39

КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт геологии и нефтегазовых технологий

Кафедра геологии нефти и газа

Методы геохимических исследований рассеянного органического вещества и нефтей

КАЗАНЬ - 2013

С о с т а в и т е л и

Ф.Ф. Носова, Н.В.Пронин

В данном пособии рассматриваются основные методы геохимических исследований рассеянного органического вещества пород и нефтей, проводимых в лаборатории геохимии горючих ископаемых кафедры геологии нефти и газа. Данное пособие рекомендовано для специлистов-геологов.

Печатается по постановлению Учебно-методического совета Института геологии и нефтегазовых технологий, протокол № от

Введение

Геохимические методы исследований находят широкое применение в решении самых различных задач нефтегазовой геологии. Геохимические поиски нефти и газа проводятся на всех стадиях поискового этапа геологоразведочных работ. Обычно они следуют за мелкомасштабными геолого-съемочными, геофизическими и другими видами исследований и предшествуют бурению глубоких поисковых скважин на потенциально нефтегазоносных площадях. Поисковые геохимические исследования проводятся в пределах возможно нефтегазоносных или нефтегазоносных бассейнов с учетом изученности их геологического строения и вертикальной геохимической зональности.

В настоящее время перед нефтяной геологией стоят такие задачи, которые требуют фундаментального знания природы нефти, ее происхождения и форм нахождения в земной коре.

Со второй половины прошлого столетия сложилась и получила широкое развитие новая научная дисциплина - органическая геохимия. Основной задачей органической геохимии является изучение состава и химической эволюции органических молекул в земной коре, которая в последние десятилетия характеризуется значительными успехами в области познания состава и строения углеводородов нефти, угля, сланцев, а также рассеянного органического вещества.

Использование точных аналитических методов исследования позволяет получать информацию для суждения о первичном генетическом типе ОВ, степени его катагенетической превращенности, а также о содержании и составе углеводородов в породах. С помощью геохимических методов можно также количественно оценить нефтепроизводящие свойства нефтематеринских пород, вычислить коэффициент эмиграции углеводородов из них, являющийся одним из главных параметров в подсчете прогнозных запасов объемно-генетическим методом. Кроме того, на базе геохимических исследований, возможно прогнозировать качественный состав ожидаемых скоплений углеводородов и проводить различные генетические сопоставления флюидов.

Данные молекулярного состава УВ нефти отражают в первую очередь генетические моменты, т.е. определенные связи с тем или иным типом исходного для нефтей органического вещества, а часто с теми или иными типами организмов, липиды которых были предшественниками нефтяных УВ. Это позволяет исследовать связи нефтей данных залежей с определенными нефтепроизводящими толщами. Сопоставление данных молекулярного состава УВ нефти и рассеянного в породах органического вещества, полученных одинаковыми методами, дает возможность более уверенно определять очаги нефтеобразования, формы первичной миграции и способы формирования скоплений.

В молекулярном составе УВ отражаются и вторичные процессы изменения нефтей в залежи, например такие, как биодеградация, т.е. изменение состава нефти в процессе метаболизма бактерий. Степень таких изменений позволяет геологу восстановить геологическую ситуацию, которая могла обеспечить протекание этого процесса (проникновение в залежь инфильтрационных вод, несущих кислород, зоны контакта с этими водами и т.д.). Отражаются как в групповом, так и в молекулярном составе нефтей и такие процессы, как вторичное осернение, химическое окисление и, естественно, выветривание.

В настоящее время возникает много вопросов, а именно: как влияют на состав нефти катагенетические факторы, в каких пределах изменяется состав уже сформировавшегося углеводородного раствора при повышении температуры и давления, идет ли при этом деструкция отдельных соединений или происходят только фазовые переходы жидких растворов в газовые, насколько пополняются растворы за счет дополнительной генерации УВ во вмещающих толщах. На все вопросы могут быть ответы только при наличии данных о составе, полученных на разных уровнях аналитических исследований.

Достаточно четко по изменениям молекулярных соотношений УВ, особенно низкомолекулярных, можно проследить пути перемещения углеводородных растворов, например, при фильтрации или миграции по зонам нарушений. Это позволяет отличать дериватные залежи от «коренных», прогнозировать месторождения миграционных скоплений или разрушающихся залежей.

Флюктуации состава нефтей в сложно построенных залежах часто могут помочь интерпретации геофизических материалов, например, выделение мало амплитудных разрывных нарушений, по которым возможны флюидные перетоки из более глубоких, горизонтов, или, наоборот, о местах потери флюидопроводимости в коллекторской толще, расчленении тела залежи по нефтенасышенности и возможностям нефтеотдачи.

Нефть - жидкая гидрофобная фаза горных пород, представляет собой сложный многокомпонентный углеводородный раствор («нефтяную систему»), в котором концентрации и соотношения отдельных компонентов обусловлены действием следующих факторов:

1) спецификой состава исходного органического вещества (ОВ):

2) условиями и способами его превращения в УВ и неуглеводородные соединения нефти;

3) формированием и концентрацией углеводородного раствора с образованием нефтяного и/или нефтегазового скопления:

4) последующими процессами воздействия на залежь различных факторов геологического и геохимического плана.

В геолого-геохимической истории нефти можно выделить два крупных этапа. Первый - дозалежный, который часто называют предысторией нефти. Второй - изменения, происходящие в залежи - собственно геохимической историей нефти. В последнем особо выделяются вторичные изменения, которые происходят при переформировании скоплений, изменении фазового состояния, катагенном «созревании» и гипергенном разрушении нефтяных флюидов. Реконструкция этих этапов геохимической истории основывается на информации о составе нефти на разных аналитических уровнях и в большей мере на молекулярном составе УВ и гетероатомных соединений.

Закономерности качественного и количественного распределения хемофоссилий («реликтовые УВ», «биологические метки», «биомаркеры», соединениями с унаследованной структурой) используются в прикладной геохимии для реконструкции истории формирования состава горючих ископаемых в процессе их генерации, аккумуляции и консервации.

В нефти и ОВ обнаружено и идентифицировано около 300 хемофоссилий из этого числа около 1/3 широко используется для всевозможных геохимических интерпретаций. Вот далеко неполный перечень направлений в прикладной геохимии, основанных на тех или иных реликтовых УВ:

корреляция -

1. в системах нефть - нефть, нефть - ОВ нефтематеринских пород:

реконструкция -

2. типа исходного для данной нефти ОВ и условий его накопления морские, континентальные, прибрежно-лагунные, озерные и т.п.);

3. фациальной обстановки в седиментогепезе: накопление ОВ в карбонатных или терригенных породах, степень солености вод в данном бассейне;

4. окислительно-восстановительной среды седиментогенеза и раннего диагенеза;

определение -

5. интенсивности микробиологической трансформации ОВ в диагенезе;

6. генерация этим путем специфичных УВ;

7. стадии катагенного преобразования ОВ пород, степени созревания нефти.

эволюция ОВ в конкретных нефтегазоносных бассейнах -

5. степени и масштабов биодеградации - микробиологического изменения нефти в залежах;

6. путей и интенсивности процессов вторичной и третичной миграции нефти;