стадия нефтеобразования
advertisement
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Институт геологии и нефтегазового дела Кафедра геологии и разработки нефтяных месторождений Презентация лекционного курса Автор к. г.-м. н., доцент Недоливко Наталья Михайловна Научной основой ГПНГ углеводородных скоплений являются теории: 1. Осадочно-миграционного происхождения нефти из биоорганического вещества, в наиболее законченном виде отраженная в работах Н.Б. Вассоевича. Чтобы с генетических позиций оценить природу углеводородных аномалий в верхних горизонтах осадочного чехла, для теории и практики ГПНГ необходимы сведения о типе и степени изменения ОВ, его нефтегазоматеринском потенциале в зоне поискового геохимического зондирования. Этой же цели служат данные об изотопном составе метана: обнаружение изотопно-тяжелого СН4 в газовых аномалиях ГПНГ может свидетельствовать о миграционном происхождении газов. 2. Диффузионнофильтрационного массопереноса углеводородных газов и низкомолекулярных жидких УВ из залежей нефти и газа в перекрывающие их осадочные породы [Соколов В.А., 1971] 1. Осадочно-миграционная теория происхождения нефти из ОВ В процессе преобразования органического вещества при погружении его на глубину выделяют три основные фазы (стадии и зоны): Первая фаза – подготовительная стадия нефтеобразования – газогенерирующая зона, соответствующая диагенезу и раннему катагенезу, Вторая фаза – главная стадия нефтеобразования - нефтегазогенерирующая зона, отвечающая начальному этапу среднего катагенеза; Третья фаза – затухающая стадия нефтеобразования - нижняя газогенерирующая зона, соответствующая позднему катагенезу (МК4-АК2). Схема генерации нефти и газа из ОВ на стадиях диагенеза и катагенеза (по Н.Б. Вассоевичу, С.Г. Неручеву [1]). Стадии и подстадии литогенеза Диагенез ранний средний Катагенез Ка та ге не з поздний Метагенез (метаморфизм) Зона генерации УВ и масштабы их генерации Температура Жидкие углеводороды Газообразные углеводороды ºС Диагенетическая, газогенерирующая Катагенетическая верхняя, газогенерируюшяя Катагенетическая, нефтегазогенерирующая Катагенетическая нижняя, газогенерирующая «Газового дыхания» Средняя глубина (км) зон генерации в осадочных бассейнах, осушенных или покрытых мелководными морями 10…20 0,1…0,5 20…65 0,5…1,5 65…150 1,5…5 150…250 5…7 250…350 7…9 > 350 >9 Стадии формирования нефти Подготовительная Главная Затухающая Микробное разложение, гидролиз Биомономеры Сахара, аминокислоты, жирные кислоты, фенолы Конденсация, дезаминирование, восстановление, циклизация, полимеризация Геополимеры Диагенез ранний Углеводы, белки, липиды, лигнин Диагенез поздний Биополимеры Азотсодержащие и гуминовые комплексы Геомономеры Углеводороды и низкомолекулярные органические соединения Термический крекинг Конечные продукты Газ и пиробитумы Изменение органического вещества, по Дж. Ханту 200 ºС Метаморфизм Термокаталитический крекинг, декарбоксилирование, диспропорционирование водорода Катагенез 50 ºС В позднем диагенезе в результате процессов конденсации, дезаминирования, восстановления, циклизации и полимеризации образуются геополимеры (азотсодержащие и гуминовые комплексы). Диагенез осажденного органического вещества завершается на глубине, для которой характерны снижение количества извлекаемых гумусовых кислот до минимального уровня и удаление большей части карбоксильных групп. Это явление фиксируется на границе перехода бурых углей в каменные при отражательной способности витренита, равной 0,5 %. Градация Стадия литогенеза ПК1 Мягкий – Б1 ПК2 Матовый – Б2 ПК3 Блестящий – Б3 МК1 Длиннопламенный – Б 2-6 М е з о к а т а г е н е з - МК ДГ 1-3 МК2 МК3 МК4 МК5 3-9 4-12 А п о к а т а г е н е з - АК АК1 АК2 5-15 Газовый - Г Жирный - Ж 0,2 0,4 0,5 0,8 % НЕФТЬ Главная зона нефтеобразования ГЗН ТУВ Коксовый - К Отощенно-спекающийся - ОС Тощий - Т Полуантрацит - ПА АК3 Антрацит - А АК4 Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК2) Торф Диагенез Протокатагенез - ПК Глубина, м Шкала углефикации (Донбасс) СН4 Главная зона газообразования ГЗГ 1 фаза - газогенерирующая (отвечает диагенезу и протокатагенезу – градации Дг-ПК, степени преобразования ОВ от торфов до мягких, матовых и блестящих углей). Трансформация ОВ в диагенезе происходит с большой потерей первоначальной массы и сопровождается генерацией газов биохимического происхождения: CH4, CO2, N2, микрокомпонентами являются H2, CO2, NH3, H2O, N2O, органические вещества. В морских субаквальных обстановках – еще и Н3 и H2S. Из УВ образуется преимущественно метан (гомологи метана либо отсутствуют, либо фиксируются в незначительных концентрациях) в количестве до 5 % от общей массы ОВ. Он имеет характерный легкий изотопный состав: δ13С от -50 до -90 ‰. Для нефтеобразования эта фаза является подготовительной, фазой еще не созревшей микронефти Градация Стадия литогенеза ПК1 Мягкий – Б1 ПК2 Матовый – Б2 ПК3 Блестящий – Б3 МК1 Длиннопламенный – Б 2-6 М е з о к а т а г е н е з - МК ДГ 1-3 МК2 МК3 МК4 МК5 3-9 4-12 А п о к а т а г е н е з - АК АК1 АК2 5-15 Газовый - Г Жирный - Ж 0,2 0,4 0,5 0,8 % Главная зона нефтеобразования НЕФТЬ ГЗН ТУВ Коксовый - К Отощенно-спекающийся - ОС Тощий - Т Полуантрацит - ПА АК3 Антрацит - А АК4 Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК2) Торф Диагенез Протокатагенез - ПК Глубина, м Шкала углефикации (Донбасс) СН4 Главная зона газообразования ГЗГ 2 фаза – главная фаза нефтегазогенерирующая – главная фаза нефтеобразования (зона среднего катагенеза, отвечает этапам длиннопламенных, газовых и жирных углей градации МК1-МК3). Происходит существенное преобразование молекулярной структуры ОВ с образованием значительного количества продуктов: а) газообразных (CO2, CH4, NH3, N2, H2S); б) жидких (H2O, нефтяные углеводороды) Содержание микронефти в породах возрастает в несколько раз за счет обогащения ранее почти отсутствующими легкими углеводородами и резко усиливается ее эмиграция. Рождается, отрываясь от материнской породы, собственно нефть. Этому сопутствует широкое развитие процесса газообразования с характерным высоким содержанием тяжелых газообразных УВ с изотопно относительно тяжелым метаном – δ13С от -37 до -45 ‰. Градация Стадия литогенеза ПК1 Мягкий – Б1 ПК2 Матовый – Б2 ПК3 Блестящий – Б3 МК1 Длиннопламенный – Б 2-6 М е з о к а т а г е н е з - МК ДГ 1-3 МК2 МК3 МК4 МК5 3-9 4-12 А п о к а т а г е н е з - АК АК1 АК2 0,2 0,4 0,5 0,8 % Газовый - Г Жирный - Ж НЕФТЬ Главная зона нефтеобразования ГЗН ТУВ Коксовый - К Отощенно-спекающийся - ОС Тощий - Т Полуантрацит - ПА СН4 Главная зона газообразования ГЗГ 2 фаза – главная фаза нефтегазогенерирующая – главная фаза нефтеобразования (зона среднего катагенеза, отвечает этапам длиннопламенных, газовых и жирных углей градации МК1-МК3). Образование газообразных и жидких продуктов из твердого керогена происходит со значительным увеличением объема вещества (в 2-3 раза в пластовых условиях и в сотни раз – в нормальных). Это приводит в зонах интенсивного нефтегазообразования к временному: разуплотнению пород, повышению пористости, возникновению АВД – до 100-200 атм выше нормального гидростатического. АК3 Антрацит - А АК4 5-15 Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК2) Торф Диагенез Протокатагенез - ПК Глубина, м Шкала углефикации (Донбасс) В дальнейшем при превышении давления выше критического происходят: флюидоразрыв пород, раскрытие системы трещин, выброс сжатых флюидов уплотнение пород до нормального уровня [2]. Градация Стадия литогенеза ПК1 Мягкий – Б1 ПК2 Матовый – Б2 ПК3 Блестящий – Б3 МК1 Длиннопламенный – Б 2-6 М е з о к а т а г е н е з - МК ДГ 1-3 МК2 МК3 МК4 МК5 3-9 4-12 А п о к а т а г е н е з - АК АК1 АК2 Газовый - Г Жирный - Ж 0,2 0,4 0,5 0,8 % НЕФТЬ Главная зона нефтеобразования ГЗН ТУВ 3 фаза – главная фаза газообразования (развивается в жестких термобарических условиях, характерных для среднего и позднего катагенеза - градации МК4-АК2 коксовые, отощенно-спекающиеся, тощие угли и полуантрациты) Отличается тем, что ОВ генерирует газоконденсат и газ. Коксовый - К Отощенно-спекающийся - ОС Тощий - Т Полуантрацит - ПА АК3 СН4 Главная зона газообразования ГЗГ В конце этой фазы образуется главным образом метан, но в отличие от ГФН он имеет еще более тяжелый изотопный состав – δ13С от -30 до -36 ‰. Антрацит - А АК4 5-15 Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК2) Торф Диагенез Протокатагенез - ПК Глубина, м Шкала углефикации (Донбасс) Для нефтеобразования эта фаза является затухающей Теория диффузионно-фильтрационного массопереноса углеводородных газов и низкомолекулярных жидких УВ из залежей нефти и газа в перекрывающие их осадочные породы Вертикальная миграция УВ представляет собой сложный, поддающийся весьма приближенному анализу процесс, осуществляющийся путем диффузии и фильтрации. Газовая диффузия – единственный миграционный процесс, который протекает во всем объеме перекрытий и образует поэтому непрерывные пространственные ореолы непосредственно над залежами. Исследования П.Л. Антонова, И.С. Старобинца, В.Н. Литвиновой и др., показали, что в осадочных толщах нефтегазоносных бассейнов имеет место молекулярный перенос массы, который подчиняется законам диффузии. Фильтрация интенсивно проявляется по системе трещин и каналов в зонах тектонических нарушений. Повышенная тектоническая активность объекта усиливает этот процесс. Реальность таких явлений подтверждается частым наличием газовых аномалий над месторождениями в неглубоко залегающих представительных горизонтах надпродуктивных отложений и подпочвенных образований в зонах распространения тектонических нарушений и на участках повышенной трещиноватости пород. Миграция УВ, особенно газообразных, посредством фильтрации является важнейшим фактором образования аномалий УВ в породах надпродуктивных отложений. Миграция происходит путем прорыва УВ через породы-покрышки и носит струйный характер. Органическое вещество сапропелевое гумусовое Процесс образования газа на стадиях литогенеза происходит в осадочном процессе с Диагенез увеличением его относительного выхода по мере погружения осадков. Вне зависимости от генетической природы органического вещества 100 (гумусовое и сапропелевое) на Катагенез ранней стадии диагенеза образуются метановые углеводороды нормального строения. В дальнейшем по мере погружения на глубину и увеличения температуры и давления: в позднем диагенезе Метаморфизм Относительный выход газа из ОВ генерируется углекислый газ; тонкозернистых отложений в катагенезе – азот, метан и Кривая образования газа в осадочном бассейне его гомологи, и в конечном итоге – сероводород. в зависимости от глубины, по Дж. Ханту Список использованной литературы 1. Справочник по геохимии нефти и газа. – СПб.: ОАО «Издательство «Недра», 1998. – С. 536-571. 2. Конторович А. Э., Неручев С. Г. Катагенез рассеянного органического вещества. - В кн.: Проблемы нефтеносности Сибири. Новосибирск: Наука, 1971. - С. 51— 69.
