Закономерности изменения состава попутных и рассеянных газов на севе

Рассмотрено изменение изотопного состава углероца мета­ на, этана, пропана и бутана в пределах основных нефтегазонос­ ных комплексов.

Диапазон изменения изотопного состава углероца метана (-43 + -58 %р) в целом укладывается в интервал, характерный для генерации из 03 пород. Наиболее обогащенный легким изо­

топом 1% метан превалирует в газах терригенного девона (мо­ дальное значение - в области -50-55 %о). Верхнедевонско-тур- нейский и вышележащие комплексы отличаются более высокими концентрациями тяжелого изотопа (модальное значение выше -40 %о). Такая дифференциация позволила предположить наличие разных источников метана в изучаемом регионе.

В отличие от ранее проведенных исследований в данной ра­ боте важное место уделено изменению изотопного состава угле­ рода в системе метан - этан - пропан - бутан в попутных га ­ зах. Базовой основой для сравнения послужила обобщенная гене­ тическая модель американских авторов, составленная на основе вариаций изотопных характеристик компонентов газо в , получен­ ных экспериментально. Согласно этой модели, каждый источник углеводородных газов имеет свой интервал изотопных характе­ ристик для индивидуального компонента. Для газов северо-вос­ тока Волго-Урала выявлена дифференциация по так называемым "изотопным кривым" в ряду Cj-Cg-Cg-C^. При этом учтено, что "серповидный" вид кривой, характеризующийся последовательным изотопным утяжелением компонентов от метана к бутану, отлича­ ет генерацию газов из одного источника, "остроугольная" кри­ вая, образующаяся за счет резкого уятжеления пропана, и кри­ вая в виде "ломаной линии" свидетельствуют о различных источ­ никах газов.

На основании исследования более пятидесяти изотопных кривых для попутных газов исследуемой территории выявлено, что "остроугольный" тип является отличительной особенностью УВ газов девонского терригенного комплекса, для которых ха­ рактерно облегчение метана и утяжеление пропана по изотопно­ му составу углерода. Анализ особенностей генерации пропана позволил исключить его появление за счет деструкции нефтей, как предполагали некоторые исследователи, и предположить, что

лым, что не наблюдается и свидетельствует о другом источнике этого компонента. Косвенно на смешение газов разных генера­ ций в терригенном девоне указывает и более широкий диапазон изотопного состава углерода для всех УВ компонентов: метана, этана, пропана и бутана.

В девонско-турнейском карбонатном комплексе при относи­ тельном изотопном утяжелении метана преобладают "серповидные" изотопные кривые в пределах Прецуральского прогиба и вида "ломаных линий" - на платформе. Приведенные данные указывают на генетическое различие газов девонского терригенного и верх- недевонско-турнейского карбонатных комплексов и о смешении газов разных генераций в платформенных районах.

Изотопный состав метана и вид изотопных кривых для по­ путных газов нижне- и среднекаменноугольных отложений в целом обнаруживает сходство с верхнедевонско-турнейскими отложения­ ми, которое проиллюстрировано как в региональном плане, так и на примере многопластовых месторождений. Некоторые отклонения от выявленных закономерностей в работе обоснованы возможнос­ тью генерации газов зв счет ОВ визейских отложений в прогибе.

Исследование изменения изотопного состава азота попутных газов в комплексе с анализом различных механизмов его возник­ новения дало возможность заключить, что его основным источни­ ком является обогащенное азотом ОВ нефтегазоматеринских пород. При этом специфичность такого источника в терригенном девоне

состава азоте битумоидов терригенного девона, подтверждающие парагенезис азота битумоидов и теза .

Таким образом, в результате проведенных исследований бы­ ли получены данные, позволяющие конкретизировать генезис ос­ новных компонентов газов северо-востока Волго-Урала и оценить основные направления миграции УВ флюидов.

Вглаве 5 "Особенности формирования месторождений нефти

игаза северо-востока Волго-Урала по результатам исследования соствва газов" рассмотрены процессы генерации, миграции и ак­ кумуляции газов, а также генетически связанных с ними нефтей.

Анализ закономерностей изменения компонентного и изотоп­ ного составов попутных газов в комплексе с данными по харак­

теристикам зон возможной генерации позволил дифференцировать газы на четыре основных типа.

Тип I в целом отличается в основном значительным содер­ жанием метана и повышенной его долей в составе УВ газо в, от­ носительным обогащением тяжелыми изотопами метана и азота, "серповидной" кривой распределения изотопного состава УВ. Га­ зы I типа доминируют в верхнедевонско-турнейских и вышележа­ щих отложениях Соликамской впадины. Основной источник этого газа - это высокоуглеродистое ОВ верхнедевонско-турнейских отложений Камско-Кинельской системы впадин, развитой в данном районе. При этом различие условий генерации УВ предопределило некоторое отличие газов северо-востока Соликамской впадины (16) от центральных и южных районов (1 а ), проявившееся в пер­ вом случае в увеличении доли метана, уменьшении концентраций тяжелых УВ и азота, некотором облегчении углерода метана по изотопному составу. Газы типов 1а и 16 в нижнекаменноугольных терригенных и среднекаменноугольных отложениях в какой-то степени имеют уже миграционный характер. Дифференцирование в составе газов при вертикальной миграции наиболее ярко про­ явилось для газов нижнепермских отложений (тип 1в).

Газы верхнедевонско-турнейских и вышележащих отложений Косьвинско-Чусовской седловины и Сылвенской впадины объедине­ ны в тип П. В отличие от газов I типа для них характерно по­ нижение доли тяжелых УВ и обогащение метана легким изотопом 12С. Генерация газов П типа обусловлена погружением в главную зону нефтеобразования нефтегазоматеринских пород Камско-Ки­ нельской системы впадин (тип Па в районах Косьвинско-Чусовской седловины и севера Сылвенской впадины) и в главную зоцу газо­ образования соответствующих пород Уткинско-Серебрянской впа­ дины (тип Пб - юг Сылвенской впадины). Это, в частности, под­ тверждается некоторым изотопным утяжелением метана в южных районах Сылвенской впадины. Явно миграционные по составу газы нижнепермских отложений выделены в тип Пв.

Штип образует газы девонских терригенных отложений в основном платформенной части исследуемого района. Отличитель­

угольном"типе изотопной кривой УВ газов. В вышележащих отло­ жениях газы такого типа практически не встречены. Обособлен-' ность газов девонского терригенного комплекса от вышележащих, вероятно, определяется хорошими флюидоупорными свойствами кыновско-саргаевской покрышки.

Наиболее широкое распространение в пределах верхнецевон- ско-турнейских и вышележащих отложений платформенной части получили газы 1У типа. Их общие черты (невысокое содержание

на, Пермский свод, Бымско-Кунгурская впадина, Башкирский свод (Па и Пб) обусловлен как собственными процессами нефтегенерации во впадинах Квмско-Кинельской системы на платформе, так и миграционными процессами из зон генерации Прецуральского прогиба.

Что касается южных и северных районов Верхнекамской впа­ дины (1Ув и 1Уг), то здесь УВ газы и азот в основном явились продуктами генерации высокоуглеродистых и обогащенных азотом, верхнедевонско-турнейских нефтегазоматеринских пород, испытав­ ших начальную стадию нефтеобразования, т .е . с невысокой долей мётана в продуктах генерации.

Таким образом, в работе обосновано, что ОВ верхнедевоне- ко-турнейского комплекса Камско-Кинельской системы впадин по­ служило основным источником не только нефтяных, но и газовых УВ и азота на изучаемой территории. Различная степень преоб­ разования этого 03 во впадинах Камско-Кинельской системы в пре­ делах прогиба и платформы в совокупности с развитием благопри­ ятных геологических факторов для вертикальной и латеральной миграции создали установленный характер изменения газоносности.

Убедительным аргументом связи процессов нефте- и газо­ образования в верхнедевонско-турнейском комплексе является то, что именно для него получено наибольшее число значимых коэффициентов корреляции между составом нефтей и газов. Наг

Пример, соотношение метана и взота в попутных газах связано с содержанием метано-нафтеновых УВ, соотношением легких нор­

мальных и изоуглеводороцов Сз-Cg прямой корреляционной зави-

симостыо ( * £ > 0 ,5 5 ). Вследствие различия в миграционной спо­ собности газообразных и жицких УВ по мере удаления от основ­ ной зоны генерации в процессах вертикальных и латеральных пе­ ретоков эти связи нарушаются. Кроме того,следует отметить, что нефтегазоматеринские породы данного комплекса содержат близкие концентрации рассеянных метана и более тяжелых газо ­ образных УВ, что характерно для зон нефтеобразования.

В работе акцентируется внимание на вертикальной зональ­ ности распределения газов разных типов по р азрезу, проявля­ вшейся в сходстве типов газов верхнедевонско-турнейских и вышележащих отложениях. Вертикальное перераспределение нефтя­ ных УВ в пределах изучаемой территории предполагалось и ранее,

существующих представлений о формировании залежей нефти в этом комплексе. В этом плане интересно отметить, что нефти и газы терригенного девона практически не обнаруживают между собой корреляционных связей по составу.

Анализ возможных источников УВ терригенного девона поз­ волил предположить смешение газов разных генераций, таких как

за счет глубокопогруженных комплексов Прецуральского прогиба и платформы. В таком случае получает объяснение обнаруженный автором факт наиболее широкого диапазона изменения изотопно­ го состава метана, этан а, пропана и бутана для девонского тер­ ригенного комплекса.

Интенсивные перетоки газообразных УВ из верхнедевонскотурнейского комплекса (особенно в Предуральском прогибе) обус­ ловили и вынос гелия из пород, наиболее миграционноспособно­ го газового компонента. В результате наиболее высокие его кон­ центрации зафиксированы в вышележащих комплексах прогиба.

Обосновано, что азот и сероводород попутных газов были генерированы за счет 0В нефтегазоматеринских пород, при этом сероводород мог дополнительно образовываться при благоприят­ ных условиях в зонах гипергенеза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ниже представлены основные научные и практические резуль­

таты диссертации.

1. Впервые выполнено комплексное обобщение результатов изучения состава природных газов пород и флюидов протерозой­ ских и палеозойских отложений северо-востока Волго-Урала (сво­ бодные, попутные, рассеянные в породах) и обоснована их высо­ кая информативность для решения вопросов, связанных с форми­

рованием месторождений углеводородов.

2. Установлены региональные закономерности изменения со­ держания метана, тяжелых УВ газов, азота и гелия в попутных и свободных газах для палеозойских нефтегазоносных комплексов северо-востока Волго-Урала и их связь с распределением водорвстворенных газов. При подтверждении обшей тенденции измене­ ния концентрации в зависимости от удаления от Предуральского

топного составов углерода метана, этана, пропана и бутана по­ путных гвзов обоснована высокая роль верхнецевонско-турнейских карбонатных отложений Камско-Кинельской системы впадин и Ут- кинско-Серебрянской впадины в генерации газов данного комп­ лекса и вышележащих отложений. Различие в компонентном и изо­

но различающейся в пределах Предурвльского прогиба и востока Русской платформы. Получены данные о парагенезисе нефтей и УВ газов верхнедевонско-турнейского карбонатного комплекса.

4 . По данным изотопного состава УВ газов и азота обосно­ вано генетическое различие газов девонского терригенного и верхнедевонско-турнейского карбонатного комплексов.

5 . Выявлено превышение суммарного содержания тяжелых УВ над метаном в глубокосорбированных газах нефтегазоматеринских пород, вступивших в главцую зону нефтеобразования, что может служить критерием нефтегенерации.

6. Установлено повышенное содержание доли метана в УВ компонентах газов закрытых пор и микровключений, а также в газах глубокой сорбции пород рифейского и вендского возраста,

свидетельствующее о развитии в них процессов газогенерации.

7.На основании изучения количественного распределения

исостава стабильных изотопов азота в попутных газах установ­ лено наличие двух генетически различных ассоциаций (изотопно­ легкого и изотопно-тяжелого), связанных с механизмом его ге ­ нерации в нефтегазоматеринских породах различного литологичес­ кого типа.

3. Обоснована приуроченность сероводородсодержащих газов к карбонатным комплексам вмешавших пород. Доказан генезис его основной части за счет органического вещества нефтегазомате­ ринских пород в зоне мезокатагенеза. Показана возможность ге ­ незиса данного компонента за счет гипергенных процессов в малопогруженных залежах.

9. Гелий в залежах имеет радиогенную природу и сформиро­ вался в основном в осадочных породах. Увеличение его концент­ рации в десятки-сотни раз в газовых шапках месторождений верх­ них горизонтов карбона в сравнении с содержанием в попутных и свободных газах других продуктивных комплексов, связано с ак­ тивными процессами вертикальной миграции УВ газов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

А.З .).

2.Состав попутных газов месторождений Пермского Прика­ мья. Инф. листок № 621 Пермского ЦНТИ. Пермь.: 1978. 3 С. (в соавторстве с Кобловой А .З .).

3. Состав попутных газов месторождений Предуральского

прогиба.// Нефтегазовая геология и геофизике, вып. 6. М.: I960

союзного симпозиума по стабильным изотопам в геохимии. М.:

мышленность. М.: 1983, № 7 (в соавторстве с Кобловой А .З .).

7.Условия образования сероводорода в нефтяных залежах северо-востока Урвло-Поволжья.// Тез.докладов Совещания по проблемам сероводорода. Волгоград: 1984 (в соавторстве с Кобловой А .З .).

8.Сероводород в попутных газах Прикамья. Деп. в ВИЭМС.

11.Геохимия нефтей и газов Верхнекамской впадины. Деп.

вВИЭМС. $ 735-МГ. Пермь.: 1989. С. 12 (в соавторстве с Коб­ ловой А .З ., Фрик М .Г.) .

12.Газы Колвинской глубокой параметрической скважины.// Комплексное исследование пород и флюидов сверхглубоких сква^ жин СССР. Сб. КамНИИКИГС. Вып. 2. Пермь.: 1989. С. 54-57 (в

Комплексное исследование пород и флюидов сверхглубоких скважин

СССР. Сб. КемЬИИКИГС. Вып. 2. Пермь.: 1989. С. 21-26 (в соав­ торстве с Белоконь Т .В ., Кобловой А .З .).

14. Характеристика нефтей и газов Дороховской валообрвзной зоны. Деп. в ВИЭМС. № 922-МГ. Пермь.: 1990. С. 1-2 (в соавторстве с Кобловой А .З ., Шнее В .Д .).

15.Глубокосорбированные газы пород продуктивного р аз­ реза юго-восточной части Башкирского свода. Деп. в ВИЭМС.

№922-МГ. Пермь.: 1990. С. 6-8 (в соавторстве с Кобловой А .З .).

16.Основные региональные закономерности изменения сос­ тава нефтей, газов и ОВ пород юго-востока Пермского Прикамья.

Деп. в ВИЭМС. № 922-МГ. Пермь.: 1990. С. 3-5 (в соавторстве с Кобловой А .З .).

17. Геохимические аспекты формирования нефтяных залежей в сложных геологических услови ях.// Тез.докладов 1У Всесоюз­ ного семинара "Теоретические, природные и экспериментальные