Этапы газообразования и их влияния на распределение нефти и газа » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Этапы газообразования и их влияния на распределение нефти и газа

16.04.2021

В обширном круге вопросов, подчиненных проблеме исследования газов, большое внимание в последнее время уделяется масштабам и динамике процесса газообразования. Итогом этих исследований явилось выделение главной фазы газообразования (ГФГ). Однако вопрос о месте ее в общем ходе процесса литогенеза осадков в концепциях разных авторов не получил однозначной трактовки.

Чтобы составить правильное представление о динамике газообразования, необходимо на хорошей геологической основе и более детально, чем ранее, рассмотреть ход и масштаб газообразования в широком диапазоне стадий углефикации для разных типов органического вещества: органической массы гумусовых углей, гумусового РОВ пород, а также смешанных гумусово-сапропелевых и сапропелевых разностей РОВ. Поскольку сапропелевое РОВ пород также достаточно неоднородно, особенности газообразования должны быть изучены специально, по крайней мере, для двух различающихся по концентрации категорий — для повышенных (более кларка) концентраций и для низкоконцентрированных, сильно окисленных в диагенезе. При наличии общих закономерностей в проявлении процесса газообразования для разных генетических классов OB можно ожидать и значительных различий.

Имеющийся в нашем распоряжении достаточно массовый и хорошо проверенный материал позволил провести теоретические расчеты и составить отчетливое представление о масштабах газообразования в диапазоне от торфяной до антрацитовой стадий углефикации. Проведено это пока лишь для гумусовых клареновых углей и среднего типа сапропелевого РОВ пород с концентрацией выше кларка.

Основой для теоретических расчетов газопродуктивности гумусовых клареновых углей по методике B.A. Успенского послужили данные по составу каменных углей Донбасса, дополненные материалами по бурым углям из других районов.

В целях получения более детальной картины различий в интенсивности процессов газообразования расчет проводился для интервалов метаморфизма, разграничивающихся по возрастанию Cг в углях на 2%. Геологическая интерпретация результатов расчетов проводилась согласно схеме глубинной зональности метаморфизма углей Донбасса, предложенной МЛ. Левенштейном. Интенсивность процесса газообразования рассчитывалась на 0,5-километровый интервал погружения осадков. При интерпретации использовались данные по изменению характеристики форм кислорода и элементарного состава OB по стадиям углефикации и данные по зональности состава газов угольных месторождений.

Проведенные теоретические расчеты показали, что максимальной интенсивностью генерации суммы летучих продуктов (рис. 1) выделяется кратковременный первоначальный этап биохимической эволюции осадка на стадии диагенеза. Общая потеря массы составляет 26,5% в расчете на OB торфяной стадии (Сг = 58,87%). Для этого этапа характерна и максимальная генерация метана, двуокиси углерода и воды. В зоне глубин примерно от 0,2 до 1,0 км образование метана почти прекращается, резко снижается интенсивность генерации СО2 и Н2О.
Этапы газообразования и их влияния на распределение нефти и газа

При дальнейшем росте глубины погружения и температуры в недрах начинается катагенетическая генерация метан. Интенсивность генерации метана сначала возрастает, достигая максимума (до 0,9%) при переходе от буроугольной до длиннопламенной стадии, затем быстро снижается почти до нулевых значений на стадии углефикации ДГ. В дальнейшем вновь происходит постепенное нарастание интенсивности генерации метана на стадиях метаморфизма углей Г-Ж (до 0,7-0,8%). Однако максимального значения интенсивность генерации (до 1,3-1,4%) достигает лишь на стадиях K-T в зоне глубин порядка 4-5 км. Интенсивность генерации СО2 к этому времени окончательно снижается до почти нулевых значений, что обусловливает в составе генерирующегося газа резкое преобладание метана.

Динамика образования воды в ходе процесса преобразования OB углей до начала коксовой стадии аналогична динамике образования метана. Максимумы по интенсивности генерации фиксируются на одних и тех же метаморфических уровнях.

В более глубокой зоне на полуантрацитовой стадии метаморфизма интенсивность генерации метана резко снижается; на стадиях A1-А2 фиксируется последнее незначительное оживление метанообразования, после чего оно прекращается почти полностью.

Рассмотрение состава газа на каждом расчетном уровне позволило теоретически обосновать схему вертикальной зональности газов,образующихся в процессе углефикации OB углей (рис. 2). Нарастание в составе газов метана приводит к смене с глубиной погружения углекислых газов метановыми газами. Теоретически рассчитанная вертикальная зональность хорошо согласуется с давно известной и установленной экспериментально для подавляющего большинства угольных месторождений глубинной газовой зональностью.

Установленные закономерности в составе и динамике генерации летучих продуктов находят объяснение в характере изменения функциональных групп и элементарного состава OB по стадиям углефикации. Убыль углерода, водорода и кислорода рассчитывалась в г-атомарном выражении относительно OB буроугольной стадии (рис. 3).

Наиболее резко на усиление факторов углефикации реагирует в составе OB углей водород. Максимальная потеря его органическим веществом, углей фиксируется на первом биохимическом этапе преобразования и на этапах, приуроченных к интервалу коксовой - антрацитовой стадий метаморфизма. Сопоставляя динамику убыли кислорода и водорода на фоне убыли углерода, нетрудно заметить, что с глубиной погружения отложений водород становится ведущим. Этапы наибольшей убыли водорода совпадают с максимальной потерей углерода из OB углей; отсюда следует, что выделяющиеся на этих этапах летучие продукты должны быть наиболее насыщены водородом. Характер и особенности изменения элементарного состава OB углей находят отчетливое отражение в составе теоретически предполагаемых продуктов углефикации.

О механизме процесса генерации летучих продуктов углефикации можно судить, если обратиться к закономерностям изменения форм кислорода (рис. 4). Суммарный кислород в составе органической массы угля представлен реактивными и нереактивными формами. К реактивным формам относится кислород, входящий в состав карбонильной, гидроксильной, карбоксильной и метоксильной групп. Нереактивная форма кислорода включает, как известно, кислород мостиковый и гетероциклический.

Рассмотрение динамики убыли этих форм кислорода и сопоставление полученных данных с данными убыли отдельных элементов (С, Н, О), вычисленных по изменению элементарного состава, показало, что в ходе углефикации наблюдаются участки плавного изменения гумусового вещества, не сопровождающегося нарушением его структурного плана. Убыль нереактивных форм кислорода в этих случаях почти не фиксируется. Эти участки разделяются фазами перестройки структурного плана угольной субстанции, которым отвечает интенсификация генерации летучих продуктов. В этом случае в процесс газообразования вовлекается, помимо периферийных функциональных групп, и ядерная часть органического вещества.

Отчетливо фиксируются три критических этапа: первый отвечает начальной стадии формирования угольного вещества из торфа, второй соответствует переходу от буроугольного к раннему каменноугольному этапу, третий относится к стадии углефикационного скачка.

Первый максимум вызван биохимической переработкой всей массы органического вещества, последующие два катагенных критических этапа газообразования связаны в основном с отщеплением периферических групп и с разрывом мостиковых связей между конденсированными циклическими системами.

Последующее усиление процесса газообразования связано с интенсивной поликонденсацией углеродного скелета, сопровождающейся потерей оставшихся в угольном веществе гетероэлементов. На этом этапе водород переходит также в категорию гетероэлементов, подлежащих удалению. При завершении последней критической фазы в геохимической истории гумусового вещества, выраженной в прогрессирующей его графитизации, углерод может быть вновь вовлечен в процессы газообразования за счет взаимодействия его с минеральной средой.

Газообразование в сапропелевом РОВ рассмотрено более схематично. Расчеты масштабов газообразования проведены для трех крупных интервалов преобразования сапропелевого РОВ: от средней буроугольной стадии до начала ГФН, для интервала проявления ГФН и интервала после завершения ГФН до стадии метаморфизма ПА.

Для первых двух интервалов общая потеря массы OB и выход наиболее вероятных продуктов генерации оценивались по потере Vг. Общая потеря массы OB для первого этапа контролировалась дополнительно по методике BA. Успенского. Газообразование на третьем этапе рассчитывалось по методике BA. Успенского и по потере Vг.

Этап диагенетического газообразования для сапропелевого РОВ не был охарактеризован расчетными данными. Однако, учитывая значительное снижение содержания водорода в сапропелевом РОВ при возрастании интенсивности анаэробного бактериального окисления, а также проведенные в 1969 г. А.Э. Конторовичем и Е.А. Рогозиной расчеты по газообразованию на этом этапе (неопубликованные данные), можно не сомневаться, что на стадии диагенеза интенсивность образования метана для сапропелевого TOB столь же велика, как и для гумусового OB, а затем резко снижается до уровня почти нулевых значений в результате затухания биохимических процессов (рис. 5). Далее низкий уровень (03% на 0,5 км) генерации углеводородного газа остается характерным для всего начального этапа катагенеза сапропелевого РОВ вплоть до вступления его в главную фазу нефтеобразования. Этому этапу свойственна прогрессирующая карбонизация РОВ, потеря гетероатомов, преимущественно за счет кислорода. Основа молекулярной структуры РОВ почти не изменяется, происходит отрыв периферических функциональных групп. Битуминологические экспериментальные данные и проведенные расчеты показывают, что процессы образования битумоидных компонентов выражены слабо, в составе генерирующихся летучих продуктов резко преобладают двуокись углерода и вода.

При развитии ГФН (стадии метаморфизма ДГ—Г—Ж) происходит деструкция значительной части полимерлипидных компонентов сапропелевого РОВ . В генерирующихся продуктах преобладают битумоидные компоненты, среди углеводородных газов - гомологи метана.

Интенсивного газообразования не происходит; об этом можно судить по целому ряду признаков: количество метана в газовой фазе РОВ пород остается низким, в пластовых водах этой глубинной зоны содержание газообразныхУВ невелико,содержание водорода в сапропелевом РОВ снижается слабо. Интенсивность газообразования, по данным А.Э. Конторовича и Е.А. Рогозиной, составляет не более 0,4-0,5% на 0,5 км глубины, по последним расчетам порядка 0,3 %.

На следующем этапе, после завершения ГФН, начиная с конца стадии Ж до T включительно, снова резко изменяется состав сапропелевого РОВ. В нем возрастает содержание углерода, снижается количество гетероэлементов и особенно сильно, не менее чем в 2-3 раза, уменьшается содержание водорода.

Масштабы новообразования битумоидов на этом этапе, по имеющимся данным,невелики. В генерирующихся летучих продуктах преобладает газовая фаза. О значительном усилении газообразования свидетельствует смена газа в закрытых порах пород, впервые появляющееся для сапропелевого OB резкое преобладание метана над гомологами достигающая максимума насыщенность метаном пластовых вод и отчетливый максимум по метану в расчете на массу РОВ. На этом этапе образуется порядка 9% метана от массы исходного OB (отвечающего началу буроугольной стации). Резкое усиление генерации углеводородного газа наблюдается на стадиях метаморфизма К—T (в интервале глубин порядка 3,6—5 км). При катагенетическом преобразовании общая потеря массы сапропелевого РОВ составляет 61%, из них на долю УВ газа приходится 11,9%.

Установленная глубинная зональность в развитии процесса газообразования в сапропелевом РОВ с оценкой интенсивности генерации и сохранности газа на каждом этапе позволила уверенно выделить главную фазу газообразования на стадиях K-T метаморфизма OB, в зоне глубин порядка 3,6-5 км. В этой же глубинно-метаморфической зоне наблюдается максимальная интенсивность генерации метана гумусовыми клареновыми углями.

Этот порядок глубин, полученный путем изучения преобразования органического вещества, хорошо совпадает с существующей в природе зависимостью между глубиной бассейна седиментации и соотношением запасов нефти и газа. Среди палеозойских и мезозойских бассейнов, имеющих глубину фундамента более 5 км, примерно две трети являются преимущественно газоносными и одна треть преимущественно нефтеносной. Среди этих нефтеносных бассейнов еще одна треть в нижних частях осадочного чехла представлена красноцветами или карбонатами с прослоями, имеющими красноватую окраску и почти лишенными нефтепроявлений. С другой стороны, бассейны, имеющие глубину фундамента меньше 5 км, преимущественно нефтеносны (почти 3/4 бассейнов) (табл. 1).

Эта зависимость, совместно с теоретическими расчетами, служит указанием на то, что основные газогенерирующие толщи обычно располагаются в нижней части осадочного чехла.

Исключением из рассмотренной зависимости служат осадочные бассейны, прогибавшиеся в третичное время как полностью, так и частично, но более чем на 2 км. Почти все они преимущественно нефтеносны независимо от глубины.

Из 30 наиболее богатых и лучше изученных бассейнов, прогибавшихся в третичное время, лишь 5-6 преимущественно газоносны. Причина такого исключения не ясна. Вероятно, это связано с потерей газа, так как третичные бассейны обычно деформированы сильнее, чем более древние, но, возможно, влияет и меньшая степень преобразованности органического вещества, так как из 24 третичных нефтеносных провинций около 6 являются платформенными, а из 6 газоносных - 5 складчатыми.

Совместное рассмотрение различных аспектов газа генерации и совпадение полученных результатов с фактическим распределением нефти и газа создает уверенность в правильности выводов и дает возможность использовать их при раздельном прогнозировании нефтеносности и газоносности.

Преимущественно газоносными можно считать те бассейны осадконакопления или части крупных бассейнов (мезозойского и палеозойского возраста), в пределах которых низы разреза, содержащие достаточное количество органического вещества, достигли стадий метаморфизма K-T (обычные глубины 3,6—5 км).

Проведенные расчеты позволяют также более точно оценивать количество генерировавшегося газа (табл. 2) и тем самым служат основой для объемно-генетического метода подсчета прогнозных запасов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: