Особенности генерации и аккумуляции газообразных углеводородов » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Особенности генерации и аккумуляции газообразных углеводородов

16.04.2021

Раздельное прогнозирование запасов нефти и газа возможно лишь в результате изучения формирования их скоплений и определения геологических и геохимических условий газообразования.

В мире почти нет чисто газоносных провинций или бассейнов, во многих из них имеются нефтегазоносные и газоносные области. Распределение этих областей самое различное в пределах даже однотипных нефтегазоносных провинций. Наиболее часто нет простых закономерностей такого распределения. Однако нередко наблюдается довольно четкая приуроченность нефтяных месторождений к центральным наиболее погруженным частям, а газовых — к периферийным, но иногда и наоборот - в погруженных частях расположены газовые месторождения, а в более приподнятых-нефтяные.

Наконец, сравнительно небольшое число провинций характеризуется распространением преимущественно или только газовых месторождений. Сложность и разнообразие закономерностей относительного распределения нефтяных и газовых месторождений обусловлены тем, что они определяются не одним, а группой факторов. Анализируя условия образования газа, формирования и сохранения его залежей, нетрудно прийти к выводу о том, что они могут обусловливаться следующими геолого-геохимическими факторами: особенностями образования газообразных углеводородов; условиями их миграции и аккумуляции; условиями нахождения и сохранения газовых залежей.

Образование метана в результате преобразования углей и углистого детрита характерно для регионов, в которых развиты угленосные и континентальные отложения. Значительно шире образуются газообразные углеводороды (УВ) в процессе фоссилизации и катагенетического превращения рассеянного органического вещества (РОВ) гумусового и сапропелевого типов. Особенности строения гумусового РОВ определяют преимущественное образование из него газообразных УВ.

Последние данные о строении гумусового TOB показывают, что его большая (небитуминозная) часть имеет в основе строения конденсированные ароматические кольца, связанные гетероциклами и мостиковыми связями. Такое строение подтверждается низкой величиной атомарного отношения Н/С в элементном составе (0,5-0,8), высокой степенью ассоциированности вещества (0,7-0,8), отражающей наличие большого количества углерод-углеродных связей, почти полным отсутствием CH2 групп (по данным ИК-спектрометрии), большим количеством парамагнитных центров на 1 г вещества (до 130*10в17), связанным с наличием сопряженных связей. Рентгеноструктурные исследования этого вещества показываю наличие двумерных сеток ароматического углерода, сближенных до 3,5 А (табл. 1). Для такого вещества характерны кислородные и метиленовые функциональные группы, отщепление которых в процессе преобразования приводит к образованию метана, СО2 и H2O.

Гумусовое вещество субаквальных отложений образовано, главным образом, за счет аллохтонного органического материала, остатков высшей растительности, основными биохимическими компонентами которых являются углеводы и лигнин.

Как известно, строение сапропелевого РОВ принципиально отлично от строения гумусового вещества: в нем существенна роль групп CH2 и CH3, слагающих структуры эпициклического характера или типа сетчатых полимеров. Благодаря такому строению сапропелевое РОВ характеризуется относительно повышенным содержанием в нем водорода. Значительное количество группировок CH2, CH3 подтверждается ИК-спектроскопией; отсутствие сопряженных связей подтверждается низкой концентрацией парамагнитных центров. Рентгеноструктурный анализ указывает на возможность наличия линейных структур с расстоянием между углеродными атомами, свойственными алифатическим соединениям (табл. 1). Сапропелевое РОВ образуется из автохтонного материала бассейна осадконакопления, богатого белками, углеводами и в меньшей степени липидами. Такое строение сапропелевого РОВ определяет значительную генерацию жидких и тяжелых газообразных УВ.
Особенности генерации и аккумуляции газообразных углеводородов

Органическое вещество гумусового типа помимо газообразных продуцирует и жидкие углеводороды. Однако количество эмиграционноспособных жидких УВ в гумусовом РОВ мало ввиду того, что до стадии среднего катанегеза среди генерированных УВ преобладает полициклическая ароматика.

Большой интерес представляет определение масштабов генерации газа в процессе литогенеза, которые зависят как от строения исходного вещества, так и от термобарических условий, в которых находится органическое вещество. Для этого мы, по данным современного состава рассеянного органического вещества, содержащегося в одних и тех же слоях, но испытавших погружение до различных глубин (а следовательно, находившихся в различных термобарических условиях), рассчитали по методике В.А. Успенского и Е.А. Рогозиной количество летучих продуктов органического вещества. При этом считали, что в состав летучих входят помимо газовых компонентов легкие и жидкие УВ.

Как видно из этих расчетов (табл. 2), до стадии среднего катагенеза (в РОВ до 82%), которая характерна для осадочных толщ большинства нефтегазоносных провинций, масштабы генерации УВ определяются величинами до 10% РОВ в расчете на метан.

Генерация летучих углеводородов тем выше, чем больше в органическом веществе водорода; при прочих равных условиях выход летучих в расчете на пропан выше, чем в расчете на метан. По мере увеличения количества углерода в исходном материале выход летучих углеводородов несколько падает, если водород остается постоянным. Если же в процессе превращения происходит падение количества водорода, то выход летучих углеводородов возрастает в 2—3 раза (табл. 2).

Известное положение о том, что сапропелевое вещество генерирует преимущественно газ на ранних стадиях катагенетического превращения и жидкие УВ - на средних, подтверждается расчетами табл. 3, где произведен пересчет общего количества летучих углеводородов углефикации на газообразные и эмигрировавшие жидкие. Величина последних определялась исходя из имеющихся данных об увеличении углеродного коэффициента, вычисленного по тяжелым жидким УВ. При этом допускалось, что количество бензина и эмигрировавших тяжелых углеводородов составляют 50%. Из этих расчетов видно, что количество летучих углеводородов углефикации сапропелевого OB средних стадий катагенеза состоит из жидких УВ.

Для гумусового вещества генерация жидких углеводородов существенно ниже и соответственно количество газообразных УВ преобладает на любых стадиях углефикации.

Эти теоретические положения подтверждаются и конкретным фактическим материалом для некоторых районов, представленным в табл. 4. Приведенные примеры показывают, что получаемые на природном материале соотношения масштабов генерации жидких и газообразных углеводородов много сложнее, чем теоретические расчеты. Например, в одних и тех же термобарических условиях майкопских отложений в зависимости от вариаций в составе сапропелевого вещества, связанных с условиями седиментогенеза и раннего диагенеза, происходит либо генерация только жидких УВ, либо и жидких и газообразных. Последнее характерно для вещества, более окисленного. Вместе с тем, по данным табл. 4, генерация УВ окисленным веществом выше, чем неокисленным. Очевидно, следует предполагать, что во втором случае УВ образовались до погружения пород на 600 м, что привело к высокой обуглероженности органического вещества на малой глубине.

Гумусовые разности ЮВ характерны для отложений, начиная с верхнего девона, когда растительность вышла на сушу. Условия накопления гумусового РОВ связаны с шельфовыми зонами бассейнов или прибрежными болотами и захоронением значительного количества РОВ. Высокие концентрации гумусового РОВ в породе компенсируют низкие коэффициенты газогенерации. Наиболее характерна для гумусового РОВ, обладающего хорошими газоматеринскими свойствами, генерация от 100 до 500 г УВ на 1 м3 породы или от 0,14 до 0,70 м3 газа на 1 м3 породы. Такие цифры получены при среднем содержании РОВ около 1 % и коэффициенте газогенерации 0,5-1,0%, принятом для толщ, погруженных менее чем на 3 км. При мощности газоматеринских пород в 100 м удельные количества УВ, генерированных РОВ такого типа, составят около 10 т на 1 км2. Отдельные прослои гумусового РОВ, как правило, незначительной мощности генерируют 1-2 кг УВ на 1 м3 породы или 1,40-2,80 м3 газа на 1 м3 породы.

Органическое вещество, обладающее преимущественно газоматеринскими свойствами, может быть связано и с типично морскими фациями, где возможно захоронение окисленного вещества.

Как показывают результаты изучения современных осадков, материал, выносимый с континентов реками, может транспортироваться благодаря развитию турбидитов на значительные расстояния по дну морского или океанического бассейна. Так, например, исследованиями установлено, что почти на расстоянии 1000 км от устья р. Ориноко накапливаются осадки с растительным детритом.

Окисление исходного органического материала может происходить как при длительной транспортировке к месту отложения и обилии кислорода в текучей воде, так и при господстве окислительных условий в толще осадка на ранних стадиях преобразования РОВ. В этом случае образуются высококонденсированные ароматические и гетероструктуры, почти лишенные алифатических группировок. Исходным материалом для окисленного РОВ может быть как автохтонный, так и аллохтонный материал, прошедший столь существенное изменение в седиментогенезе и диагенезе, что он почти не несет следов исходного материала. Масштабы газообразования из окисленного РОВ существенно ниже, чем из неокисленного. Коэффициент газогенерации не выше 0,2 и накопление РОВ этого типа на породу обычно ниже 0,5, хотя есть и исключения. Количество генерированных углеводородов колеблется от 12 до 25 г/м3 или от 0,017 до 0,035 м3 в 1 м3. Плотность запасов на1 км2 при 100-метровой мощности пород не выше 1—2,5 т.

Необходимо отметить еще один путь образования углеводородных газов. Имеется в виду образование газа в процессе метанизации нефтей, а также переход в газообразное состояние двухфазных систем под влиянием изменений термодинамических условий.

Влияние условий миграции и аккумуляции на характер газовых скоплений неодинаково на разные их генетические группы. Так, в частности, газообразные углеводороды, образовавшиеся при преобразовании углистого вещества, во всех случаях формируют газовые залежи, которые могут быть распространены в пределах всей провинции. Стратиграфическая приуроченность таких скоплений в основном зависит от развития региональных флюидоупоров. При наличии региональных и полирегиональных флюидоупоров и развитии под ними региональных и полирегиональных коллекторских толщ в последних могут формироваться залежи, приуроченные к ловушкам, расположенным на значительном удалении от зон генерации (до сотен км). При этом нередко в процессе миграции происходит дифференциация газов по химическому и даже изотопному составу. Формирование таких зон в основном обусловливается наличием ловушек на путях миграции, и плотность запасов газа зависит от удельного объема ловушек, развитых в данном комплексе. Блестящим примером подобной провинции является нижняя пермь Средне-Европейского бассейна.

Условия миграции углеводородов, образовавшихся преимущественно из гумусового рассеянного органического вещества, влияют на распре деление залежей примерно так же, как и при их миграции из углистых веществ. Однако все же благодаря одновременному образованию и жидких углеводородов, количество которых увеличивается с погружением, залежи газа региональной миграции формируются как в наиболее погруженных частях впадин, так и в пределах их периферических частей.

При наличии крупных структур, сложенных чередованием коллекторов и полуколлекторов, возможно образование нескольких залежей: внизу нефтяных или газоконденсатных с нефтяной оторочкой, вверху - почти чисто газовых или газоконденсатных.

Значительно сложнее и разнообразнее условия миграции газообразных углеводородов, образующихся из сапропелевого типа РОВ. На ранней стадии катагенеза, когда из этого вещества образуется только метан, формируются только залежи газа, причем на самой ранней стадии даже растворенного в подземных водах.

На более поздней стадии катагенеза, когда образуются одновременно жидкие и газообразные углеводороды, относительное распределение залежей нефти и газа определяется условиями миграции - механизмом дифференциального улавливания. При большом масштабе газообразования, относительно емкости имеющихся в наличии ловушек, наиболее низкопогруженные ловушки будут заполнены газом, а нефтью — расположенные выше.

Наконец, при образовании газа из сапропелевого материала на поздней стадии катагенеза его миграция протекает от более погруженных участков впадин к периферическим, благодаря чему количество газовых залежей в первых может увеличиваться. Однако иногда процесс замещения нефтяных залежей газовыми может не развиваться по двум причинам: во-первых, при образовании зон пониженной проницаемости вблизи водонефтяного контакта (вследствие либо окисления нефти, либо развития цемента в породах), во-вторых, при наличии других путей миграции.

Условия формирования газоконденсатных залежей из двухфазных систем общеизвестны: они контролируются исключительно термодинамическими условиями залегания самих залежей, которые неодинаковы в разных геологических обстановках. В частности, на молодых платформах это контролируется в основном величиной геотермического градиента, в то время как в пределах геосинклинальных впадин — в основном повышенными пластовыми давлениями.

Наконец, общеизвестно влияние условий сохранения залежей нефти и газа на их относительное распределение, так как степень миграционной способности нефти и газа принципиально различна, физические свойства пород, могущих играть роль покрышек для залежей этих ископаемых, могут быть не одинаковыми, а породы, которые слагают покрышки для залежей нефти,могут не удерживать газ. В результате газ может мигрировать выше до регионального флюидоупора.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: