Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Эакономерность формирования и оценка ресурсов промышленных йодных вод хадумского горизонта Центрального Предкавказья

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Еремина, Наталья Владимировна, Ростов-на-Дону

'/ • // / / Г". - л/

■■■■ -'7 /■'/ X' -..... /

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЕРЁМИНА НАТАЛЬЯ ВЛАДИМИРОВНА

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ОЦЕНКА РЕСУРСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЙОДНЫХ ВОД ХАДУМСКОГО ГОРИЗОНТА ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ

Диссертация на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Специальность: 04.00.06 - гидрогеология

Научные руководители:

доктор геолого-минералогических наук В.П. Ильченко кандидат геолого-минералогических наук Ю.В. Терновой

Г

Ростов-на-Дону

1999

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................... 4

1.СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ ГИДРОМИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ КОМПЛЕКСОВ................................................... Л

2. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАСТОВЫХ ВОД ХАДУМСКОГО ГОРИЗОНТА ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ .... _20

2.1. Геологические условия и тектоника................................................. _2С[

2.2. Литология водовмещающих пород и их ёмкостно-фильтрационные свойства...............................................................

2.3. Гидродинамический режим................................................ Ъ2_

2.4. Геотермический режим................................................................... 57_

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПЛАСТОВЫХ ВОД ХАДУМСКОГО ГОРИЗОНТА ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ................................... ,39_

3.1. Общие закономерности изменения химического состава пластовых вод................................................................................................... _41_

3.1Л. Ионно-солевой состав и общая минерализация...................... _41_

3.1.2. Водорастворённые газы............................................................ 47

3.1.3. Йод и бром............................................................................... 53

3.2. Формирование концентраций йода.................................................. ^

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ РЕСУРСОВ ГИДРОМИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ГОРИЗОНТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВЫЕ ЗАЛЕЖИ........................................................ _70_

4.1. Обзор методических подходов к оценке ресурсов вод глубоко-погруженных горизонтов.........................................................................

4.2. Разработка методики определения гидрогеологических парамет-

ров водоносных горизонтов по данным разработки газового месторождения ................................................................................................... 76

4.3. Разработка методики оценки потенциальных эксплуатационных ресурсов подземных вод по данным разработки газового месторождения ......................................................................................................... 82

5. АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРО-СТАВРОПОЛЬСКО-ПЕЛАГИАДИНСКОГО ГАЗОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ...................................................................................... _87_

5.1. Обоснование расчётных параметров................................................ 87

5.2. Определение обобщённых гидрогеологических параметров пласта-коллектора .......................................................................................... 107

5.3. Оценка потенциальных эксплуатационных ресурсов промышленных йодсодержащих вод хадумского горизонта Центрального Предкавказья...............................................................................................

6. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................................................... Ш

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................................................. 141

ЛИТЕРАТУРА............................................................................................... 144

ПРИЛОЖЕНИЯ.............................................................................................. 158

Г

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в связи с распадом Советского Союза образовался дефицит снабжения народного хозяйства йодом (табл. 1). Если раньше на Российский рынок йод поступал из Азербайджана и Туркмении, то сейчас функционирует только Троицкий йодный завод, выпускающий порядка 60 тонн йода в год. В то же время потребность России в йоде составляет около 500 тонн в год (табл. 2 [90]). Настолько же остро стоит вопрос с обеспечением народного хозяйства бромом.

Таблица 1

Мировое производство йода и брома

Страна Мировое производство, тыс. т за 1989 г.

брома йода

США 175 1,86

Израиль 120 -

Англия 25 -

Франция 18 -

Япония 15 7,6

Чили - 4,0

Туркменистан 7,2 0,53

Китай - 0,53

Азербайджан - 0,23

Украина 6,2 -

Россия 1,65 0,144

Таблица 2

Потребность России в йоде и броме

Продукт Потребность, Производство Текущий Потребность

дефицит в 2000 г.

т/год

1994 - 1995 гг.

Бром 10003 1500 8503 11192

Иод 533 60 473 844

Характерной особенностью промышленных йодных вод является их генетическая связь с нефтегазоносными отложениями. Получаемая в процессе поисков, разведки и разработки залежей углеводородов информация о динамике водонапорного бассейна, минерализации вод, солевом и микроэлементном их

составе из-за недостаточной разработанности методических приёмов используется не в полном объёме. Автором предлагается методика, позволяющая всесторонне изучать гидрогеологические условия месторождений промышленных вод, выделять перспективные участки, уточнять гидродинамические параметры водоносных пластов и составлять прогноз ресурсов подземных вод и растворённых в них компонентов, включая йод и бром. Последнее определяет практическую значимость и научную актуальность проведённых исследований.

Объект исследований. Предкавказье в 50-60 годах являлось основным газодобывающим районом бывшего СССР, причём основной объём добычи приходился на залежи хадумского горизонта Центрального Предкавказья. Здесь была создана разветвлённая инфраструктура газодобывающих промыслов, самая мощная из которых сформирована на Северо-Ставропольско-Пелагиадинском месторождении. Процессы и явления, обусловившие формирование водовмещающих пород, пластовых и поровых вод и углеводородных газов хадумского горизонта способствовали обогащению пластовых законтур-

о

ных вод йодом до 30-60 мг/дм .

Наличие промышленных концентраций йода в водах хадумского горизонта, промысловой инфраструктуры газовых промыслов на выработанных газовых месторождениях позволяет в определённой мере решить проблему дефицита йода в стране. В создавшейся ситуации появилась необходимость исследовать закономерности формирования и динамики подземных вод хадумского горизонта и оценить приуроченные к этим водам ресурсы йода и брома.

Цель исследования - выявление закономерностей распространения и формирования промышленных йодных вод хадумского горизонта Центрального Предкавказья; разработка методики определения гидродинамических параметров коллектора, методики оценки эксплуатационных ресурсов гидроминерального сырья.

Это потребовало решения следующих основных задач:

к - установить закономерности распространения и выявить механизм формиро-

вания йодсодержащих подземных вод хадумского горизонта;

- изучить механизм формирования концентраций йода;

- провести обзор и анализ методических подходов к оценке ресурсов гидроминерального сырья глубокопогруженных горизонтов;

к- - разработать методику определения гидродинамических параметров водонос-

ного пласта по динамике изменения депрессионной воронки и расходу внедряющихся вод разрабатываемой газовой залежи;

- разработать методику оценки эксплуатационных ресурсов промышленных вод на основе гидрогеологической и геолого-промысловой информации, полученной при разработке газовой залежи;

- апробировать методики на Северо-Ставропольско-Пелагиадинском газовом месторождении;

- обосновать основные направления и выделить первоочередные объекты освоения гидроминерального сырья на территории Центрального Предкавказья.

Фактический материал, положенный в основу исследований, собран автором в процессе полевых и камеральных работ в период 1994-1999 гг. В работе использованы материалы предприятия «Кавказтрансгаз», Крымского научно-производственного объединения «Йодобром», ОАО «СевКавНИПИгаз», ВНИИгаз, МГУ, ИГиРГИ, ВНИГНИ и опубликованные материалы по гидрогеологии и нефтегазоносности отечественных и зарубежных авторов. Основные защищаемые положения: 1. Основными факторами формирования промышленных йодсодержащих вод и газовых залежей хадумского горизонта Центрального Предкавказья явились гидродинамический режим элизионного типа, термобарические условия и органическое вещество пород хадумского горизонта и майкопской толщи. Механизм йодонакопления подземных вод связан с концентрацией йода в орга-I нических остатках, с растворением органо-минеральных комплексов и моби-

лизацией йода пластовыми водами.

2. Определение обобщённых гидрогеологических параметров водоносного пласта предлагается проводить по объёму внедряющихся вод в залежь газового месторождения и параметрам (размерами) депрессионной воронки в законтурной области.

3. Прогноз потенциальных эксплуатационных ресурсов промышленных вод возможен по динамике изменения параметров депрессионной воронки и расходу внедряющихся вод в разрабатываемую газовую залежь.

Научная новизна работы заключается в разработке методики определения гидродинамических параметров и методики оценки ресурсов гидроминерального сырья газоносных территорий, а также в углублении представлений о формировании вод и концентраций йода хадумского горизонта Центрального Предкавказья:

1. Детализированы вопросы о закономерностях распределения и формирования концентраций отдельных элементов (№+,Са2+, СГ, НСОз, Вг", Г и др.) исследуемых вод;

2. Установлены гидрохимические и гидродинамические свидетельства се-диментационного, дегидратационного и конденсатогенного происхождения пластовых вод хадумского горизонта Центрального Предкавказья;

3. Предложен механизм формирования концентраций йода в исследуемых водах. Установлена общность процессов концентрирования йода и газонакопления в пластовых водах хадумского горизонта, в том числе с закономерностями формирования газовых залежей Центрального Предкавкзья. Наиболее детально этот вопрос разработан для Северо-Ставропольско-Пелагиадинского месторождения;

4. Обоснована возможность определения обобщённых гидрогеологических параметров, учитывающих влияние анизотропии пласта, граничных (в том числе тектонических) условий по влиянию разрабатываемой газовой залежи на водонапорную систему;

5. Доказана возможность оценки потенциальных эксплуатационных ресур-

> сов категории С2 и Р (Классификация эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод, 1983) по динамике изменения параметров депресси-онной воронки и обводнения газовых залежей, выделены критерии соответствия гидрогеологических условий расчётным зависимостям.

Практическая значимость исследований состоит в том, что их резуль-I таты позволяют более обоснованно применять гидрохимические и гидродина-

мические данные при решении вопросов, связанных с определением состава и ресурсов промышленных вод при обосновании промышленной разработки минерального сырья на новых объектах.

Совершенствование методических подходов прогнозирования потенциальных эксплуатационных ресурсов и определения обобщённых гидрогеологических параметров позволят, по сравнению с традиционными методами оценки, минимизировать их стоимость, снизить капитальные вложения, упростить и повысить оперативность расчётов, более объективно оценить потенциальные эксплуатационные ресурсы при обосновании строительства промысла по добыче промышленных йодных вод.

Реализация результатов работы. Исследования по теме диссертационной работы отражены в отчётах лаборатории гидрогеологии ОАО «СевКавНИПИгаз» принятых к использованию ОАО «Газпром». Полученные автором научные данные использованы при выборе основных направлений и планировании поисково-разведочных работ по освоению сырьевой базы в Северо-Кавказском регионе.

Результаты научных исследований были введены в учебный процесс Северо-Кавказского политехнического университета по дисциплинам «Общая гидрогеология», «Нефтегазовая гидрогеология», «Динамика подземных вод», «Гидрогеология нефтегазовых месторождений». Использование разработанных методик определения обобщённых гидрогеологических параметров и оценки

> эксплуатационных ресурсов нефтегазовых горизонтов способствуют получению студентами навыков научно-обоснованной оценки перспектив использо-

к вания водных ресурсов и выбора оптимальных направлений региональных работ на минеральные, промышленные и термальные воды. Имеются опубликованные работы по данной тематике, выполненные в соавторстве со студентами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлялись, докладывались и обсуждались на различных конференциях, в том ! числе на научно-технической конференции по результатам научно-

исследовательской работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов (Ставрополь, 1996), первой научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 1997), на межрегиональной научно-технической конференции по проблемам газовой промышленности России, посвященная 35-летию СевКавНИПИгаз (Ставрополь, 1997 г.), 53 Межвузовской студенческой научной конференции РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (Москва, 1999 г.)

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 159 страницах машинописного текста, иллюстрируется 35 рисунками, 20 таблицами, сопровождается списком литературы из 128 наименований и тремя приложениями.

Во введении отражена актуальность работы, её цель, задачи, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проведён обзор изученности объекта исследований и состояния комплексного освоения приуроченных к нефтегазоносным горизонтам гидроминеральных ресурсов, обоснованы задачи научных исследований.

Во второй главе даётся характеристика и анализ основных факторов формирования химического состава вод хадумского горизонта Центрального Предкавказья (геологических, гидродинамических, геотермических).

Третья глава посвящена выявлению пространственных гидрогеохимических закономерностей и рассмотрению механизма формирования концентра} ций йода.

>. В четвёртой главе решается вопрос о возможности использования данных

о параметрах депрессионной воронки и динамики внедрения пластовых вод в разрабатываемую газовую залежь для определения гидрогеологических параметров и оценки ресурсов подземных вод.

В пятой главе, на основе установленных гидрогеохимических и гидроди-I намических закономерностей, проводится апробация предлагаемых методиче-

ских подходов на примере разработки газовой залежи Северо-Ставропольско-Пелагиадинского газового месторождения (ССПГМ).

В шестой главе отражены вопросы практического использования результатов исследований.

В заключении подводятся итоги выполненных исследований, формулируются основные результаты и защищаемые положения работы, характеризующие её научную новизну и практическую значимость.

По теме диссертации опубликовано 8 работ. Результаты исследований приведены в 2 научно-исследовательских отчетах.

Диссертация выполнена под руководством доктора геолого-минералогических наук В.П. Ильченко и кандидата геолого-минералогических наук Ю.В. Тернового, которым автор выражает глубокую искреннюю признательность.

Автор благодарит коллег по институту СевКавНИПИгаз H.A. Асееву, к.г.-м.н. Ю.Г. Гирина, H.A. Козлову, И.Л. Осадчую, Н.М. Петухову, Г.В. Сухо-верко, A.A. Темирова, А.Р. Шакирова, С.К. Яровую за полезные советы и практическую помощь.

Ценные советы и критические замечания получены со стороны докторов геолого-минералогических наук В.И. Петренко, А.Н. Резникова, Э.С. Сианися-на, кандидатов геолого-минералогических наук Б.П. Акулинчева, В.М. Андреева, С.А. Варягова, В.Г. Вершовского, В.А. Гридина, Н.К. Никитина, З.В. Стер-ленко, М.Г. Тарасова, A.A. Ярошенко.

I 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И

КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ ГИДРОМИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Изучением вопросов геологического строения Предкавказья, в целом, и I майкопской толщи, в частности, занимались многие геологи: Г.В. Абих, Н.И. Андрусов, Л.А. Анисимов, И.О. Брод, М.С. Буньков, М.С. Бурштар, Н.С. Волкова, С.А. Гатуев, Ф.Ф. Голынец, М.В. Гзовский, В.Д. Голубятников, Б.П. Жижченко, Д.Л. Иванов, И.Г. Киссин, А.Л. Козлов, B.C. Косарев, А.И. Летавин, М.В. Муратов, В.Н. Павлинов, A.C. Панченко, Ф.П. Пантелеев, К.А. Прокопов, H.H. Ростовцев, Н.И. Суббота, Г.М. Сухарев, A.A. Телегина, Л.С. Тёмин, Л.С. Тер-Григорьянц, Ю.В. Терновой, Н.Ю. Успенская, A.A. Ханин, A.A. Хуциев, Н.С. Шацкий, Е.К. Щуцкая и др.

Тектоника и история формирования Кавказа рассматривалась в работах Б.А. Алфёрова, В.В. Белоусова, К.П. Паффенгольца, В.Е. Хаина, В.П. Ренгарена, М.В. Муратова, A.A. Хуциева, И.О. Брода и других исследователей.

Значительный по объёму комплекс гидрогеологических исследований был выполнен в 50-60-е годы в связи с широким развитием поисково-разведочного бурения. В это время вопросы литологии, стратиграфии, минералогии майкопских слоев рассматривались в работах