Содержание к диссертации
I*
\
і t
\ 1
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ
ИЗМЕНЕНИЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТЕЙ В
ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ВОЗРАСТА 15
1Л Состояние изученности проблемы 15
Характеристика фактического материала 24
Общая характеристика методологий проведенных исследований 33 Глава 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ И ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СВОЙСТВ НЕФТЕЙ 36
Методические вопросы проведения исследований пространственных свойств нефтей с помощью ГИС-технологий 36
Геоинформационная система по химии нефти 39
Обобщенная классификация нефтей по физико-химическим
с
свойствам 45
Глава 3. АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННОГО
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕФТЕЙ ЕВРАЗИИ ПО ОТДЕЛЬНЫМ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ 48
Географические закономерности распределения нефтей Евразии 48 3.1.1 Анализ распределения нефтей по физическим свойствам 48 3 Л .2 Анализ распределения нефтей по химическому составу 54
Анализ изменения физико-химических свойств нефтей в
зависимости от глубины залегания 65
3.3 Формирование карт распределения нефтей по некоторым
физико-химическим показателям нефти 69
Глава 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО- 72
ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТЕИ ЕВРАЗИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВОЗРАСТА НЕФТЕВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД
Анализ изменения физико-химических свойств нефтей в зависимости от возраста нефтевмещающих пород 72
Цикличность изменений химического состава нефтей в
зависимости от геологического возраста 76
4.3 Физико-химические свойства нефтей поясов нефтенакопления 87
Глава 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО-
ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ
ТЕКТОНИЧЕСКОГО ТИПА НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ БАССЕЙНОВ
ЕВРАЗИИ 94
Общая характеристика тектонической типизации бассейнов 94
Физико-химические свойства нефтей в зависимости от тектонического типа нефтегазоносных бассейнов 95 Глава 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА 103
6.1 Общая характеристика теплового потока Западно-Сибирской
плиты 104
6.2 Зависимость физических свойств нефтей ЗСНГБ от уровня
теплового потока 109
6.3 Взаимосвязь показателей химического состава нефтей ЗСНГБ и
уровня теплового потока 114
Глава 7. АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕФТЕЙ ЕВРАЗИИ ПО
КАЧЕСТВУ 121
7.1 Методические вопросы определения качества нефти 121
Комплексный показатель качества нефти 121
Классификации нефтей по качеству 124
Анализ выражений для показателя качества нефтей 125
7.2 Районирование нефтеносных территорий по качеству нефти 130
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 144
ЛИТЕРАТУРА 147
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 158
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 164
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 170
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 174
а »
I I
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. По прогнозам ученых энергопотребление в 21 веке вырастет в 4 - 6 раз, в основном за счет горючих ископаемых и, прежде всего, нефти и газа [1-5]. Это определяет необходимость развития новых путей поисков, разведки и разработки месторождений углеводородов. Данные задачи тесно связаны с фундаментальной проблемой естествознания, стоящей на стыке различных наук, - изучение пространственного распространения скоплений нефти и газа на Земле, их тесной связи с развитием планеты. Формирование нефтересурсов взаимосвязано со всеми процессами в земной коре, охватывая био-, гидро- и литосферу [б]. На основе современных достижений в геохимии и геологии нефти и газа нефтеобразование и пространственное размещение нефтегазовых ресурсов представлены как фундаментальные взаимосвязанные проблемы естествознания о происхождении и эволюции жизни на Земле. Современные концепции нефтеобразования отражают, что само возникновение и пространственное распределение скоплений нефти, ее физико-химические свойства определяются циклами развития Земли, сменой режимов этого развития [6].
Одним из кардиальных вопросов геохимии и нефтяной геологии является выяснение глобальных закономерностей размещения нефтегазоносных залежей и связь пространственного и временного распространения нефтей с их геохимическими и физико-химическими свойствами. Еще в 1877 году Д.И. Менделеев, обосновывая свои взгляды на происхождение нефти, обращал внимание на некоторые географические закономерности ее распространения [7]. Далее эти вопросы рассматривались французским геологом Л. де Лоне [7, 8]. Им было выделено три зоны нефтенакопления. В 1932 году И.М. Губкин обосновал закон распределения нефтяных месторождений [7]. Позднее этими проблемами занимались И.О. Брод, В.А. Успенская, О.А. Радченко, А.А. Бакиров, В.Е. Хаин, Б.А. Соколов, А.А. Трофимук, А.Б. Ронов, А.Э. Конторович, И.И. Нестеров, Ф.К.
Салманов, B.C. Вышемирский, Г.Ф. Большаков и др. Основной труд О.А. Рад-ченко о геохимических закономерностях размещения нефтеносных областей мира был опубликован в 1965 году, где были рассмотрены закономерности изменения плотности и содержания серы и парафинов нефтей мира (2000 образцов) в зависимости от глубины залегания и возраста нефтевмещающих пород, а также закономерности размещения на Земле серосодержащих нефтей. С того времени нефтедобыча распространилась на новые территории и стратиграфические подразделения, накоплен новый научный материал о физических и химических характеристиках нефтей вводимых в эксплуатацию месторождений мира. Новые знания подтолкнули к дальнейшему развитию исследований изменений физико-химических свойств нефтей в пределах отдельных нефтегазоносных бассейнов. Такими проблемами занимались А.Э. Конторович, И. И. Нестеров, Ф.К. Салманов, Н.П. Запивалов, И,В. Гончаров, Л.С. Борисова, А.К. Головко, Р.С. Мин, В.Ф. Камьянов и др.
Евразия занимает ведущее место в мировой добыче нефти и обладает более гЛ мировых нефтяных запасов. Причем, пять стран в первой десятке стран мира по запасам нефти расположены именно в Евразии и владеют 63,7 % от мировых запасов [6, 9]. Самые крупные месторождения углеводородов приурочены к бассейнам Евразии, среди которых выделяются бассейны Персидского залива, Западной Сибири, Северного моря, Прикаспийский, Таримский, Южно-Китайского моря, бассейны Явы, Суматры и Калимантана на Индонезийском архипелаге. Поэтому в настоящее время к изучению закономерностей изменения нефти по физико-химическим свойствам на территории Евразии, отличающейся разнообразием геологического строения земной коры, условиями залегания залежей нефти с большим многообразием свойств и обладающей огромными запасами УВ-сырья [10 - 17], проявляется повышенный интерес. Поэтому настоящая диссертационная работа посвящена изучению закономерностей изменения физико-химических свойств нефтей на территории Евразии.
7 Насколько можно судить по опубликованным работам, автор считает, что недостаточно изучены закономерности изменения физико-химических свойств нефтей Евразии в зависимости от географического положения, от глубины залегания и возраста нефтевмещающих пород. И практически не изученными являются такие вопросы как закономерности изменений физико-химических свойств нефтей в зависимости от геотектонического строения больших нефтеносных территорий, уровня теплового потока этих территорий, как одного из проявления внутренней энергии Земли и участвующего в механизме образования углеводородного (УВ) сырья, цикличности нефтеобразования и изменения объемов захоронения органического вещества за г е геологическую историю Земли.
Геохимические методы поиска месторождений основаны на газогеохимическом, гидрогеохимическом, микробиологическом, литогеохимическом и би-туминологическом подходах [18]. В настоящее время при поисках месторождений крайне недостаточно либо вообще не используется информация о физико-химических свойствах нефтей и закономерностях их изменения. Это связано с недостаточностью знаний о закономерностях распределения нефтей по физико-химическим свойствам в зависимости от географического положения, возрастных и глубинных изменений, теплового потока, периодичности нефтенакопле-ния и изменений объемов захоронений органического вещества. Недостаточность этих знаний, необходимых для увеличения точности в комплексном геохимическом прогнозе и поиске нефтегазоносности, обуславливает актуальность проведения сформулированных выше исследований и потребовала выполнения задач данной диссертационной работы. Эти знания будут способствовать более рациональному комплексному использованию нефтяных ресурсов и будут необходимы для решения многих проблем добычи, транспорта и переработки нефти. Очевидно, эти знания необходимы специалистам в разных областях науки, т.к. составление долговременных программ, межгосударственных соглаше-
ний должно учитывать основные принципы естественного развития крупных нефтеносных территорий [19, 20].
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами работы Института химии нефти Сибирского Отделения Российской Академии Наук в 1996 - 2000 гг. по теме «Развитие геоинформационной системы по химии и геологии нефти» (№ гос. регистрации 01.960.007571) и с 2001 г. - по теме «Формирование мировой базы данных по химии нефти и газа и изучение пространственной изменчивости их физико-химических свойств с применением ГИС-технологий» (№ гос. регистрации 01.20.0011865) по программе СО РАН «Проблемы нефти и газа», по гранту РФФИ "р98сибирь", № 98-05-03145, по хозяйственному договору 27/96 (заказчик Томскгеолком), по хозяйственному договору № 22/02 (заказчик ЮНИИ ИТ, г. Ханты-Мансийск).
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ. Целью настоящей диссертационной работы является установление новых статистически значимых закономерностей изменения физико-химических свойств нефтей в зависимости от пространственного и возрастного размещения нефтей Евразии на основе большого фактического материала, накопленного в базе данных (БД) по химии нефти.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Разработка обобщенной классификации нефтей Евразии по физико-химическим свойствам, пригодной для геоинформационного анализа пространственных и возрастных изменений нефтей.
Исследование закономерностей пространственного изменения физико-химических свойств нефтей Евразии в зависимости от их географического местоположения, глубины залегания, геологического возраста нефтевмещающих пород и геотектонического строения земной коры Евразии.
3. Исследование закономерностей распределения нефтей по физико-химическим свойствам и уровню теплового потока Земли.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для достижения поставленной цели в работе были использованы методы статистического анализа, методы автоматической классификации и методы геоинформатики.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:
Разработана обобщенная классификация нефтей Евразии по основным физико-химическим свойствам, учитывающая граничные условия по вязкости нефтей, содержанию в них смол, асфальтенов и фракции н.к. 200 С и отвечающая требованиям геоинформационного анализа пространственных изменений свойств нефтей.
Установлены новые закономерности и зависимости изменения физико-химических свойств нефтей Евразии от географического местоположения, геологического возраста, обусловленные особенностями геотектонического строения нефтегазоносных бассейнов и геологической историей их развития.
Показана цикличность в изменениях химического состава нефтей в зависимости от геологического возраста, которая взаимосвязана с геотектонической цикличностью и цикличностью формирования углеводородной оболочки литосферы.
Установлена статистически значимая зависимость физико-химических свойств нефтей Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна от уровня теплового потока.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Полученные в диссертационной работе результаты исследования пространственных и временных закономерностей изменения физико-химических и геохимических свойств нефтей, установление периодичности в изменениях показателей химического состава и анализ нефтей по качеству могут быть использованы при поисково-разведочных работах как в пределах Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна, так и нефтегазоносных территорий Евразии в целом. Созданные карты распределения тяжелых и вязких нефтей, карты распределения нефтей по содержанию в нефтях серы, смол, асфальтенов, парафинов и карты распределения нефтей по качеству на территории Евразии и Западной Сибири могут явиться основой для решения практических задач в самых различных областях нефтяной геологии и геохимии.
Изучение влияние тепловых потоков на изменение физико-химических свойств нефтей Западной Сибири позволяют получить дополнительные данные для локального прогноза физико-химических свойств нефтей, что в совокупности с другими методами способствует получению более точных оценок ресурсного потенциала территорий.
Подтверждением практической значимости диссертационных исследований является то, что на базе полученных автором теоретических разработок выполнен х/д 27/96 (заказчик Томскгеолком) по теме «Разработка математических методов, алгоритмических и программных средств оценки перспектив нефтега-зоносности территорий, прогнозирования состава и свойств нефтей с использованием банка геологической и химической информации», грант РФФИ "р98сибирь", № 98-05-03145, где компьютерный комплекс в составе ГИС и БД по химии нефти использовался для решения задач оценки перспектив нефтега-зоносности Казанского нефтедобывающего района Томской области (1998 -2001 гг.)- База данных по химии нефти является основой для выполнения х/д 22/02 (заказчик ЮНИИ ИТ, г. Ханты-Мансийск), при выполнении которого ис-
пользованы полученные в диссертации закономерности. В Музее нефтей ИХН СО РАН результаты диссертации по исследованию закономерностей изменения физико-химических свойств нефтей и их качества использованы для пополнения экспозиций новыми научными материалами.
ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ;
Обобщенная классификация нефтей по основным физико-химическим свойствам, учитывающая граничные условия по вязкости нефтей, содержанию в них смол, асфальтенов и фракции н.к. 200 С и отвечающая требованиям статистического анализа пространственных и возрастных изменений свойств нефтей.
Новые статистически значимые закономерности изменения физико-химических свойств нефтей Евразии от географического местоположения и геологического возраста вмещающих пород. Цикличность их изменения в зависимости от геологического возраста, которая взаимосвязана с циклами геотектонического развития и периодичностью формирования углеводородной оболочки литосферы.
Закономерности изменения физико-химических свойств нефтей Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна в зависимости от уровня теплового потока.
АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные результаты диссертационной работы были доложены на 14 международных конференциях, симпозиумах. В том числе на 1-й и 2-й научных конференциях «Добыча, подготовка и транспорт нефти и газа» (г. Томск, ИХН СО РАН, 1999 и 2001 гг.), 4-й и 5-й Международных конференциях «Химия нефти и газа» (г. Томск, ИХН СО РАН, 2000 и 2003 гг.,), на 5-й и 6-й Международных конференциях «Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа» (г. Москва, МГУ, 2001 и 2002 гг.), на
12 5-ом и 6-ом Международных симпозиумах KORUS (г. Томск, ТПУ, 2001 г., Новосибирск, НГТУ, 2002 г.), на 5-ом Международном симпозиуме имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, ТПУ, 2001 г.), на 20-м и 21-м Международных конгрессах IMOG (Франция, 2001 г., Польша, 2003 г.), на совещании «Теория нафтидогенеза и органическая геохимия на рубеже веков» (г. Новосибирск, ИГНГ СО РАН, 2002 г.), на Международной конференции «Нефтегазовому образованию в Сибири 50 лет» (г. Томск, ТПУ, 2002 г.), на Международной конференции «Современные проблемы нефтеотдачи пластов «Нефтеотдача- 2003» (г, Москва, РГУ им. И.М. Губкина, 2003 г.).
По теме диссертации опубликовано 40 работ, в том числе 14 статей в отечественных журналах («Геология нефти и газа», 2000, 2001 и 2003 гг.; «Геология и геофизика», 2003 г.; «Нефтехимия», 2001 г.; «География и природные ресурсы», 2001 г.; «Нефтяное хозяйство», 2002 г.; «Нефть России», 2001 г.; «Нефть и капитал», 2003 г.; «Вестник РАЕН (ЗСО)», 2002 г,; «Вычислительные технологии», 2000 г.; «Проблемы окружающей среды и природных ресурсов», 2000 г.; «Интервал», 2003 г. № 3 и № 5) и 6 статей в зарубежных журналах («Organic Geochemistry", 2002 г.; «Petroleum Chemistry», 2001 г.; «Progress in Mining and Oilfield Chemistry», 2001 и 2002 гг.; «Eurasian Chemico-Technological Journal», 2002 г., «Russian Geology and Geophysics», 2003 г.).
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из основной части, включающей в себя введение, 7 глав и заключение на 147 страницах, списка используемой литературы из 146 наименований и 4 приложений. Работа иллюстрируется 79 рисунками и 25 таблицами.
Первая глава посвящена обзору научного материала по вопросам изучения закономерностей изменения физико-химических свойств нефтей. Представлено описание фактического материала, на основе которого проведены исследования в диссертационной работе.
Во второй главе дана методология исследования пространственных и временных закономерностей изменения физико-химических свойств нефтей, представлено описание геоинформационной системы по химии нефти, включая базу данных.
Исследованию пространственных закономерностей изменения физико-химических свойств нефтей, включая географические и глубинные, посвящена третья глава диссертации.
Четвертая глава посвящена изложению результатов исследования закономерностей изменения физико-химических свойств нефтей в зависимости от возраста нефтевмещающих пород, цикличности изменения химического состава и поясного районирования нефтегазоносных территорий.
Результаты исследования физико-химических свойств нефтей в зависимости от тектонической классификации бассейнов представлены в пятой главе.
В шестой главе представлены исследования закономерностей изменения свойств нефтей Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна от уровня теплового потока.
В седьмой главе изложены методические вопросы определения качества нефти и исследование нефтей Евразии и Западной Сибири по качеству.
В заключении представлены результаты и выводы по материалам диссертационной работы.
Приложение 1 представляет собой список литературы, с помощью которой формировалась и пополнялась информацией БД по химии нефти. В Приложении 2 представлены карты распределения нефтей Евразии по плотности, вязкости и содержанию в нефтях серы и парафинов. В Приложении 3 представлены акты и справки об использовании и внедрении результатов диссертации. В Приложении 4 представлены свидетельства об официальной регистрации Базы данных по химии нефти и компьютерной программы
14 Работа выполнена в научно-исследовательском информационном центре Института химии нефти СО РАН под руководством д.ф.-м.н., профессора По-лищука Ю.М., которому автор выражает глубокую благодарность и особую признательность. В процессе работы автор пользовался советами и консультациями д.х.н. Серебренниковой О.В., которые оказали неоценимую помощь при подготовке диссертации. В процессе проведения исследований автор пользовался помощью сотрудников лаборатории к.х.н. Ана В.В., Козина Е.С., Торовиной И.Л. и др. Автор считает приятным долгом выразить коллегам признательность за сотрудничество в выполнении диссертационной работы. За оказанную большую помощь автор выражает искреннюю благодарность д.г.-м.н., профессору Шварцеву С.Л. и д.г.-м.н., профессору Рихванову Л.П.
