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油气无机成因现代理论在第聂伯-顿涅茨克油气田钻井开发中的最新应用  

2014-03-11 10:00:21|  分类: 《天下》2013年第 |  标签: |举报 |字号 订阅

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文/V.A.Krayuskin et al. (﹝乌克兰﹞克克约斯基)   译/崔永强

 

这篇文章介绍了一个通过钻探获得的地球外壳特征的特殊发现,它不仅具有深刻的科学意义还对支持这个研究项目的国家有直接的经济价值。这些科学结论属于两个方面:(1)地质环境中大量商业生产烃类堆积的发现,这是很不寻常的(至少在美国是这样);(2)用化学、细菌学、古生物学方法研究确定它的来源。

通过启动和实施项目的广泛研究和观察而获得的科学知识要比专门的研究和实验有更重大的科学意义。这个已经完成的项目从一开始就清楚地认识到现代俄罗斯油气无机成因理论。尽管美国几乎不知道俄罗斯油气无机成因理论,在这个短小的文章里也无法去描述它。因此这里需要对油气成因的现代理论进行简单的陈述,油气成因的现代理论认为:油气是一种从深部喷出的原始物质。

在明确认识油气成因现代理论的基础上,这里介绍一个最近在第聂伯-顿尼茨盆地侧翼实施的勘探项目。这是一个从很多项目中挑选出来的特殊例子,因为它是一个“纯粹”现代概念的项目:探区在过去已经被广泛地研究,并曾经被否定(根据油气有机成因假说进行的研究),认为没有油气生成的潜力;最初的工作,从钻井方案到生产试验的实施所采用的勘探技术都针对结晶环境中无机成因油气;油气生产中的科学实验也是为验证石油和天然气起源于地球深部假说而设计的。

第聂伯-顿尼茨盆地沿NW-SE向30.6°E-40.5°E延伸;北部和南部的边界分别为50.0°N~51.8°N和47.8°N~50.0°N。该盆地北部单斜翼经过45年的研究,它的沉积、变质、火成岩已经被判断为不存在油气生产潜力,因为完全没有“源岩”(之类的地层)并且存在活跃、强烈自喷的循环水。最近,这个地区依照油气无机成因的现代理论被重新调查。

油气无机成因的现代理论认为,烃类作为原始物质是从地球深部喷出来的,勘探程序开始于结晶盆地北部单斜翼构造历史和地质结构的详细分析。随后的勘探和钻井项目导致了12个油田的发现和开发,它们的油气储量相当于219,000,000t石油当量,主要产于前寒武纪结晶基底。这些已发现的油田在一个大约30~35km宽、400km长的条带、靠近北边缘深断裂、含油层位是中下石炭纪砂岩和前寒武纪结晶基底复杂的花岗岩、闪岩、片岩。这个勘探项目还在哈尔克附近发现了一个30km宽、100km长的新产气区,哈尔克已经生产天然气累计达100,000,000,000 m3

总钻井61口,37口井具商业价值,勘探成功率为55%。生产井初期产量变化在每天40~350t石油和100,000~1,600,000 m3天然气。产自上部沉积层的原油比重指数在25°~48°API,产自前寒武纪结晶基底的石油28°~48°API。石油中的硫含量一律小于0.3%。产自前寒武纪结晶基底的天然气还含有凝析油。已发现和开发层位和深度详细情况如下:

1)上部沉积层:生产石油和天然气上部沉积层储集岩石是中下石炭纪砂岩。生产石油的石炭纪砂岩储集层深度是:3133~3172m;3200~3212m;3530~3543m;3666~3688m。生产天然气的石炭纪砂岩储集层深度是:1738~1754m;1802~1835m;2034~2063m;2813~2854m;2905~2994m;2910~2943m;2987~3526m;2990~3176m;3080~3339m;3089~3135m;3425~3603m;3439~3442m;3450~3469m;3472~3500m;3506~3528m;3530~3543m;3638~3724m;3824~3845m;3874~3933m;3962~4002m;4007~4100m;4423~4463m;和4500~4505m。

2)前寒武纪结晶基底油气储集层:加上在沉积层中的储集层,在结晶基底顶面到200m的深度范围内,勘探钻井已经在前寒武纪结晶基底混杂岩石中发现了5个储集层。在这些传统的非常规储集岩中,油气井生产层深度为:3135~3151m;3164~3172m;3167~3173m;3192~3196m;3200~3280m;3213~3235m;3240~3260m;3244~3272m;3432~3493m;3468~3480m;3501~3520m;3516~3529m;3521~3531m;3516~3529m;3521~3531m;3547~3550m;352~3570m;3590~3612m;3610~3625m;3618~3687m;3636~3735m;3685~3695m;3735~3800m;和4020~4041m。

和标准沉积岩储集层相比,这些形成圈闭的石炭纪砂岩储集层是较浅的页岩地层。前寒武纪结晶基底中圈闭的储集层是封闭、无裂缝、基本呈水平带的结晶岩和有裂缝的、欠压实的花岗岩、闪岩岩床互层。

随着油气田的发现,开展了一系列非常特殊的科学研究来验证石油和天然气由地球深部进入储集层中的假设。主要的实验分析如下:

1)石油中丰富的痕量元素的相关性分析:从所有油层和深度产出的原油中的痕量金属元素的相关性的分析。例如,检测了Ni/V比例和甲烷与氮气的比值。大量的痕量金属元素显示了一个清楚的相关性,并由此推断出所有层位的石油拥有一个相同深度的来源,虽然这些层位具有明显的分隔特征,也无论其储集层岩石的年龄、类型、或环境。

2)原油古生物学分析及其意义:较浅的二叠纪和上下石炭纪砂岩地层古生物分析表明泥盆纪、古生代孢子-花粉和其它微体古生物化石的存在,由此推断出石油从深部向上运移的方向,运移和二者年龄没有必然的联系。这些生产井中石油的古生物学分析由利沃夫、明斯克、莫斯科的实验室完成。古生代微体古生物化石研究包括:Protoleiospheridium Conglutinatun Tim.,Zonoleiospheridium Larum Med.,Leiominuscula Rugosa.,Margominuscula Rugosa Medw.,Protoarchaeosacculin Stava Naum.,Leiopsophosphaera Giganteus Schep.,Asperatopsophosphaera Magna Schep.,Strictosphaeridium Implexum Tim.,Gloecapsomorpha Hebeja Tim.,Turuchanica Alara Rud.,Pulvinomorpha Angulata Tim。在各油田各层位的石油中,所有的实验室都发现古生代微体古生物占总孢粉数的比率一般在70%-75%,无论它的储集岩石、深度或年龄。

3)石油细菌学分析和“生物标记”分子的检测:产自第聂伯-顿尼茨盆地结晶基底各层位的石油中特别地检测了卟啉分子或“生物标记”分子,它的存在过去被误解为石油生物成因的“证据”。这里没有石油含有这样的分子,甚至百万分之一的浓度也没有。最近还有一个研究取得进展,在该盆地结晶基底岩石最上层的含油层中产出的石油中鉴定出了深的、厌氧的、烃类代谢微生物的存在。

4)大量上升氦的测量:所有产层的油气中都含有大量的上升氦。这些天然气和石油,例如产自Yulyovskoye油田,其中含有不少于180,000,000 m3的氦。氦是深源成因的并且只有夹带在另一种运载流体中才能在地壳中运移很远的距离,一般是与烃类或烃和二氧化碳或氮气一起运移,这运移过程中氦富集于运载流体中。

这些成果单独或共同证明了这样的科学结论:发现在第聂伯-顿尼茨盆地北部单斜翼的前寒武纪结晶基底和沉积盖层中的石油和天然气是深源无机成因的。

本文作者因为对发现这12个油田的贡献而受到了乌克兰1993年科学技术国家奖。

目前,勘探钻井仍在继续取得成功。截至1994年2月15日,有20个新的商业油气田投入开发。其中一个就是Khukhrya油田,该油田拥有18,000,000t的石油储量。另一个是Yulyovskoye油气田,最近发现石油储量已达到27,000,000t石油当量。Ω

 

注释:大庆油田公司勘探开发研究院崔永强高级工程师根据英文版文献翻译。

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