або з відібраної проби в одному із зазначених горизонтів під дією постійного електричного струму проводять кислотну екстракцію елементів-індикаторів вуглеводнів в електрорухливих формах. Визначають концентрації наперед установлених елементів-індикаторів в кожному з екстрактів, виявляють ділянки збігу зон з аномальними концентраціями найконтрастніших елементів-індикаторів для кожного екстракта, виділяють площі, в межах яких сполучають ділянки збігу, виявлені в різних екстрактах, і згідно положення цих площ установлюють границі нафтогазоносних провінцій, областей, родовищ або окремих покладів в залежності від масштабу випробувань. Елементами-індикаторами можуть бути як метали (нікель, кобальт, ванадій, цинк, марганец та ін.), так і неметали (бром, хлор та ін.). Недоліком способу за прототипом слід назвати невизначеність як кола показників, інформативних для нафтогазопошукових цілей, так і характер їхні х аномальних проявів. Можливими варіантами пошуково значущи х аномалій називаються як індивідуальні, так і групові, мультиплікативні та адитивні їхні різновиди. Пропонується попереднє з’ясування для конкретного регіону інформативних 4 показників, але не зазначено критеріїв, за якими його слід проводити, в той час як на характер диференціації хімічного стану ґрунту і розподілу його параметрів значною мірою впливають ландшафтні контрасти, продукуючи складну будову його геохімічного поля навіть на невеликих ділянках. Згідно способу за прототипом з проб ґрунту гум усного горизонту А1 екстрагують елементиіндикатори вуглеводнів, пов’язані з органічними сполуками ґрунту, а це значною мірою опосередковує територіальний розподіл хімічних елементівіндикаторів розподілом вмісту в ґрун ті зазначених органічних сполук, який контролюється найбільшою мірою варіаціями ландшафтних умов, прямо не пов’язаних з присутністю чи, навпаки, відсутністю покладів нафтидів на глибині. У зв’язку з цим нафтогазопошукова інформація, яку отримують з горизонту А1, втрачає однозначність і не може бути е фективним засобом для прогнозних оцінок. Суттєвою вадою способу за прототипом є також його трудомісткість, яка не сприяє оперативному використанню даного рішення. З верхнього гум усного горизонту А1 екстрагують хімічні елементи, акумульовані гуматами та фульватами, а з проб ґрунтового горизонту С вилучають хімічні елементи, накопичені залізо-марганцевими сполуками. При цьому селективні екстрагенти не зазначені, в той час, коли від їхніх хімічних властивостей залежать масштаби, селективність і відтворюваність здійснюваного масообмінного процесу, які в кінцевому разі визначають надійність вибраних індикаторів вуглеводнів. Пропонується також термовипал проб для утворення магнетиту, за допомогою якого проводять магнітну сепарацію проб. Екстракцію електрорухомих форм здійснюють за допомогою спеціальних пристроїв елементоприймачів, заповнених розчином кислоти. Через елементоприймачі пропускають постійний електричний струм, після чого розчин кислоти піддають хімічному аналізові на вміст хімічних елементів, які використовуються як індикатори покладів нафти і газу. Таке еклектичне поєднання цілого ряду різних по онтологічній суті процедур не тільки вносить можливу суперечливість здійснюваних індивідуальних оцінок, а й роблять спосіб громіздким і непридатним для швидкого використання. Задачею корисної моделі є підвищення оперативності та надійності виявлення покладів вуглеводів. Поставлена задача вирішується тим, що в геохімічному способі пошуків покладів вуглеводнів, який включає відбір проб ґрунту, екстракцію з проб хімічних елементів в рухливи х формах, кислотну екстракцію з проб хімічного елемента-індикатора вуглеводнів з групи металів, виявлення ділянок з аномальним вмістом в екстрактах елементаіндикатора вуглеводнів, установлення місцезнаходження покладів нафти і газу по розташуванню аномальних величин вмісту в екстрактах елемента-індикатора вуглеводнів в залежності від масштабу випробувань, згідно корисної моделі відбір проб ґрунту здійснюють в дискретних пунктах випробувань, ретикулярно розміщених на досліджуваній території, проби вилучають з ілювіального 5 33953 ґрунтового горизонту В, екстракцію елементаіндикатора вуглеводнів виконують за допомогою водного розчину сірчаної кислоти з молярною концентрацією (0,1-0,2) моль/дм 3 при відношенні маси грунту до маси екстрагента 1:5, в екстрактах окремо вимірюють вміст двовалентного і тривалентного заліза, за результатами вимірювання підраховують значення показника нафтогазоносності надр у вигляді відношення концентрації в екстрактах двовалентного заліза до концентрації в них тривалентного заліза, а місцезнаходження покладів нафти і газу установлюють по територіальному розміщенню локального скупчення більше, ніж двох дискретних значень показника нафтогазоносності, що перевищують середнє арифметичне множини усі х здійснених визначень більше, як на одне для неї статистичне стандартне відхилення. Геохімічний спосіб пошуків покладів вуглеводнів (далі - спосіб) базується на відомій закономірності впливу на хімічний стан мінерального наповнення осадочних порід, зокрема грунту, мігруючих до поверхні Землі легких вуглеводнів, приведених в рух вертикальними градієнтами тиску, концентрації та температури, локально посилено розвиненими над покладами нафти і газу. Породжений глибинними скупченнями нафтидів надлишок в ґрунті розсіяних вуглеводнів викликав в ньому цілий ряд хімічних перетворень. Це змістило фізикохімічну обстановку середовища в бік відновлення, у зв’язку з чим в ньому збільшилося значення водневого показника рН і знизилася величина окислювально-відновного потенціалу Eh. У більш відновних, в порівнянні з оточенням, умовах залізо частково перейшло з феритного стану до залізистого. У зв’язку з цим виникло нове співвідношення мас між рухливими формами двовалентного і тривалентного заліза, яке в порівнянні з фоном виразилося в посиленій перевазі першого над другим. Як наслідок цього, над родовищами нафти і газу мають місце високі значення відношення вмісту двовалентного заліза до вмісту тривалентного в слабокислотних екстрактах з ґрунту. Як відомо, залізо в ґрунті знаходиться в двох агрегатних модифікаціях - кристалічній і вільній. Кристалічне залізо акумульоване кристалічними ґратками первинних і вторинних силікатних мінералів. Воно хімічно інертне і дуже повільно піддається впливам змін фізико-хімічної обстановки. У той же час під дією процесів гідролізу, розчинення, окислення, відновлення та хелатизації, що постійно проходять в ґрунті, воно здатне переходити у вільні не-силікатні форми, набагато активніші в хімічному відношенні за силікатні. Вільні форми сполук заліза в ґрунті перш за все представлені окисами та гідроокисами, різною мірою окристалізованими, з різними співвідношеннями в габітусі та симетрії кристалічної будови. Це перехідна група утворень від оксидів до мінералів групи залізистих сполук. Подальша хімічна деструкція кристалічних утворень ґрунту під дією біохімічних та кліматичних факторів призводить до появи аморфних і р ухливих форм заліза. Це вже відносно активні хімічні сполуки, на кількісні співвідношення яких в ґрунті можуть відчутно впливати ті зміни фізико-хімічних його характеристик, що по 6 роджуються присутністю в ньому надлишку розсіяних вуглеводнів. Вміст вільних форм заліза в ґрунті може сягати 25% від валової його кількості. Причому в основному його складають аморфні утворення. Активного заліза в ґрунті зовсім мало. До рухливи х сполук ґрунтового заліза відносяться обмінні та водорозчинні форми. Вони найбільшою мірою піддаються впливам збоку змін хімічного стану ґрунтового середовища. Причому розвиток відновних умов, що супроводжуються зниженням окислювально-відновного потенціалу Eh, призводить до зростання концентрації двовалентного заліза за рахунок тривалентного, як в групі обмінних форм, так і у водорозчинному залізі. І навпаки, при підвищенні Eh (а це має місце за межами нафтогазових родовищ) в ґрунтовому розчині зростає кількість тривалентного заліза при зменшенні двовалентного. Отже, загалом залізо - це малорухливий хімічний елемент в ґр унті, особливо в окисних сполуках, який при відновленні мобілізується і мігрує по вертикалі ґрунтового розрізу разом з інфільтраційною водою. За рахунок таких процесів відбувається збагачення двовалентним залізом ілювіального ґрунтового горизонту В, особливо в зоні розміщення родовищ вуглеводнів. Тому дослідження заліза (обраного в якості елемента-індикатора вуглеводнів) як показника продуктивності локальних структур доцільно проводити в горизонті В. Слід відзначити, що природна деструкція сполук ґрунтового заліза, як складова руйнації впорядкованих кристалічних побудов, викликаної переважно кліматичними та біохімічними чинниками, над родовищами нафти і газу посилюється впливом на мінеральну матрицю ґрунту цілого ряду хімічно активних речовин, таких як Н +, ОН-, CO, CO2, НСО3-, Н2 , Н2О та ін., породжених процесами мікробного розщеплення та перетворення вуглеводнів, що повільно надходять до ґрунту з родовищ нафти і газу. Ці речовини не тільки сприяють загальному зростанню вмісту в ґрунті р ухливих форм заліза, але й зміщують початково існуючу між ними рівновагу на користь двовалентних іонів. З іншого боку, зниження радіоактивності ґрунту, що відбувається під впливом тих же факторів, також стимулює не тільки перехід в ґрун товий розчин частини фіксованого в кристалічних ґратках заліза, а й перехід значної його частини до двовалентного стану. Все це дозволяє використовувати відношення концентрації в ґрунті двовалентних рухливих іонів заліза до концентрації в ньому в подібному стані тривалентних іонів як показника нафтогазоносності надр, значення якого різко зростають над покладами нафти і газу. Важлива перевага запропонованого способу полягає в незалежності геохімічної характеристики, на якій він базується, від поверхневих процесів і, що особливо важливо, від територіальної мінливості літологічного складу ґрунту. Крім того, в даному способі геохімічні пошуки нафти і газу здійснюються з використанням характеристик лише одного чітко означеного елемента-індикатора вуглеводнів, що гранично спрощує о тримання, аналіз та інтерпретацію пошукової інформації. Все це надає способу надійної пошукової інформативнос 7 33953 ті при високій оперативності його застосування. Спосіб реалізується наступним чином. На ділянці, що підлягає вивченню запропонованим способом на предмет пошуків в її межах покладів нафти і газу за результатами визначення територіального розподілу величин показника нафтогазоносності у вигляді відношення концентрації двовалентного заліза до концентрації заліза тривалентного в кислотних екстрактах з проб ґрунту, проводять відбір проб ґрунту в пунктах пробовідбору з ілювіального горизонту В згідно заданої сітки пунктів дискретних випробувань, щільність якої визначається необхідним масштабом картування зазначеного показника нафтогазоносності. Для збереження природного хімічного стану відібраних проб під час їхнього транспортування та зберігання проби герметизують в спеціальних металевих, пластикових або скляних посудинах. У лабораторних умовах з проб екстрагують іони двовалентного і тривалентного заліза за допомогою водного розчину сірчаної кислоти з молярною концентрацією (0,1-0,2) моль/дм 3 при відношенні маси ґрунту до маси екстрагента 1:5. Дані умови екстрагування забезпечують найповніше витягнення з ґрунту обо х валентних форм рухливого заліза. Двовалентне залізо утримується за цих умов в розчині завдяки того, що воно є сильною основою, а тривалентне є максимально окисленою формою і в слабокислому середовищі зберігає свої кількісні характеристики. В екстрагентах відомим способом (наприклад тим, що регламентований в ГОСТ 27395-87) окремо вимірюють вміст іонів двовалентного і тривалентного заліза. За результатами вимірювань підраховують значення відношення вмісту двовалентного заліза до тривалентного, прийнятого за показник нафтогазоносності надр. Отримані величини відношення наносять на карту. На карті виділяють зону локального позитивного аномального збурення виявлених значень показника нафтогазоносності, кількість яких більша двох. Критерій аномальності значення вибраного показника нафтогазоносності полягає в перевищенні його величиною середнього арифметичного усієї множини оцінок більш, як на одне для неї статистичне стандартне відхилення. Даний критерій дозволяє вилучати з розряду аномальних незначні випадкові варіації закартованої ознаки. Згідно розташування на карті аномалії значень показника нафтогазоносності визначають положення покладів нафти і газу. Виділення аномальної ділянки більше, ніж двома сусідніми дискретними вимірюваннями, обумовлене необхідністю додаткової фільтрації окремих випадкових збурень геохімічного поля, що 8 можуть досягати аномальних величин. Адже область впливу будь-якої випадкової флуктуації за визначенням не може перевищувати відстані між сусідніми пунктами пробовідбору, а тому вкупі більше двох аномальних варіацій оцінюваної величини з високим рівнем вірогідності слід розглядати як закономірний її приріст. На Фіг. наведено приклад реалізації способу на території Вишневського газоконденсатного родовища, розташованого в межах північної прибортової зони південно-східної частини ДніпровськоДонецької западини. Розкриті глибокими свердловинами (див. на Фіг. поз. 1 - продуктивна свердловина, поз. 2 - непродуктивна свердловина) поклади природного газу і конденсату на даному родовищі знаходяться у відкладах московського ярусу середнього карбону, які залягають на глибині 3000м від поверхні Землі. Ізогіпси поверхні відкладів московського ярусу зображені на Фіг. (див. поз. 3). Пастка вуглеводнів на зазначеному стратиграфічному рівні літологічно та тектонічно обмежена (див. Фіг. поз. 4) і не контролюється структурним фактором. На Фіг. територіальному положенню відомих покладів вуглеводнів відповідає ділянка аномального прояву розподілу величин представленого показника нафтогазоносності (див. поз. 5). У межах цієї ділянки поверхня значень показника нафтогазоносності має фрагментарну будову. На ній локально виражені аномальні аберації зображеної характеристики перемежовуються з фрагментами її фонового прояву. За межами родовища аномальних абдукцій фону не виявлено. За результатами випробувань ілювіального ґрунтового горизонту В було побудовано представлену на Фіг. карту територіального розподілу значень (див. поз. 6) показника нафтогазоносності у вигляді відношення концентрації в екстрактах з дискретно відібраних проб ґрунту іонів двовалентного заліза до концентрації в них іонів заліза тривалентного. Фрагментарність аномального збурення показника нафтогазоносності надр над покладами вуглеводнів на Вишневському родовищі, очевидно, слід пояснити відповідною диференціацією тут інтенсивності вертикальної міграції легких алканів, викликаною літологічною неоднорідністю продуктивних горизонтів або проникності товщі порід, що перекриває поклади вуглеводнів. У таблиці наведені основні статистичні характеристики окремих вибірок результатів випробувань. Це стосується як всієї дослідженої площі, так і окремих її частин, що стосується, з одного боку, аномалій, а з іншого - фону. Таблиця Локалізація показника нафтогазоносності На всій площі У межах аномалій У межах фону Статистичні характеристики Мінімум Максимум Розмах Середнє 0,01 1,12 0,01 2,47 2,47 1,06 2,46 1,35 1,05 0,65 1,43 0,48 Стандартне відхилення 0,47 0,33 0,28 9 33953 З представленої таблиці видно, що середнє аномальне перевищує середнє фонове майже в 3 рази. Приблизно в стільки ж разів поріг аномальності (різниця між середнім аномальним і середнім фоновим) виявився більшим за стандартне відхилення як для фону, так і для аномалій. А це свідчить про закономірну контрастність дослідженого поля. Отже, аномальне позитивне збурення нормального поля значень показника нафтогазоносності можна класифікувати як індикатор покладів вуглеводнів. Технічний результат запропонованого способу полягає в тому, що аномалії територіального роз Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 10 поділу показника нафтогазоносності, представленого відношенням між собою вмістів валентних форм рухливого заліза в ґрунті, генетично пов’язані тільки з покладами вуглеводнів, розташовані безпосередньо над ними і не контролюються геохімічними процесами розвитку контрастів ландшафту, викликаних загальною тектонічною еволюцією регіону, де проводять вивчення нафтогазоносності надр. Висока контрастність аномалій поля розподілу вибраного показника нафтогазоносності осадочної товщі, коефіцієнт якої може сягати трьох (Вишневське газоконденсатне родовище), забезпечує оперативність і високу надійність виявлення покладів нафти і газу. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601