Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ГЕОХИМИЧЕСКИХ И ТЕРМО ДИНАМИЧЕСКИХ КРИТЕРИЯХ ПРОГНОЗА ФАЗОВО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТИПОВ УГЛЕВОДОРОДНЫХЬСКОПЛЕНИЙ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ 10
1.1. Анализ методов геохимической оценки фазового состояния и состава залежей УВ и задачи исследования 10
1.2. Методика исследований и фактический материал, положении и в основу работы 16
2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТІ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ОСНОВ НЫХ ФАКТОРОВ КАТАГЕНЕЗА-РОВ,-ШТЕЙ И ГАЗОВ 21
2.1. Термодинамическая зональность в размещении нефтега-зоносности глубокопогруженных горизонтов 3
2.2. Молярные объемы и фазовое состояние в пластовых углеводородных системах 26
2.3. Влияние температуры и давления на равновесие модельных реакций нефте- и газообразования д?
3. ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ И КАТАГЕНЕЗ РАССЕЯННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ОСНОВНЫХ НЕФТЕГАЗОГЕНЕРИРУЮПЩ ТОЛЩ МЕ30КАЙН030ЙСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ РЕГИОНА 65
3.1. Краткие сведения о геологическом строении и нефтегазо-носности мезокайнозойских отложений 66
3.2. История развития региона в среднеюрское время 80
3.3. Катагенез РОВ среднеюрских отложений, краткая характеристика постседиментационных изменений вмещающих пород 85
3.4. История развития региона в апт-альбское время 88
'3.5. Катагенез РОБ апт-альбских отложений, краткая характе ристика постседиментационных изменений вмещающих пород 9.1 .
3.6. Катагенез РОВ кайнозойских терригенных пород .95
3.7. Оценка возможных температур генерации нефти и газа .99
3.8. Основные особенности катагенеза и химического состава РОВ /02
4. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ НЕФТЕЙ, ГАЗОВ И КОНДЕНСАТОВ В СВЯЗИ С КАТАГЕНЕЗОМ РОВ /09
4.1. Изменения физико-химических свойств УВ и их группового состава 109
4.2. Изменения в составе реликтовых УВ (нормальные и изо-преноидные алканы) /25,
4.3. Изменения в химической структуре нефтей и конденсатов по данным ИК-спектрометрии /48
4.4. Изменения в составе углеводородных газов /61
4.5. Изменения в составе неуглеводородных газов /57
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ НЕФТЕЙ И КОНДЕНСАТОВ И ПРОГНОЗ ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ И СОСТАВА УВ-ФЛЮИДОВ
5.1. Генетическая типизация нефтей и конденсатов /75
5.2. Некоторые особенности геохимического превращения нефтей и конденсатов 18/ ,
5.3. Методические приемы прогноза фазово-генетических типов залежей УВ в глубоких горизонтах /93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 211
Литература 213 .
Введение к работе
Настоящее время характеризуется значительным увеличением глубин поисково-разведочных скважин на нефть и газ и, в особенности, в старых нефтедобывающих районах Северного Кавказа.
Наличие критической зоны исчезновения нефтей и газов в условиях жесткого катагенеза глубоких горизонтов обусловило практическую необходимость изучения геохимической истории углеводородов (УВ) и органического вещества (ОБ) с целью определения оптимальных глубин для поисково-разведочных работ на больших глубинах.
Одним из важнейших аспектов этого изучения является выяснение основных геохимических показателей нефтегазоносности исследуемых толщ. Накопленный к настоящему времени материал свидетельствует о региональной нефтегазоносности мезокайнозойских отложений в пределах Северного Кавказа, поэтому для дальнейшего и эффективного проведения поисково-разведочных работ на нефть и газ необходимо еще более углубленное исследование геохимических особенностей УВ- флюидов и ОВ, а также факторов их превращения и разрушения в осадочной оболочке земной коры.
Последнее позволяет создать схему вертикальной и площадной зональности распределения фазово-генетических типов УВ флюидов по их качественной характеристике и запасам.
Вместе с тем следует заметить, что обширная информация о составе нефтей для прогнозных целей используется еще недостаточно, что во многом связано с различными взглядами на эволюцию УВ и факторы, обуславливающие её.
Последнее десятилетие характеризуется все нарастающим вниманием исследователей к количественным оценкам геохимических процессов. Но наряду с тем надо отметить, что количественные оценки, строятся в подавляющем свое большинстве на статистической основе.
Хотя уже имеются единичные попытки применения строгих теорий и универсальных эмпирических законов к изучению факторов и процессов превращения УВ и ОБ (например, применение теории переходного состояния, уравнения Аррениуса и правила Вант-Гоффа), удельный вес их в общем балансе геохимических исследований невысок.
Если в познании состава УВ и ОБ и их взаимосвязей достигнуты определенные успехи на молекулярном уровне, то координаты природной эволюции соединений углерода еще слабо разработаны, поэтому большинство исследователей при генетических построениях прибегает к статистическим корреляциям с использованием самых различных по информативности критериев - от самых простых (плотность УВ) до самых сложных (молекулярные параметры, стереохимические особенности органических молекул).
Общей тенденцией развития современной органической геохимии является постепенный переход в ней от преимущественно химико-аналитической характеристики объектов к изучению тех процессов, которые управляют превращением вещества в недрах. Формируются новые разделы геохимической науки - молекулярная геохимия, статистическая геохимия, физическая геохимия и теоретическая органическая геохимия. Основная цель их исследований - разработка количественных методов расшифровки генезиса различных типов УВ, самого процесса нефтегазообразования и его факторов на основе физико-химического и математического моделирования, в то время как аналитические геохимические исследования позволяют изучать главным образом только суммарные результаты протекания процесса образования и накопления нефти и газа.
Крупный вклад в развитие количественной теории эндогенных геохимических процессов внесли работы Я.Г.Вант-Гоффа, Д.С.Коржин-ского, В.С.Голубева, И.Л.Ходаковского, Р.М.Гаррелса, А.П.Виноградова, И.К.Карпова, Ю.П.Мельника, Д.Б.Томпсона, Ф.А.Летникова, А.Д.Эллиса, С.Р.Д.Бринкли, Г.К.Хелг.есона и других советских и за--рубежных ученых.
В этом же направлении крупный вклад в познание процесса образования и превращения природных органических соединений внесен работами П.Ф.Андреева, М.А.Бестужева, Н.Д.Зелинского, В.Н.Ипатьева, А.И.Богомолова, А.Ф.Добрянского, А.Н.Гусевой, Э.М.Галимова, А.С.Великовского, А.А.Карцева, А.А.Петрова, О.А.Радченко, А.В.Фро-ста, В.А.Успенского, В.А.Чахмахчева, Н.В.Лопатина, С.Г.Неручева, Г.П.Курбского, Н.Б.Вассоевича, А.Н.Резникова, В.К.Шиманского, Ж.Коннана, Д.Вельте, Б.Тиссо и др.
Далее следует отметить, что с точки зрения отмеченных здесь концепций настоящая работа по своим методам примыкает к школе физико-химического (или аналитического) направления в органической геохимии.
Диссертация состоит из пяти глав.
В первой главе рассматривается характеристика методов выбора геохимических критериев качественного прогноза нефтегазоносности, чему предшествовал анализ фазового состояния и состава УБ и НУТ в разрезе стратисферы.
Обзор показал, что уточнение прогноза нефтегазоносности может быть осуществлено на основании новых геохимических и термодинамических исследований. Автор видит это в соединении методов физической и органической геохимии.
В следующей, одной из стержневых глав работы (теоретическая часть исследований) приводится методика и количественная оценка термодинамических факторов равновесия природных процессов нефтеоб-разования. Наиболее важным, что отличает проведенные исследования от данных предшествующих работ, это предварительная дифференциация геохимического процесса на химическое и фазовое равновесие, кинетику и их соотношение. Сложность природных процессов преобразования органических соединений во многом еще ограничивает проведение широких количественных расчетов, поэтому в настоящей работе рассмотрено влияние давления и температуры в основном на процессы химического равновесия.
В рассматриваемой главе дается обзор методов оценки объемных свойств углеводородных соединений в интервале различных давлений и температур, обоснование фазового состояния углеводородных растворов. Здесь также приводятся приближенные методы расчета объемных параметров УВ. Затем дается количественная оценка влияния давления и температуры на процесс генерации УВ на основе математического моделирования с использованием уравнений Планка (влияние давления на константу равновесия в растворе) и Вант-Гоффа (влияние температур на константу равновесия). Здесь же произведено сравнение равновесных данных с природными, а также дается обоснование применения линейного соотношения свободных энергий (ЛСЭ) к расчету как ионных, так и неионных модельных геохимических реакций. На основании расчетов дается строгое обоснование температурной зависимости превращения ОБ и УВ, сравнение превращений в газовой фазе и в растворе при высоких давлениях. В последующих главах последовательно, согласно поставленным целям, кратко рассмотрены геологическое строение, нефтегазоносность, история развития нефтегазоносных отложений мезокайнозоя Терско-Каспийского прогиба (ТКП). В качестве отправной координаты геохимического процесса принята степень превращенности рассеянного органического вещества (РОВ) вмещающих отложений. На основе комплексного анализа литоге-нетических изменений вмещающих отложений и химико-кинетических расчетов создана температурно-временная модель превращения РОВ. Последующим моментом было исследование динамики катагенетических изменений в физико-химических свойствах и молекулярной структуре УВ различных тектонических областей региона по данным газожидкостной хроматографии (ІЖХ), ИК - спектроскопии, изотопного анализа, общих физико-химических свойств и группового состава. На основе сопоставления ряда генетических диаграмм оценено влияние исходного ОВ и вторичных преобразований на формирование фазово-генетическо-го облика УВ -флюидов региона. В работе также рассмотрены вопросы информативности и применения различных параметров, характеризующих углеводородную и неуглеводородную части нефтей для целей качественного прогноза состава УВ, а также роль статистических оценок при прогнозных построениях.
В процессе выполнения работы автор неоднократно пользовался советами и консультациями доктора химических наук, профессора И.Р.Кричевского, доктора геолого-минералогических наук Р.Г.Панкиной, доктора технических наук А.И.Хазнаферова, кандидатов химических наук Б.С.Эльянова, Г.П.Курбского, В.С.Фадеева, кандидатов геолого-минералогических наук Б.К.Чичуа, Н.Д.Гуляевой, Э.В.Чайковской, М.И.Лоджевской, Г.П.Волобуева и Л.Н.Шалаева. Большую помощь в постановке экспериментальных исследований автору оказали Б.К. Чичуа, В.С.Фадеев с сотрудниками,Р.Г.Панкина, А.А.Петров и П.И.Кулаков.
Консультации и помощь при составлении программ и расчеты на ЭВМ были выполнены при участии кандидата геолого-минералогических наук Э.А.Гончаренко и кандидата технических наук Ю.И.Тренчикова.
Большую и неоценимую поддержку при постановке тематических и хоздоговорных исследований оказали автору кандидаты геолого-мине-ралогических наук А.В.Меркулов и Н.Е.Меркулов. Пробы нефтей и конденсатов из отложений краевых зон Терско-Каспийского прогиба (Дагестан, Восточное Ставрополье) были любезно предоставлены кандидатами геолого-минералогических наук Е.М.Ланда, Е.П.Саенко и И.А. Бурлаковым. Общее руководство работой осуществлялось научными руководителями аспиранта профессором А.Н.Резниковым и кандидатом геолого-минералогических наук В.Д-.Талалаевнм.
При рассмотрении отдельных разделов и глав диссертационной работы были высказаны ценные замечания и советы Б.С.ЭЛБЯНОВНМ, Б.К.Чичуа, Н.Д.Гуляевой, Э.Б.Чайковской, Г.П.Волобуевым, В.А.Чах-махчевым, И.С.Старобинцем, Ж.Н.Шалаевым и Г.П.Курбским. Всем им автор выражает большую благодарность и глубокую признательность.
Автор также глубоко благодарит кандидата химических наук В.А.Дорогочинскуго, кандидата геолого-минералогических наук Е.П. Саенко и старшего научного сотрудника И.Н.Суворову за предоставление необходимых данных по свойствам нефтей и органического вещества.
