Помощь студентам в учебе
ПАЛЕОТЕМПЕРАТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАНЕРОЗОЙСКИХ ОЧАГОВ ГЕНЕРАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ И ОЦЕНКА ИХ РОЛИ В ФОРМИРОВАНИИ ЗАЛЕЖЕЙ В ДОЮРСКИХ ОТЛОЖЕНИЯХ НА ТЕРРИТОРИИ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМЫ 11
1.1 Исторический аспект изучения генезиса палеозойских залежей Нюрольского бассейна ..11
1.2 Опыт применения метода палеотемпературного моделирования для изучения генезиса
залежей углеводородов 19
2 ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ 25
2.1 История геологического развития 28
2.2 Нефтегазоносность 34
3 МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ 40
3.1 Параметризация модели 42
3.2 Динамика теплового потока 48
3.3 Верификация палеотемпературных моделей 51
4 АНАЛИЗ ТЕРМИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ 59
4.1 Герасимовское месторождение 60
4.2 Калиновое месторождение 64
4.3 Северо-Калиновое месторождение 71
4.4 Лугинецкое месторождение 74
4.5 Нижнетабаганское месторождение 78
4.6 Останинское месторождение 85
4.7 Сельвейкинская площадь 88
4.8 Урманское месторождение 92
4.9 Обобщение результатов 99
5 ГЕНЕЗИС НЕФТИ И ГАЗА ДОЮРСКИХ ЗАЛЕЖЕЙ 103
5.1 Герасимовское месторождение 103
5.2 Калиновое месторождение 104
5.3 Северо-Калиновое месторождение 106
5.4 Лугинецкое месторождение 107
5.5 Нижнетабаганское месторождение 109
5.6 Останинское месторождение 111
5.7 Сельвейкинская площадь 113
5.8 Урманское месторождение 114
5.9 Обобщение результатов 116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 120
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Осадочные разрезы скважин, выполненные на основании литологостратиграфической разбивки и реконструкции стратиграфического разреза 132
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Графики сходимости расчетных и измеренных геотемператур 147
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМЫ 11
1.1 Исторический аспект изучения генезиса палеозойских залежей Нюрольского бассейна ..11
1.2 Опыт применения метода палеотемпературного моделирования для изучения генезиса
залежей углеводородов 19
2 ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ 25
2.1 История геологического развития 28
2.2 Нефтегазоносность 34
3 МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ 40
3.1 Параметризация модели 42
3.2 Динамика теплового потока 48
3.3 Верификация палеотемпературных моделей 51
4 АНАЛИЗ ТЕРМИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ 59
4.1 Герасимовское месторождение 60
4.2 Калиновое месторождение 64
4.3 Северо-Калиновое месторождение 71
4.4 Лугинецкое месторождение 74
4.5 Нижнетабаганское месторождение 78
4.6 Останинское месторождение 85
4.7 Сельвейкинская площадь 88
4.8 Урманское месторождение 92
4.9 Обобщение результатов 99
5 ГЕНЕЗИС НЕФТИ И ГАЗА ДОЮРСКИХ ЗАЛЕЖЕЙ 103
5.1 Герасимовское месторождение 103
5.2 Калиновое месторождение 104
5.3 Северо-Калиновое месторождение 106
5.4 Лугинецкое месторождение 107
5.5 Нижнетабаганское месторождение 109
5.6 Останинское месторождение 111
5.7 Сельвейкинская площадь 113
5.8 Урманское месторождение 114
5.9 Обобщение результатов 116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 120
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Осадочные разрезы скважин, выполненные на основании литологостратиграфической разбивки и реконструкции стратиграфического разреза 132
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Графики сходимости расчетных и измеренных геотемператур 147
Актуальность темы исследования
В настоящее время перед нефтедобывающей отраслью Западной Сибири ставится приоритетная задача осуществления значительного прироста запасов и, соответственно, предотвращения снижения добычи нефти и газа. Одно из решений этой задачи заключается в активном вовлечении в разработку трудноизвлекаемых запасов, а именно потенциально богатых залежей в образованиях доюрского нефтегазоносного комплекса (НГК). По данным (В.А. Конторович и др., 2024) к доюрскому комплексу приурочены скопления с начальными геологическими ресурсами порядка 20 млрд т, что составляет 4-5 % от суммарных запасов и ресурсов мезозоя. Более того, на территории Томской и Новосибирской областей палеозойские ресурсы составляют 33 % от ресурсов мезозоя и 25 % от суммарных ресурсов палеозоя и мезозоя.
Ввиду отсутствия утвержденной методики и критериев поиска залежей углеводородов (УВ) в доюрском НГК, на повестку дня ставится проблема генезиса нефти и газа доюрских залежей, решение которой позволит перейти от случайных открытий к их успешному прогнозированию.
Предмет анализа выбран в соответствии с концепцией о геотермическом режиме недр как о ведущем факторе реализации генерационного потенциала нефтегазоматеринских отложений. Ключевым исследуемым геодинамическим параметром является глубинный тепловой поток, определяющий термическую историю отложений и сингенетичность очагов генерации УВ.
Результаты работы интересны как в теоретическом, так и в прикладном аспекте. Разработанные теоретические положения позволяют обосновать прогнозные критерии, которые могут быть применены при поисках нефти и газа палеозоя Западной Сибири.
Объектами диссертационного исследования являются фанерозойские нефтегазоматеринские свиты. Предмет исследования - палеотемпературные модели очагов генерации углеводородов в фанерозойских нефтегазоматеринских свитах.
Степень разработанности темы исследования
Перспективы нефтегазоносности осадочных образований доюрского основания ЗападноСибирской плиты предполагались уже на первом этапе изучения этого региона в 1930-е гг. (М.К. Коровин, Н.А. Кудрявцев и др.). После обнаружения в 1963 г. нефти в отложениях палеозоя на Медведевской площади (Томская область) первым сформулировал задачу выяснения перспектив нижнего структурного этажа и поисков залежей нефти и газа академик А.А. Трофимук. С этого момента начался наиболее интенсивный период изучения нефтегазоносности палеозоя.
С 1970 г. в Институте геологии и геофизики СО АН СССР и СНИИГГиМСе проводятся масштабные исследования, посвященные геохимии органического вещества (ОВ) и нефтей палеозоя. В 1970-1980-е гг. существенный вклад в изучение проблемы генезиса нефти и газа доюрских залежей Западно-Сибирской плиты внесли В.С. Вышемирский, А.Э. Конторович, А.С. Фомичев, Н.П. Запивалов, О.Ф. Стасова, В.С. Сурков, А.А. Трофимук, А.Н. Фомин, И.А. Олли и другие специалисты. Позднее вопросы происхождения «палеозойской» нефти рассматривались Е.А. Костыревой, Э.А. Абля, А.В. Ступаковой, Е.В. Бордюг, И.В. Гончаровым, С.В. Фадеевой, Д.Ю. Чирковой.
Однако результаты исследований приводили ученых к отличающимся выводам. В Нюрольском палеозойском осадочном бассейне в настоящее время Е.А. Костыревой (2005) выявлено 3 генетических типа источника, участвующих в генерации залежей УВ: палеозойский, нижнеюрский (тогурская и тюменская свиты), смешанный (в формировании залежей участвует ОВ и палеозойского, и нижнеюрского источников). Высказывается мнение и об участии в формировании доюрских залежей баженовской свиты (Ablya et al., 2008). В работах И.В. Гончарова показано, что механизм формирования залежей для каждого месторождения уникальный, поэтому для его понимания необходимо изучать генезис УВ в каждом отдельном случае.
Геохимические методы определения генезиса являются довольно трудоемкими, поскольку требуют отбора проб и проведения лабораторных исследований. Наряду с геохимическими критериями существует еще метод бассейнового моделирования, который может являться хоть и не полноценной, но хорошей альтернативой геохимическим исследованиям. С помощью этого метода можно выявлять очаги генерации УВ и определять возможность реализации генерационного потенциала нефтегазоматеринскими отложениями. Палеотемпературное моделирование успешно применяется для решения этих задач учеными всего мира. В российской практике работы, описывающие подходы к моделированию древних бассейнов, появляются все чаще: (Никитин и др., 2015; Филиппов, Бурштейн, 2017; Кузнецова, 2021; Космачева, Федорович, 2021; Ярославцева, Бурштейн, 2022; Федорович, Космачева, 2023). Мировой опыт палеотемпературного моделирования древних объектов представлен в работах по СевероАмериканскому (Osadetz et al., 2002; Gosnold et al., 2012), Азиатскому (Li et al., 2010; Liu et al., 2020), Европейскому (Littke et al., 2000; Littke et al., 2012), Африканскому (Dixon et al., 2010; English et al., 2017) и Австралийскому (Gibson et al., 2005) регионам.
Опыт использования палеотемпературного моделирования насчитывает уже более 20 лет - его методика является отлаженной и надежной. В связи с этим предполагается, что использование этого метода позволит приблизиться к решению проблемы генезиса нефти и газа доюрских залежей.
Цель настоящего исследования заключается в определении вероятного генезиса нефти и газа залежей в Нюрольском палеозойском осадочном бассейне на базе палеотемпературного моделирования очагов генерации в фанерозойских нефтегазоматеринских формациях.
В диссертационной работе решались следующие научные задачи:
A. Разработать схему одномерного палеотемпературного моделирования для восстановления термической истории фанерозойских отложений;
Б. Восстановить термическую историю юрских и палеозойских нефтегазоматеринских свит в скважинах Останинской и Чузикско-Чижапской групп месторождений и выявить в этих свитах благоприятные геотермические условия для генерации и сохранности углеводородов;
B. На основании геотемпературного режима в нефтегазоматеринских свитах определить возможный генезис нефти и газа залежей в Нюрольском палеозойском осадочном бассейне.
Научная новизна работы
A. Разработана схема одномерного палеотемпературного моделирования, взявшая за основу методику В.И. Исаева, но дополненная реконструкциями теплового потока, реализованными двухэтапным расчетом с использованием экспериментально определенных пластовых температур, позволяющая восстанавливать термическую историю отложений вплоть до раннесилурийского времени.
Б. Для скважин Останинской и Чузикско-Чижапской групп месторождений построены палеотемпературные модели. Такая модель базируется на реконструированном с раннесилурийского времени литолого-стратиграфическом разрезе скважины, дополненном теплофизическими параметрами отложений, и включает набор экспериментально определенных геотемператур, динамику палеоклимата для юго-востока Западной Сибири и динамику реконструированного теплового потока. Построенные модели позволяют восстанавливать термическую историю как юрских, так и палеозойских нефтегазоматеринских свит.
B. На основании результатов восстановления термической истории выполнен прогноз существования в палеозойских и юрских нефтегазоматеринских свитах благоприятного геотемпературного режима для генерации и сохранности углеводородов.
Г. По данным совместного анализа результатов палеотемпературного моделирования, пластовых испытаний и геохимических исследований сделаны выводы об источниках, формирующих залежи в Нюрольском палеозойском осадочном бассейне. Эти результаты дополняют современные представления о генезисе углеводородов залежей в доюрском НГК.
Теоретическая и практическая значимость работы
Тематика исследования соответствует направлениям 1.5.1.4. Геофизические методы поисков и разведки полезных ископаемых; 1.5.6.1. Геодинамика осадочных бассейнов и формирование месторождений нефти и газа; 1.5.6.2. Разработка методов прогноза и оценки ресурсов традиционных и нетрадиционных источников углеводородного сырья; нефть больших глубин, которые включены в Программу фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021-2030 годы), утвержденной распоряжением Правительства РФ от 31.12.2020 г. № 3684-р. По Программе, в список основных научных задач на период 2021-2030 гг. входит поиск и разработка нетрадиционных запасов энергоресурсов. Кроме того, тематика исследования находит отражение в Перечне критических технологий РФ, утвержденном Указом Президента РФ № 899 от 07.07.2011 г, под номером 20 «Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи». Значимость результатов исследования подтверждается соответствием долгосрочной стратегии развития науки Российской Федерации.
Результаты исследования, полученные на примере Нюрольского палеозойского осадочного бассейна, вносят весомый вклад в формирующуюся теорию генезиса углеводородов, заполняющих ловушки в доюрском нефтегазоносном комплексе. Кроме того, теоретическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в том, что они обогащают методику оценки перспектив нефтегазоносности, а именно иллюстрируют палеотемпературный метод определения возможности реализации нефтегазоматеринскими отложениями генерационного потенциала.
Практическая значимость обусловлена следующим: автором разработана схема одномерного палеотемпературного моделирования, взявшая за основу методику В.И. Исаева, но дополненная реконструкциями теплового потока, реализованными двухэтапным расчетом с использованием экспериментально определенных пластовых температур, позволяющая восстанавливать термическую историю нефтегазоматеринских отложений вплоть до раннесилурийского времени.
Методология и методы исследования
В основу методологии диссертационного исследования положена рабочая гипотеза о том, что проблему генезиса углеводородов, формирующих залежи в доюрском нефтегазоносном комплексе, можно решить путем восстановления термической истории фанерозойских нефтегазоматеринских свит и оценки их возможности, по температурному критерию, реализовывать генерационный потенциал.
Диссертационное исследование основано на положениях осадочно-миграционной теории нафтидогенеза и выполнено с применением результатов историко-геологического анализа (Сурков, Жеро, 1981; Шеин, 2006; Исаев, 2012; Палеозой юго-востока..., 1984; Дубатолов, Краснов, 1999, 2000; А.Э. Конторович и др., 2013, 2014; Добрецов, 2005; Аплонов, 2000; Гольберт и др., 1968; Рычкова, 2006 и др.). Принимается концепция о преимущественно вертикальной межпластовой миграции углеводородов (Коржов и др., 2013). В качестве методической основы для разработки схемы одномерного палеотемпературного моделирования фанерозойских очагов генерации углеводородов выбран хорошо апробированный метод математического одномерного палеотемпературного моделирования (Исаев, Волкова, Ним, 1995; Исаев, 2003; Исаев и др., 2018), основанный на численном решении уравнения теплопроводности горизонтально-слоистого твердого тела с подвижной верхней границей.
Положения, выносимые на защиту
Первое положение. Разработанная на базе методики В.И. Исаева схема одномерного палеотемпературного моделирования, включающая двухэтапную реконструкцию теплового потока, позволяет восстанавливать термическую историю отложений вплоть до раннесилурийского времени. Моделирование предполагает использование экспериментально определенных пластовых температур, выполнение реконструкции литолого-стратиграфического разреза скважины, учет теплофизических параметров отложений и динамики палеоклимата. Корректность результатов подтверждается соответствием критерию оптимальной невязки при расчете теплового потока: невязка расчетных и измеренных температур для большинства скважин не превышает ± 2 °C.
Второе положение. На территории Останинской и Чузикско-Чижапской групп месторождений благоприятные геотермические условия для генерации и сохранности углеводородов существовали как в юрских, так и в палеозойских потенциально нефтегазоматеринских свитах. Геотемпературный режим, способствующий генерации и сохранности нефти, существовал в юрских - баженовской, тюменской и тогурской, и палеозойских - чагинской (лугинецкой) и кыштовской свитах, а газа - только в палеозойских чагинской (лугинецкой), чузикской, мирной и кыштовской свитах.
Третье положение. Подтверждена научная гипотеза о возможности решения проблемы генезиса углеводородов, формирующих залежи в доюрском нефтегазоносном комплексе, путем восстановления термической истории нефтегазоматеринских отложений. Залежи в Нюрольском палеозойском осадочном бассейне сформированы палеозойским газом и палеозойской и юрской нефтью. Появление в доюрских резервуарах юрской нефти связано с наличием в разрезе нижнеюрской тогурской свиты. В таких разрезах могли формироваться залежи смешанных (палеозойская + юрская) нефтей.
Характеристика исходных данных
Построение геотемпературных моделей требует использования большого количества исходных данных, в том числе экспериментально измеренных температур пластов, динамики палеоклимата, данных о литолого-стратиграфическом строении геологического разреза, теплофизических свойств отложений, информации о притоках пластовых флюидов. Вместе с тем преимуществом проведенного исследования является тот факт, что сбор всех необходимых данных был осуществлен из архивных документов, баз данных и опубликованных источников.
При построении палеотемпературных моделей используются пластовые температуры, измеренные в ходе пластовых испытаний, из первичных дел скважин (материалы ТФ ТФГИ СФО); палеотемпературы, пересчитанные из определений отражательной способности витринита (ОСВ), предоставленные А.Н. Фоминым ИНГГ СО РАН.
Вековой ход температур на период моделирования был составлен путем совмещения результатов исследований А.А. Искоркиной (2017) и C.R. Scotese (2016).
Информация о литолого-стратиграфическом расчленении разрезов глубоких скважин взята из первичных дел скважин (материалы ТФ ТФГИ СФО). Геологическое строение палеозоя и возраст, вскрытых в его кровле отложений, уточнялись по отчетам о НИР, о подсчетах запасов на месторождениях УВ (материалы ТФ ТФГИ СФО), а также по литературным источникам. Восстановление структурно-седиментационной истории в окрестностях скважин выполнялось с опорой на результаты историко-геологического анализа и Решения межведомственного стратиграфического совещания палеозойских отложений (1999).
Данные о притоках флюидов в ходе пластовых испытаний сведены из первичных дел скважин (материалы ТФ ТФГИ СФО).
Степень достоверности результатов
Достоверность результатов палеотемпературного моделирования подтверждается соответствием погрешности при расчете значений плотности теплового потока критерию оптимальной невязки как на первом этапе моделирования, так и на втором.
Выполненный прогноз нефтегазоносности по результатам восстановления термической истории фанерозойских потенциально нефтегазоматеринских свит согласуется с результатами пластовых испытаний в скважинах.
Результаты диссертационного исследования не противоречат результатам проведенных геохимических исследований (Ступакова и др., 2015; Бордюг, 2011; Костырева, 2005; Гончаров и др., 2005, 2012 и др.).
Апробация результатов исследования
Основные результаты диссертационного исследования ежегодно докладывались на Международном симпозиуме студентов и молодых ученых имени академика М.А. Усова (Томск, 2018-2024 гг.), были представлены на 2-й Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы геологии нефти и газа Сибири» (Новосибирск, 2019 г.), на Всероссийской конференции с международным участием «Научные чтения памяти Ю.П. Булашевича» (Екатеринбург, 2021), на Всероссийской молодежной научной конференции с участием иностранных ученых «Трофимуковские чтения» (Новосибирск, 2019, 2021 гг.), на Уральской молодежной научной школе по геофизике (Екатеринбург, 2018 г.; Пермь, 2019 г.; Екатеринбург, 2020 г.; Пермь, 2021 г.; Пермь, 2023 г.).
В 2022 году по теме диссертации была составлена заявка на конкурс «Fifth Jubilee International Young Scientists Awards in the Field of Oil and Gas: A Glance Into the Future», где получила положительные рецензии.
Материалы диссертационной работы изложены в 33 публикациях, в том числе 9 статей в журналах перечня ВАК, из них 5 индексируемых в Scopus и Web of Science, 1 статья опубликована в международном журнале, индексируемом в Web of Science.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из 5 разделов, введения и заключения, общим объемом 151 страница, 25 иллюстраций, 27 таблиц, 117 источников литературы и 2 приложений.
Благодарности
Автор выражает глубокую сердечную благодарность научному руководителю д.г.-м.н. Исаеву Валерию Ивановичу (посмертно) за его многолетнее наставничество, чуткое руководство, помощь на всех этапах научной деятельности. Никакими словами нельзя выразить признательность за возможность общения с таким выдающимся специалистом в области геотермических исследований, за его бесценный опыт, которым он был всегда рад делиться со своими учениками.
Автор благодарит научного руководителя д.г.-м.н. Г. Лобову и руководителя отделения геологии ИШПР ТПУ д.г.-м.н. Н.В. Гусеву, оказавших поддержку на завершающем этапе работы.
Автор благодарит главного научного сотрудника ИНГГ им. А.А. Трофимука СО РАН А.Н. Фомина, руководителя ТФ ТФГИ СФО О.С. Исаеву за предоставление геолого-геофизической информации.
Автор выражает благодарность своему супругу Даниилу Сергеевичу Крутенко за обсуждение исследования, помощь при подготовке графических материалов, содействие и постоянное внимание при написании диссертационной работы.
В настоящее время перед нефтедобывающей отраслью Западной Сибири ставится приоритетная задача осуществления значительного прироста запасов и, соответственно, предотвращения снижения добычи нефти и газа. Одно из решений этой задачи заключается в активном вовлечении в разработку трудноизвлекаемых запасов, а именно потенциально богатых залежей в образованиях доюрского нефтегазоносного комплекса (НГК). По данным (В.А. Конторович и др., 2024) к доюрскому комплексу приурочены скопления с начальными геологическими ресурсами порядка 20 млрд т, что составляет 4-5 % от суммарных запасов и ресурсов мезозоя. Более того, на территории Томской и Новосибирской областей палеозойские ресурсы составляют 33 % от ресурсов мезозоя и 25 % от суммарных ресурсов палеозоя и мезозоя.
Ввиду отсутствия утвержденной методики и критериев поиска залежей углеводородов (УВ) в доюрском НГК, на повестку дня ставится проблема генезиса нефти и газа доюрских залежей, решение которой позволит перейти от случайных открытий к их успешному прогнозированию.
Предмет анализа выбран в соответствии с концепцией о геотермическом режиме недр как о ведущем факторе реализации генерационного потенциала нефтегазоматеринских отложений. Ключевым исследуемым геодинамическим параметром является глубинный тепловой поток, определяющий термическую историю отложений и сингенетичность очагов генерации УВ.
Результаты работы интересны как в теоретическом, так и в прикладном аспекте. Разработанные теоретические положения позволяют обосновать прогнозные критерии, которые могут быть применены при поисках нефти и газа палеозоя Западной Сибири.
Объектами диссертационного исследования являются фанерозойские нефтегазоматеринские свиты. Предмет исследования - палеотемпературные модели очагов генерации углеводородов в фанерозойских нефтегазоматеринских свитах.
Степень разработанности темы исследования
Перспективы нефтегазоносности осадочных образований доюрского основания ЗападноСибирской плиты предполагались уже на первом этапе изучения этого региона в 1930-е гг. (М.К. Коровин, Н.А. Кудрявцев и др.). После обнаружения в 1963 г. нефти в отложениях палеозоя на Медведевской площади (Томская область) первым сформулировал задачу выяснения перспектив нижнего структурного этажа и поисков залежей нефти и газа академик А.А. Трофимук. С этого момента начался наиболее интенсивный период изучения нефтегазоносности палеозоя.
С 1970 г. в Институте геологии и геофизики СО АН СССР и СНИИГГиМСе проводятся масштабные исследования, посвященные геохимии органического вещества (ОВ) и нефтей палеозоя. В 1970-1980-е гг. существенный вклад в изучение проблемы генезиса нефти и газа доюрских залежей Западно-Сибирской плиты внесли В.С. Вышемирский, А.Э. Конторович, А.С. Фомичев, Н.П. Запивалов, О.Ф. Стасова, В.С. Сурков, А.А. Трофимук, А.Н. Фомин, И.А. Олли и другие специалисты. Позднее вопросы происхождения «палеозойской» нефти рассматривались Е.А. Костыревой, Э.А. Абля, А.В. Ступаковой, Е.В. Бордюг, И.В. Гончаровым, С.В. Фадеевой, Д.Ю. Чирковой.
Однако результаты исследований приводили ученых к отличающимся выводам. В Нюрольском палеозойском осадочном бассейне в настоящее время Е.А. Костыревой (2005) выявлено 3 генетических типа источника, участвующих в генерации залежей УВ: палеозойский, нижнеюрский (тогурская и тюменская свиты), смешанный (в формировании залежей участвует ОВ и палеозойского, и нижнеюрского источников). Высказывается мнение и об участии в формировании доюрских залежей баженовской свиты (Ablya et al., 2008). В работах И.В. Гончарова показано, что механизм формирования залежей для каждого месторождения уникальный, поэтому для его понимания необходимо изучать генезис УВ в каждом отдельном случае.
Геохимические методы определения генезиса являются довольно трудоемкими, поскольку требуют отбора проб и проведения лабораторных исследований. Наряду с геохимическими критериями существует еще метод бассейнового моделирования, который может являться хоть и не полноценной, но хорошей альтернативой геохимическим исследованиям. С помощью этого метода можно выявлять очаги генерации УВ и определять возможность реализации генерационного потенциала нефтегазоматеринскими отложениями. Палеотемпературное моделирование успешно применяется для решения этих задач учеными всего мира. В российской практике работы, описывающие подходы к моделированию древних бассейнов, появляются все чаще: (Никитин и др., 2015; Филиппов, Бурштейн, 2017; Кузнецова, 2021; Космачева, Федорович, 2021; Ярославцева, Бурштейн, 2022; Федорович, Космачева, 2023). Мировой опыт палеотемпературного моделирования древних объектов представлен в работах по СевероАмериканскому (Osadetz et al., 2002; Gosnold et al., 2012), Азиатскому (Li et al., 2010; Liu et al., 2020), Европейскому (Littke et al., 2000; Littke et al., 2012), Африканскому (Dixon et al., 2010; English et al., 2017) и Австралийскому (Gibson et al., 2005) регионам.
Опыт использования палеотемпературного моделирования насчитывает уже более 20 лет - его методика является отлаженной и надежной. В связи с этим предполагается, что использование этого метода позволит приблизиться к решению проблемы генезиса нефти и газа доюрских залежей.
Цель настоящего исследования заключается в определении вероятного генезиса нефти и газа залежей в Нюрольском палеозойском осадочном бассейне на базе палеотемпературного моделирования очагов генерации в фанерозойских нефтегазоматеринских формациях.
В диссертационной работе решались следующие научные задачи:
A. Разработать схему одномерного палеотемпературного моделирования для восстановления термической истории фанерозойских отложений;
Б. Восстановить термическую историю юрских и палеозойских нефтегазоматеринских свит в скважинах Останинской и Чузикско-Чижапской групп месторождений и выявить в этих свитах благоприятные геотермические условия для генерации и сохранности углеводородов;
B. На основании геотемпературного режима в нефтегазоматеринских свитах определить возможный генезис нефти и газа залежей в Нюрольском палеозойском осадочном бассейне.
Научная новизна работы
A. Разработана схема одномерного палеотемпературного моделирования, взявшая за основу методику В.И. Исаева, но дополненная реконструкциями теплового потока, реализованными двухэтапным расчетом с использованием экспериментально определенных пластовых температур, позволяющая восстанавливать термическую историю отложений вплоть до раннесилурийского времени.
Б. Для скважин Останинской и Чузикско-Чижапской групп месторождений построены палеотемпературные модели. Такая модель базируется на реконструированном с раннесилурийского времени литолого-стратиграфическом разрезе скважины, дополненном теплофизическими параметрами отложений, и включает набор экспериментально определенных геотемператур, динамику палеоклимата для юго-востока Западной Сибири и динамику реконструированного теплового потока. Построенные модели позволяют восстанавливать термическую историю как юрских, так и палеозойских нефтегазоматеринских свит.
B. На основании результатов восстановления термической истории выполнен прогноз существования в палеозойских и юрских нефтегазоматеринских свитах благоприятного геотемпературного режима для генерации и сохранности углеводородов.
Г. По данным совместного анализа результатов палеотемпературного моделирования, пластовых испытаний и геохимических исследований сделаны выводы об источниках, формирующих залежи в Нюрольском палеозойском осадочном бассейне. Эти результаты дополняют современные представления о генезисе углеводородов залежей в доюрском НГК.
Теоретическая и практическая значимость работы
Тематика исследования соответствует направлениям 1.5.1.4. Геофизические методы поисков и разведки полезных ископаемых; 1.5.6.1. Геодинамика осадочных бассейнов и формирование месторождений нефти и газа; 1.5.6.2. Разработка методов прогноза и оценки ресурсов традиционных и нетрадиционных источников углеводородного сырья; нефть больших глубин, которые включены в Программу фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021-2030 годы), утвержденной распоряжением Правительства РФ от 31.12.2020 г. № 3684-р. По Программе, в список основных научных задач на период 2021-2030 гг. входит поиск и разработка нетрадиционных запасов энергоресурсов. Кроме того, тематика исследования находит отражение в Перечне критических технологий РФ, утвержденном Указом Президента РФ № 899 от 07.07.2011 г, под номером 20 «Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи». Значимость результатов исследования подтверждается соответствием долгосрочной стратегии развития науки Российской Федерации.
Результаты исследования, полученные на примере Нюрольского палеозойского осадочного бассейна, вносят весомый вклад в формирующуюся теорию генезиса углеводородов, заполняющих ловушки в доюрском нефтегазоносном комплексе. Кроме того, теоретическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в том, что они обогащают методику оценки перспектив нефтегазоносности, а именно иллюстрируют палеотемпературный метод определения возможности реализации нефтегазоматеринскими отложениями генерационного потенциала.
Практическая значимость обусловлена следующим: автором разработана схема одномерного палеотемпературного моделирования, взявшая за основу методику В.И. Исаева, но дополненная реконструкциями теплового потока, реализованными двухэтапным расчетом с использованием экспериментально определенных пластовых температур, позволяющая восстанавливать термическую историю нефтегазоматеринских отложений вплоть до раннесилурийского времени.
Методология и методы исследования
В основу методологии диссертационного исследования положена рабочая гипотеза о том, что проблему генезиса углеводородов, формирующих залежи в доюрском нефтегазоносном комплексе, можно решить путем восстановления термической истории фанерозойских нефтегазоматеринских свит и оценки их возможности, по температурному критерию, реализовывать генерационный потенциал.
Диссертационное исследование основано на положениях осадочно-миграционной теории нафтидогенеза и выполнено с применением результатов историко-геологического анализа (Сурков, Жеро, 1981; Шеин, 2006; Исаев, 2012; Палеозой юго-востока..., 1984; Дубатолов, Краснов, 1999, 2000; А.Э. Конторович и др., 2013, 2014; Добрецов, 2005; Аплонов, 2000; Гольберт и др., 1968; Рычкова, 2006 и др.). Принимается концепция о преимущественно вертикальной межпластовой миграции углеводородов (Коржов и др., 2013). В качестве методической основы для разработки схемы одномерного палеотемпературного моделирования фанерозойских очагов генерации углеводородов выбран хорошо апробированный метод математического одномерного палеотемпературного моделирования (Исаев, Волкова, Ним, 1995; Исаев, 2003; Исаев и др., 2018), основанный на численном решении уравнения теплопроводности горизонтально-слоистого твердого тела с подвижной верхней границей.
Положения, выносимые на защиту
Первое положение. Разработанная на базе методики В.И. Исаева схема одномерного палеотемпературного моделирования, включающая двухэтапную реконструкцию теплового потока, позволяет восстанавливать термическую историю отложений вплоть до раннесилурийского времени. Моделирование предполагает использование экспериментально определенных пластовых температур, выполнение реконструкции литолого-стратиграфического разреза скважины, учет теплофизических параметров отложений и динамики палеоклимата. Корректность результатов подтверждается соответствием критерию оптимальной невязки при расчете теплового потока: невязка расчетных и измеренных температур для большинства скважин не превышает ± 2 °C.
Второе положение. На территории Останинской и Чузикско-Чижапской групп месторождений благоприятные геотермические условия для генерации и сохранности углеводородов существовали как в юрских, так и в палеозойских потенциально нефтегазоматеринских свитах. Геотемпературный режим, способствующий генерации и сохранности нефти, существовал в юрских - баженовской, тюменской и тогурской, и палеозойских - чагинской (лугинецкой) и кыштовской свитах, а газа - только в палеозойских чагинской (лугинецкой), чузикской, мирной и кыштовской свитах.
Третье положение. Подтверждена научная гипотеза о возможности решения проблемы генезиса углеводородов, формирующих залежи в доюрском нефтегазоносном комплексе, путем восстановления термической истории нефтегазоматеринских отложений. Залежи в Нюрольском палеозойском осадочном бассейне сформированы палеозойским газом и палеозойской и юрской нефтью. Появление в доюрских резервуарах юрской нефти связано с наличием в разрезе нижнеюрской тогурской свиты. В таких разрезах могли формироваться залежи смешанных (палеозойская + юрская) нефтей.
Характеристика исходных данных
Построение геотемпературных моделей требует использования большого количества исходных данных, в том числе экспериментально измеренных температур пластов, динамики палеоклимата, данных о литолого-стратиграфическом строении геологического разреза, теплофизических свойств отложений, информации о притоках пластовых флюидов. Вместе с тем преимуществом проведенного исследования является тот факт, что сбор всех необходимых данных был осуществлен из архивных документов, баз данных и опубликованных источников.
При построении палеотемпературных моделей используются пластовые температуры, измеренные в ходе пластовых испытаний, из первичных дел скважин (материалы ТФ ТФГИ СФО); палеотемпературы, пересчитанные из определений отражательной способности витринита (ОСВ), предоставленные А.Н. Фоминым ИНГГ СО РАН.
Вековой ход температур на период моделирования был составлен путем совмещения результатов исследований А.А. Искоркиной (2017) и C.R. Scotese (2016).
Информация о литолого-стратиграфическом расчленении разрезов глубоких скважин взята из первичных дел скважин (материалы ТФ ТФГИ СФО). Геологическое строение палеозоя и возраст, вскрытых в его кровле отложений, уточнялись по отчетам о НИР, о подсчетах запасов на месторождениях УВ (материалы ТФ ТФГИ СФО), а также по литературным источникам. Восстановление структурно-седиментационной истории в окрестностях скважин выполнялось с опорой на результаты историко-геологического анализа и Решения межведомственного стратиграфического совещания палеозойских отложений (1999).
Данные о притоках флюидов в ходе пластовых испытаний сведены из первичных дел скважин (материалы ТФ ТФГИ СФО).
Степень достоверности результатов
Достоверность результатов палеотемпературного моделирования подтверждается соответствием погрешности при расчете значений плотности теплового потока критерию оптимальной невязки как на первом этапе моделирования, так и на втором.
Выполненный прогноз нефтегазоносности по результатам восстановления термической истории фанерозойских потенциально нефтегазоматеринских свит согласуется с результатами пластовых испытаний в скважинах.
Результаты диссертационного исследования не противоречат результатам проведенных геохимических исследований (Ступакова и др., 2015; Бордюг, 2011; Костырева, 2005; Гончаров и др., 2005, 2012 и др.).
Апробация результатов исследования
Основные результаты диссертационного исследования ежегодно докладывались на Международном симпозиуме студентов и молодых ученых имени академика М.А. Усова (Томск, 2018-2024 гг.), были представлены на 2-й Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы геологии нефти и газа Сибири» (Новосибирск, 2019 г.), на Всероссийской конференции с международным участием «Научные чтения памяти Ю.П. Булашевича» (Екатеринбург, 2021), на Всероссийской молодежной научной конференции с участием иностранных ученых «Трофимуковские чтения» (Новосибирск, 2019, 2021 гг.), на Уральской молодежной научной школе по геофизике (Екатеринбург, 2018 г.; Пермь, 2019 г.; Екатеринбург, 2020 г.; Пермь, 2021 г.; Пермь, 2023 г.).
В 2022 году по теме диссертации была составлена заявка на конкурс «Fifth Jubilee International Young Scientists Awards in the Field of Oil and Gas: A Glance Into the Future», где получила положительные рецензии.
Материалы диссертационной работы изложены в 33 публикациях, в том числе 9 статей в журналах перечня ВАК, из них 5 индексируемых в Scopus и Web of Science, 1 статья опубликована в международном журнале, индексируемом в Web of Science.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из 5 разделов, введения и заключения, общим объемом 151 страница, 25 иллюстраций, 27 таблиц, 117 источников литературы и 2 приложений.
Благодарности
Автор выражает глубокую сердечную благодарность научному руководителю д.г.-м.н. Исаеву Валерию Ивановичу (посмертно) за его многолетнее наставничество, чуткое руководство, помощь на всех этапах научной деятельности. Никакими словами нельзя выразить признательность за возможность общения с таким выдающимся специалистом в области геотермических исследований, за его бесценный опыт, которым он был всегда рад делиться со своими учениками.
Автор благодарит научного руководителя д.г.-м.н. Г. Лобову и руководителя отделения геологии ИШПР ТПУ д.г.-м.н. Н.В. Гусеву, оказавших поддержку на завершающем этапе работы.
Автор благодарит главного научного сотрудника ИНГГ им. А.А. Трофимука СО РАН А.Н. Фомина, руководителя ТФ ТФГИ СФО О.С. Исаеву за предоставление геолого-геофизической информации.
Автор выражает благодарность своему супругу Даниилу Сергеевичу Крутенко за обсуждение исследования, помощь при подготовке графических материалов, содействие и постоянное внимание при написании диссертационной работы.
В настоящем исследовании выполнено совместное палеотемпературное моделирование палеозойского и мезозойско-кайнозойского осадочных бассейнов на территории юго-востока Западной Сибири для определения вероятного генезиса нефти и газа залежей в доюрском нефтегазоносном комплексе.
Поскольку выполнение совместного моделирования осадочных бассейнов требует учета динамики изменяющегося во времени теплового потока, то на основе авторской методики Исаева В.И. была разработана схема палеотемпературного моделирования, включающая реконструкцию теплового потока, реализованную двухэтапным расчетом.
Основу модели составляет реконструированный с раннесилурийского времени литологостратиграфический разрез скважины, дополненный теплофизическими параметрами отложений. Термическая история восстанавливается с учетом динамики палеоклимата и реконструированного теплового потока. Расчет теплового потока выполняется по экспериментально определенным пластовым температурам, полученным в ходе пластовых испытаний и рассчитанным по отражательной способности витринита, как в мезозойско- кайнозойской, так и палеозойской частях разреза.
Описанная схема была использована для восстановления термической истории фанерозойских нефтегазоматеринских отложений до раннесилурийского времени. Установлено, что благоприятные геотермические условия для генерации и сохранности нефти существовали как в юрских, так и в палеозойских, а газа - только в палеозойских потенциально нефтегазоматеринских свитах. При этом распространение очагов генерации углеводородов часто имеет локальный характер ввиду блокового строения доюрского основания.
Комплексный анализ результатов палеотемпературного моделирования позволил сделать выводы о генезисе нефти и газа доюрских залежей Нюрольского палеозойского осадочного бассейна. На примере восьми площадей нефтегазонакопления показано, что, вопреки распространенному мнению, поднятие мантийного суперплюма 250 млн лет назад не привело к метаморфизации осадочных пород. В палеозойских отложениях сохранялись благоприятные условия для генерации и сохранности нефти и газа. Что касается фазового состояния углеводородов, то в палеозойских отложениях преимущественно происходило газообразование. Тем не менее, на локальных участках геотемпературный режим в верхней части палеозойского разреза способствовал генерации и сохранности нефти.
Палеозойские отложения, по-видимому, уступают по своему потенциалу мезозойским. Широкому распространению палеозойских залежей помешала сложная геологическая история развития территории. Залежи УВ палеозойского генезиса или не сформировались ввиду отсутствия коллекторов, или были разрушены. Поэтому при разведке были получены притоки УВ небольших дебитов или лишь следы остаточного газа, пленки нефти.
Тем не менее, при благоприятных условиях ловушки в доюрском НГК могли заполняться палеозойским газом, палеозойской и, при наличии в разрезе тогурской свиты, юрской нефтью, формируя залежи монотипных (только палеозойская) или смешанных (палеозойская + юрская) нефтей.
Таким образом в ходе диссертационного исследования удалось подтвердить научную гипотезу о том, что проблему генезиса углеводородов, формирующих залежи в доюрском нефтегазоносном комплексе, можно решить путем восстановления термической истории фанерозойских нефтегазоматеринских свит и оценки их возможности, по температурному критерию, реализовывать генерационный потенциал.
Доюрский НГК на территории Томской области обладает высоким потенциалом. Необходимым условием успешного освоения этих ресурсов, относящихся к трудноизвлекаемым, является решение научной проблемы теоретического и экспериментального обоснования поисковых критериев. Представляется, что результаты настоящего исследования могут внести в решение этой проблемы весомый вклад.
Поскольку выполнение совместного моделирования осадочных бассейнов требует учета динамики изменяющегося во времени теплового потока, то на основе авторской методики Исаева В.И. была разработана схема палеотемпературного моделирования, включающая реконструкцию теплового потока, реализованную двухэтапным расчетом.
Основу модели составляет реконструированный с раннесилурийского времени литологостратиграфический разрез скважины, дополненный теплофизическими параметрами отложений. Термическая история восстанавливается с учетом динамики палеоклимата и реконструированного теплового потока. Расчет теплового потока выполняется по экспериментально определенным пластовым температурам, полученным в ходе пластовых испытаний и рассчитанным по отражательной способности витринита, как в мезозойско- кайнозойской, так и палеозойской частях разреза.
Описанная схема была использована для восстановления термической истории фанерозойских нефтегазоматеринских отложений до раннесилурийского времени. Установлено, что благоприятные геотермические условия для генерации и сохранности нефти существовали как в юрских, так и в палеозойских, а газа - только в палеозойских потенциально нефтегазоматеринских свитах. При этом распространение очагов генерации углеводородов часто имеет локальный характер ввиду блокового строения доюрского основания.
Комплексный анализ результатов палеотемпературного моделирования позволил сделать выводы о генезисе нефти и газа доюрских залежей Нюрольского палеозойского осадочного бассейна. На примере восьми площадей нефтегазонакопления показано, что, вопреки распространенному мнению, поднятие мантийного суперплюма 250 млн лет назад не привело к метаморфизации осадочных пород. В палеозойских отложениях сохранялись благоприятные условия для генерации и сохранности нефти и газа. Что касается фазового состояния углеводородов, то в палеозойских отложениях преимущественно происходило газообразование. Тем не менее, на локальных участках геотемпературный режим в верхней части палеозойского разреза способствовал генерации и сохранности нефти.
Палеозойские отложения, по-видимому, уступают по своему потенциалу мезозойским. Широкому распространению палеозойских залежей помешала сложная геологическая история развития территории. Залежи УВ палеозойского генезиса или не сформировались ввиду отсутствия коллекторов, или были разрушены. Поэтому при разведке были получены притоки УВ небольших дебитов или лишь следы остаточного газа, пленки нефти.
Тем не менее, при благоприятных условиях ловушки в доюрском НГК могли заполняться палеозойским газом, палеозойской и, при наличии в разрезе тогурской свиты, юрской нефтью, формируя залежи монотипных (только палеозойская) или смешанных (палеозойская + юрская) нефтей.
Таким образом в ходе диссертационного исследования удалось подтвердить научную гипотезу о том, что проблему генезиса углеводородов, формирующих залежи в доюрском нефтегазоносном комплексе, можно решить путем восстановления термической истории фанерозойских нефтегазоматеринских свит и оценки их возможности, по температурному критерию, реализовывать генерационный потенциал.
Доюрский НГК на территории Томской области обладает высоким потенциалом. Необходимым условием успешного освоения этих ресурсов, относящихся к трудноизвлекаемым, является решение научной проблемы теоретического и экспериментального обоснования поисковых критериев. Представляется, что результаты настоящего исследования могут внести в решение этой проблемы весомый вклад.