Газогидраты азербайджанского сектора Южного Каспия по данным термодинамических исследований

В Азербайджане первые крупные исследования по изучению газогидратов Каспийского моря были проведены в 1972–1986 гг. Анализ равновесных параметров давления и температуры показал, что зона газогидратообразования в условиях Каспийского моря расположена ниже изобаты 250 м. В результате исследований на дне Каспийского моря открыты скопления газогидратов — Боздаг, Элм и одно проявле- ние газогидратов — на валу Абиха. Установлено, что скопление Боздаг расположено на грязевом вулкане вала Шатского на глубине 480–500 м. В 17 поднятых грунтовых колонках были обнаружены газогидраты в виде ледоподобных полупрозрачных метановых образований разных форм и размеров. Газогидратное скопление Элм находится на глубине 560 м, его протяженность составляет около 4 км. В пяти из семи случаев колонки оказались газогидратоносными [1].

Рис. 1. Карта изменения глубины в метрах при фиксированной температуре 24 °С

Fig. 1. Map of depth variations in metres at fixed temperature of 24 °С

Масштаб 1:1000000

Данные распределения глубин ( 1 , 2 ): 1 — восстановленных в результате анализа и сопоставления геологических структур и теплового поля, а также подтвержденных расчетными данными, 2 — по результатам интерполяции фактических данных; 3 — точки фиксированной температуры 24 °С

Depth distribution data ( 1 , 2 ): 1 — restored as a result of analysis and comparison of geological structures and thermal field, also confirmed by calculated data, 2 — result of actual data interpolation; 3 — points of fixed temperature 24 °С

В работе [2] приведены результаты морских исследований, выполненных в пяти милях от га-зогидратопроявления Элм. В этой зоне проведено сейсмоакустическое профилирование серийной аппаратурой «Аквамарин» на частоте 200–800 Гц с глубиной просвечивания ≈ 700 м от дна и разрешающей способностью ≈ 10 м. По сейсмоакустической записи была выделена диапировая структура. В центральной части диапира наблюдалось характерное затухание акустического сигнала, что, вероятно, обусловлено газоносыщенностью отложений. Эта структура представляет собой усеченно-конусовидное образование высотой 180 м и диаметром у основания около 2,5 км. В 16 поднятых грунтовых колонках обнаружены гидратосодержащие грязевулканические отложения.

В работе [3], основанной на изучении термобарических параметров Южно-Каспийской впадины, были подтверждены гидратообразования, выделенные в 1986 г. Р.А. Гусейновым, Г.Д. Гинсбургом и др. [1, 2]. Работы были проведены с использованием уравнений изменения термического градиента в разрезе пород и равновесного стабильного существования газогидратов в пористой среде. Исходя из анализа вышеуказанных данных, Ч.С. Мурадов прогнозирует наличие газогидратов в осадочных породах до глубины 3000 м, в глубоководной зоне моря — 1000 м [3].

Комплексирование сейсмических и термодинамических данных региона было проведено группой исследователей для площади Апшерон [4]. Авторы рассмотрели два глубоководных 20-секундных сейсмических профиля, пересекающих Южный Каспий, и выяснили, что газогидраты выявляются до 2 с. Они изучали газогидраты на глубине воды от 200 до 715 м. На этих профилях выделены мелководные высокоскоростные аномалии (Vp = 2,1 км/с, Vs = 0,8 км/с). Авторы связывают эти аномалии с газогидратами. Кровля газогидрата маркировалась высокоамплитудным положительным (Rc = 0,123), а подошва — высоким отрицательным (Rc = 0,11) отражением. Из анализа термобарической модели был сделан вывод, что глубина залегания газогидратов в отложениях площади Апшерон может достигать ≈1350 м.

В 2012 г. была опубликована книга [5], в которой описаны различные виды газогидратов с момента их возникновения, термодинамические образующие факторы и кинетика образования. В книге также обсуждаются технологии формирования и разрушения газогидратов, раскрывается тема газогидратных залежей, найденных в природе, их разработка и эксплуатация.

Газогидраты очень неустойчивые вещества, существующие в узком диапазоне температур и давления. Они встречаются на дне океанов (на глубине около 500 м) и в полярных районах, где господствуют низкие температуры.

Рис. 2. Карта изменения глубины, м, при фиксированной температуре 24 °С (глубоководная часть Южного Каспия)

Fig. 2. Map of depth variations (metres) at fixed temperature of 24 °С (deepwater part of the Southern Caspian)

Оценивая диаграммы и графики зависимости термодинамического равновесия газогидратов, опубликованные разными авторами [4–14], можно прийти к выводу, что верхний предел формирования газогидратов располагается в интервале 24–27 °С для разных типов газа. Для метана максимум составляет 24 °С. Для оценки возможных зон скоплений газогид-ратов изучено температурное поле Южно-Каспийской впадины, а также детально рассмотрена ее морская часть (в пределах изучаемых месторождений).

Методика и фактический материал

В статье использованы данные температур [15], замеренных в скважинах Южного Каспия. При исследованиях рассмотрено распределение температур и давлений на изучаемой территории для установления глубины залегания отложений при температуре 24 °С, а также для изучения диапазона изменений давления в верхней части разреза. Полученный объем данных позволил проанализировать общую тенденцию изменения температуры по площади (рис. 1, 2).

Для изучения возможных интервалов температур формирования скоплений газогидратов в пределах азербайджанского сектора Южного Каспия использована методика Кэррола [10]. Метод является универсальным для определения формирования газогидратов и дает возможность рассчитать температуру формирования их различных типов. Методические основы моделирования процессов гидрато- образования реализованы в программном комплексе «Hydrate plus» [10]. Расчеты термодинамического моделирования [9] позволили установить возможность формирования газогидратов в пределах установленной зоны. Температура 24 °С в пределах Южного Каспия отмечается в интервале глубин от 280 до 480 м (см. рис. 1). Таким образом, анализ распределения температур в пределах Южного Каспия дает возможность предположить, что максимальная глубина формирования газогидратов по метану может соответствовать глубине 480 м. Пластовое давление изучено на площадях Пираллахи, Нефт-Дашлары, Гюнешли, Чираг, Азери.

На площади Пираллахи в скв. 72 на глубине 417 м пластовое давление составляет 22 МПа, а на 560 м — 38 МПа; в скв. 355 на глубине 416 м пластовое давление достигает 10 МПа; в скв. 456 на той же глубине — 18 МПа. Подобное изменение пластового давления наблюдается и на других месторождениях и площадях. Анализ пластовых давлений по площади верхней части разреза свидетельствует о колебании значений от 0,3 до 38 МПа. Градиент давления верхней части разреза составляет 3 МПа/100 м.

Оценка объемов газогидратов

Объемы газов в зонах газогидратов (GH) рассчитаны по общепринятой формуле

GH = V • 0 • Sh • FV, где V — объем породы, определенный по данным термодинамических исследований; 0 — средняя пористость в зоне газогидратов; Sh — степень емкостного заполнения пористости газогидратов; FV — коэффициент расширения метана при разложении газогидра-та (обычно принимается равным 160), и составляют

9968864,7275 ∙ 106 · 0,2 · 0,036 · 160 = 1,15 · 1013.

Среднее значение пористости в зоне газогидратов занижено на 50 %. Значения S h выбраны и использованы исходя из анализа результатов, полученных на скоплениях газогидратов Боздаг и Элм, а также из анализа данных [2, 6, 12, 16, 17], S_h для глин составляет 0,036.

Как видно, суммарные объемы газа, рассчитанные для изучаемой площади отложений, достигают 1,15 ∙ 1013 м3. Справедливо отметить, что генерация газа по площади неодинаковая, этот факт подтверждается и данными сейсмических исследований.

Выводы

Анализ методических приемов интерпретации свидетельствует о возможности формирования га-зогидратов на глубине, меняющейся в широких пределах. Температура образования газогидратов для различных компонентов неодинаковая. Для метана максимальная температура составляет 24 °С. В связи с этим для территории Каспийского моря построена карта изменения температуры по глубине. В ре- зультате анализа установлено, что максимальная глубина термодинамического равновесия при формировании газогидратов из метана может достигать 480 м. На основе данных термодинамического равновесия рассчитаны объемы газа газогидратов в пределах установленной зоны термодинамической стабильности. Исходя из расчетов, общий объем газа составляет 1,15 · 1013 м3.