Динамика и интенсивность газообразования в угленосных толщах в зоне катагенеза » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Динамика и интенсивность газообразования в угленосных толщах в зоне катагенеза

16.04.2021

Громадная роль гумусового органического вещества (OB), обязанного своим происхождением фоссилизированной части биомассы высшей наземной растительности, в формировании значительной части запасов углеводородных газов в стратисфере бесспорна. Она доказывается приуроченностью крупных и уникальных скоплений газа в Западно-Сибирском, Амударьинском, Лено-Вилюйском, Днепровско-Припятском, Северо-Европейском и других нефтегазоносных бассейнах к угленосным осадочным толщам либо к толщам непосредственно их перекрывающим и образующим единые резервуары с угленосными формациями.

Три обстоятельства обусловили эту генетическую связь скоплений углеводородных газов с угленосными формациями. Во-первых, специфика химической структуры гумусового OB в процессе его превращений в зоне катагенеза приводит к генерации преимущественно метана.

Во-вторых, обычно в угленосных осадочных толщах высока концентрация OB. Так, в угленосных формациях Сибири и Средней Азии концентрация органического углерода в породах в 1,5-4.0 раза выше, чем соответствующие субкларки. Это обусловливает высокую газонасыщенность седиментогенных и возрожденных вод в водоносных комплексах, связанных с угленосными формациями, что создает благоприятные условия для выделения газообразных углеводородов в свободную фазу, их струйной миграции и аккумуляции в ловушки.

В-третьих, существенным фактором являются громадные массы гумусового фоссилизированного OB. Так, по подсчетам В.В. Казаринова, С.А. Кащенко, И.Д. Поляковой, автора и других (СНИИГГИМС), в юрско-нижнемеловой части разреза Западно-Сибирской плиты гумусовое OB угленосных толщ составляет более 65% от абсолютной его массы, в юрско-неокомской части разреза Туранской плиты — более 80%. Такую же значительную роль играет гумусовое OB угленосных формаций и во многих других седиментационных бассейнах.

He случайно поэтому изучению угленосных осадочных толщ при прогнозе газоносности недр уделяется такое большое внимание. Разработаны схемы оценки масштабов газообразования в угленосных осадочных толщах, предложена методика картирования газогенерирующих толщ с дифференциацией их по интенсивности этого процесса, ведется изучение баланса углеводородных газов в осадочных толщах, разработаны основы объемно-генетического метода оценки прогнозных запасов газа. Имеется ряд ключевых для теории газообразования в катагенезе, но не решенных однозначно вопросов. Остановимся на двух из них.

К первому вопросу относится методика оценки количества образующихся при катагенетических превращениях гумусового (и сапропелевого!) OB углеводородных и других газов, которая требует дальнейшего совершенствования.

Как известно, схема оценки количества летучих продуктов углефикации, образующихся в ходе катагенетических превращений гумусовых углей, была предложена в 1954 г. В.А. Успенским. Он исходил из следующего: 1) ката генетические превращения OB углей - процесс автономный, протекающий без поступления вещества извне; 2) при катагенетических превращениях OB образуется только пять соединений: CH4, CO2, H2O, H2S, NH3.

В 1967 г. А.Э. Конторович и Е.А. Рогозина обратили внимание на то, что эта схема не учитывает, что в новообразующихся при катагенезе OB продуктах помимо метана весьма значительную роль, по крайней мере на определенных этапах, играют газы C2-C5, углеводороды бензиновых и керосиновых фракций и более высококипящие компоненты битумоидов. Пренебрежение этими продуктами катагенетических превращений дает существенное завышение массы образующихся углеводородных газов. Была предложена устраняющая этот недостаток схемы В.А. Успенского методика расчетов, которая широко применяется при картировании газопроизводящих толщ. Следует, однако, иметь в виду, что методика А.Э. Конторовича и Е.А. Рогозиной, так же как первоначально предложенная методика В.А. Успенского, не допускает возможности новообразования в катагенезе помимо перечисленных выше соединений молекулярного азота (N2), водорода (H2), элементарной серы (S). Между тем появляется все больше фактов о новообразовании этих соединений при катагенетических превращениях OB. Напомним, что в схеме В.А. Успенского и уточняющей ее схеме А.Э. Конторовича и Е.А. Рогозиной для оценки количества образующихся углеводородных газов по существу решается система из 11 неравенств с 11 неизвестными. При конкретных значениях элементного состава OB, встречающихся в природе, такая система дает для всех неизвестных решение в ограниченных сверху и снизу относительно небольших интервалах, т.е, решая ее, можно получить приближенный состав образующихся продуктов катагенетических превращений OB. Введение в систему еще трех неизвестных практически снимает всякие ограничения с ее решения.

Ниже предлагается иная схема расчета, позволяющая обойти эти трудности. Поясним ее на простейшем примере. Пусть OB находится на стадии протокатагенеза (ПК), т.е. при его превращениях новообразование битумоидов не происходит. Пусть в момент 1 оно имело состав C1, Н1, N1, S1, O1 и его масса была M1, а кислород в количестве O, ОН входил в состав гидроксильных групп. В момент 2, претерпев определенные, но в пределах зоны ПК, превращения, OB имеет состав C2, H2, N2, S2, O2, О2OH и его количество равно M2.

Пусть в ходе катагенетических превращений OB образуются CH4, CO2, H2S, NH3, H2O, H2, N2S. Обозначим количество углерода, входящего в эти продукты углефикации, через х, водорода — у, азота — z, серы — t и кислорода — и. Тогда можно записать систему уравнений материального баланса
Динамика и интенсивность газообразования в угленосных толщах в зоне катагенеза

Дополним ее геохимически вполне обоснованными неравенствами х > 0, у > 0, z > 0, t > 0, и > 0, получим систему из 6 неравенств с 6 неизвестными

Решая систему относительно M2, получим

где А и В здесь некоторые постоянные, причем A-B < A1B. Поэтому для оценочных расчетов можно принять

При известных М1 и М2 решаем систему из 5 уравнений с 5 неизвестными.

Легко видеть, что эти рассуждения полностью тождественны схеме В.А. Успенского. Схема дальнейших расчетов, однако, существенно отлична. Известно, что кислород в OB входит в состав гидроксильных групп (в спиртовых, фенольных, карбоксильных группах), карбонильных групп, мостиковых типа эфирных связей, гетероцикличных соединений.

Естественно допустить, что образование воды при катагенетических превращениях OB происходит только за счет гидроксильных групп, а остальной, теряемый OB кислород расходуется на образование углекислого газа. Обозначим кислород гидроксильных групп, пошедший на новообразование воды, uOH, а остальной кислород uOH. Здесь и всюду далее черта над формулой молекулы или иона означает "за исключением элемента в данной форме". Тогда

В наших предположениях xCO2=xCH3. Зная xCH4, определим yCH4 и yCH4;H2O. Оставшийся водород расходуется на новообразование H2S, NH3, H2. При предполагаемой схеме расчета можно определить только предельно возможные количества новообразования этих компонентов, а также N2.

Преимущество такой схемы оценки масштабов образования углеводородных газов в том, что она не исключает возможности новообразования H2, N2, S.

Подобно тому, как это сделано, схема может быть обобщена на случай, когда кроме метана новообразуются другие углеводородные газы и бигумоиды.

Второй дискуссионный вопрос — зональность нефтегазообразования в толщах, содержащих гумусовое OB.

Представляется, что при безусловно доминирующей роли процессов газообразования в угленосных осадочных толщах не следует недооценивать возможность и нефтеобразования в них. Поэтому при погружении угленосных осадочных толщ они, так же как и толщи с сапропелевым OB, проходят последовательно через верхнюю (протораннемезокатагенную) зону интенсивного газообразования, главную зону нефтеобразования (ГЗН) и глубинную (позднемезоапокатагенную) зону интенсивного газообразования. С происхождением гумусового OB через главную фазу нефтеобразования связано формирование алифатических парафинистых нефтей, известных в юре Южно-Мангышлакской нефтегазоносной области, Западно-Сибирской плиты и других районов. На более поздних подэтапах катагенеза нефти угленосных толщ становятся более циклическими за счет поступления новых порций УВ из материнских пород. Следует также иметь в виду, что в силу полифациальности угленосных толщ в них всегда присутствует, часто в значительных количествах, сапропелевое OB, также участвующее в нефтегазообразовании.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: