Процессы и силы заполнения газом в плотных песчаниках формации Шихэцзы (P2x1) месторождения Дуншэн, северная часть бассейна Ордо, Китай

Почему эта подземная история важна

Глубоко под степями северо‑центрального Китая крупное месторождение природного газа заперто в породах, через которые жидкости почти не проходят. Эти плотные песчаники содержат достаточно газа, чтобы обеспечивать города, но только если мы поймём, как газ туда попал и где он сосредоточился. В исследовании подробно реконструируется скрытая история месторождения Дуншэн в бассейне Ордо и показано, как давление в недрах противостояло сопротивлению крошечных пор родовых пород, заполняя газом одни зоны и оставляя другие в основном водонасыщёнными. Работа предлагает новый подход к прогнозированию, какие части плотного коллектора принесут доход, а какие разочаруют.

Запертый газ в плотных породах

Месторождение Дуншэн — один из крупных ресурсов газа в плотных песчаниках Китая. Его основной газоносный слой, часть нижнепермской формации Шихэцзы, залегает на глубинах примерно от двух до четырёх километров. Средняя пористость песчаников здесь составляет всего 8,6%, а проницаемость крайне мала, поэтому газ не будет свободно течь без инженерного вмешательства. По результатам изучения более двух тысяч кернов исследователи показывают, что большая часть этой свиты сейчас квалифицируется как плотный песчаник, особенно к югу от крупного разлома Поэрцзянхайцзы. Лишь в более мелководной северной зоне поровое пространство и способность к течению несколько лучше сохранены.

Как порода уплотнялась со временем

Чтобы понять, почему порода стала такой плотной, команда реконструировала историю захоронения и прогрева бассейна. Выяснилось, что по мере накопления осадков в течение сотен миллионов лет зерна песка в слое Шихэцзы сближались, а химические процессы приводили к росту кварца и глинистых минералов, спаивавших зерна в жёсткий каркас. Тонкослойные снимки показывают зерна, вдавленные друг в друга с криволинейными контактами, а большинство открытых пор перешли в мелкие вторичные поры или частично заполнились битуменом. Моделирование показывает, что первоначальная пористость порядка трети объёма породы сокращалась до менее чем 10% во многих зонах ещё до основного притока газа.

Три волны заполнения газом

Далее исследователи обратились к крошечным пузырькам жидкостей, захваченным в минералах — флюидным включениям — чтобы датировать поступление нефти и газа в коллектор. В сочетании с компьютерными моделями погребения, прогрева и генерации углеводородов в материнских породах эти включения выявили три отдельные фазы зарядки. Ранняя фаза примерно от 230 до 180 млн лет назад принесла и нефть, и газ, когда богатые органикой угольные слои начали разлагаться. Две последующие фазы — от 180 до 120 млн лет назад и от 120 до 80 млн лет назад — были доминированы только газом, по мере достижения материнскими породами большей зрелости. Последняя из этих газовых вспышек совпала с пиком генерации и оказалась ключевой для формирования крупной газовой концентрации, наблюдаемой сегодня.

Давление против сопротивления пор

Центральный вклад исследования — простая, но мощная концепция, описывающая, что толкает газ в такие упорные породы. Авторы вводят «чистую силу» как разницу между избыточным давлением в газогенерирующих материнских породах и капиллярным сопротивлением пор плотного песчаника при представительной газонасыщенности. С помощью бассейновых моделей они отслеживали, как избыточное давление в глубоких угольных слоях нарастало во время пика генерации газа. Параллельно цифровые модели породы — на основе трёхмерных сканов реальных образцов — показали, какое давление требуется, чтобы газ сначала пробил водонасыщенные поры, затем стремительно заполнил их и в конце достиг почти стационарной насыщенности. Из этих симуляций был выделен давление, необходимое для достижения 50% газонасыщенности, принимаемое как мера сопротивления.

Прогнозирование, куда попадёт газ

Сравнив смоделированное движущее давление с рассчитанным сопротивлением, команда рассчитала значения чистой силы по скважинам и зонам. Они выявили три режима, которые тесно коррелируют с фактическими результатами испытаний скважин. Там, где чистая сила была невысокой и находилась в стадии прорыва, скважины оказывались сухими или содержали лишь небольшое количество газа. Где она поднималась в диапазон быстрой зарядки и превышала порог капиллярного сопротивления, скважины давали коммерчески значимые газоносные пласты. Между ними лежали маргинальные газоносные интервалы. Анализ также показывает, что ко времени наиболее значительной газовой вспышки большая часть коллектора к югу от разлома Поэрцзянхайцзы уже успела уплотниться, что затруднило поступление газа, тогда как северная зона оставалась несколько более открытой для зарядки.

Что это значит для будущих поисков газа

Для неспециалистов ключевое послание в том, что объём ресурса в плотных песчаниках определяется не только тем, сколько органики бассейн когда‑то содержал. Он также зависит от противостояния между давлением, выталкивающим газ из материнских пород, и мелкомасштабной структурой окружающих песчаников, которая сопротивляется проникновению. Исследование показывает, что реконструируя это противостояние во времени и выражая его в виде чистой силы, геологи могут точнее прогнозировать, какие плотные зоны, вероятно, будут богаты газом, а какие — нет. Такое понимание поможет нацелить бурение на наиболее перспективные участки месторождения Дуншэн и подобных глубоких плотных коллекторов во всём мире, повышая эффективность и сокращая число лишних скважин.

Цитирование: Cao, Q., He, F., Zhang, W. et al. Process and forces of tight-sandstone gas charging in the Shihezi formation (P₂x¹) Dongsheng gas field, northern Ordos Basin China. Sci Rep 16, 11818 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39614-0

Ключевые слова: газ в плотных песчаниках, бассейн Ордо, история наполнения газом, пластовое давление, капиллярные силы