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

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 10 003 1500 8503 11 192.

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 законтуро 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 Предкавказьяразработка методики определения гидродинамических параметров коллектора, методики оценки эксплуатационных ресурсов гидроминерального сырья.

Это потребовало решения следующих основных задач: к — установить закономерности распространения и выявить механизм формирования йодсодержащих подземных вод хадумского горизонта;

— изучить механизм формирования концентраций йода;

— провести обзор и анализ методических подходов к оценке ресурсов гидроминерального сырья глубокопогруженных горизонтовк- - разработать методику определения гидродинамических параметров водоносного 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 мобилизацией 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 ресурсов 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 гидродинамические 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 использок 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 научноисследовательской 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.

Основные результаты исследований, отражающие научную новизну, заключаются в следующем:

1. Детализированы и расширены представления о пространственных гидрохимических закономерностях и механизме формирования вод хадумского горизонта;

2. Установлено, что формирование вод обусловлено отжатием рыхло — и прочносвязанных вод при уплотнении глинистых образований хадумского горизонта и глин майкопской толщи в условиях застойного гидродинамического режима элизионного типа;

3. Выявлен механизм формирования высоких концентраций йода в водах хадумского горизонта, связанный с накоплением органического вещества в нефтегазоматеринских хадумских и майкопских отложениях, последующим растворением гуминовых кислот органо-минеральных комплексов и мобилизации соединений йода и простых ионных форм застойными и движущимися пластовыми водами;

4. Установлено, что концентрирование йода осуществлялось за счёт переноса его вместе с пластовыми водами и выделяющимися углеводородами, конденсации паров воды в наиболее проницаемых коллекторах на более высоких гипсометрических отметках. Способствовало накоплению йода создание гидрохимического барьера за счёт сужения площади коллекторов песчаной полосы в северо-восточном направлении и присутствия газовых залежей;

5. Обоснована возможность использования ряда гидродинамических показателей разработки газовой залежи (параметры депрессионной воронки, дебит водопритока) для оценки потенциальных эксплуатационных запасов промышленных вод и определения обобщённых гидрогеологических параметров.

В качестве защищаемых положений выдвинуты три 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 органических остатках, с растворением органо-минеральных комплексов и мобилизацией 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.

Выполненные исследования позволяют повысить информативность получаемых в процессе поисков, разведки и разработки залежей углеводородов гидрогеохимических и гидродинамических данных, расширить сферу их применения для решения научных и прикладных задач народного хозяйства.

Многие из нефтяных, газоконденсатных и газовых месторождений исследуемого региона находятся или приближаются к завершающей стадии разработки. Осуществляется с 1983 г. эксплуатация крупнейшего в России подземного хранилища газа на базе выработанной залежи ССПГМ. Изучение закономерностей распространения и формирования приуроченных к ним промышленных вод, а также разработка методологических подходов к оценке ресурсов гидроминерального сырья позволяет повысить комплексность использования недр и способствует снижению остроты социальных проблем в регионе. С точки зрения автора перед исследователями встают новые научные задачи, связанные с повышением категорийности определяемых ресурсов, детализации геофильтрационных параметров по водоносному пласту, учёту техногенного фактора и геоэкологических проблем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе представлены результаты исследований, целью которых являлась разработка научно-методических основ оценки ресурсов гидроминерального сырья и обоснование представлений о процессах формирования химического состава промышленных вод хадумского горизонта Центрального Предкавказья.

Главное внимание в работе уделено обоснованию причинно-следственных закономерностей пространственного распределения отдельных компонентов ионно-солевого состава и соответствие применяемых расчётных зависимостей для определения ресурсов и гидрогеологических параметров характеру природных процессов.

Выполненные исследования подтвердили и позволили дополнительно аргументировать выводы предыдущих разработок, важнейшим из которых является положение о седиментационно-литогенетическом формировании хадумских вод.