Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние и тенденции развития экспериментального исследования процесса образования залежей нефти и газа. 11
1.1. Состояние исследования механизма образования нефтегазовых залежей 12
1.2. Тенденции развития исследования механизма образования залежей 42
Глава 2. Исследования катализации и гидрогенизации в процессе генерации УВ 45
2.1 Катализация в процессе генерации УВ 45
2.2 Эксперимент моделирования гидрогенизированной реакции НМП .-. 48
Глава 3. Строительство лаборатории физического моделирования образования нефтегазовых залежей и методика моделирования миграции и аккумуляции УВ 53
3.1. Состояние исследования экспериментального моделирования образования залежей миграции и аккумуляции УВ и тенденции их развития 53
3.2 Проектирование и строительство лаборатории моделирования образования залежей миграции и аккумуляции УВ 61
3.3 Методология и технология моделирования миграции и аккумуляции УВ в пористой среде 70
3.4 Техника и методика моделирования миграции и аккумуляции УВ в транспортных пластах и системе ловушек 16
Глава 4. Механизм миграции и аккумуляции УВ и закономерность увеличения их насыщенности в условиях разных сред 79
4.1 Механизм динамики и количественная модель миграции УВ в пористой среде 79
4.2 Динамический механизм увеличения нефтенасыщенности в пористых средах и его количественная модель 93
4.3. Динамический механизм и модель миграции и аккумуляции УВ в
неоднородных проводящих песчаных пластах 99
4.4. Геологическая модель влияния миграции и аккумуляции УВ в сбросовых проводящих системах 124
4.5. Динамический механизм и модель миграции и аккумуляции нефти антиклинальных ловушек 142
4.6 Приоритетный путь миграции УВ и его значение 146
Глава 5. Механизм моментального образования залежей УВ 161
5.1. Создание геологической модели концепции моментального образования залежей УВ 161
5.2. Доказательство включений флюидов в моментальном образовании залежей УВ 161
5.3. Модель моментального образования залежей УВ и ее значение 166
Глава 6. Механизм образования "залежей газа под водой" 168
6.1 Состояние исследования "залежей газа под водой" 168
6.2. Механизм и модель образования "залежей газа под водой" 174
6.3 Изучение «газа под водой» бассейна Турфан-Хами 178
6.4 Обсуждение формирования "залежей нефти под водой" 181
6.5 Разведочные перспективы "газа под водой" в Китае 183
Глава 7. Методика исследования системы образования залежей УВ и ее применение в центральной части бассейна Тарим 184
7.1 Состояние исследования и актуальные проблемы нефтегазоносной системы 184
7.2 Основные понятия системы образования залежей УВ 186
7.3 Методика исследования системы образования залежей УВ 191
7.4. Характеристики нефтяной геологии бассейна Тарим 197
7.5. Деление циклов бассейна Тарим и систем образования залежей УВ центральной части бассейна Тарим 206
7.6 Раннепалеозойская система образования залежей УВ с одним очагом и тремя элементами в центральной части бассейна Тарим 209
7.7 Палеозойская система образования залежей УВ с многими очагами и тремя положениями в центральной части бассейна Тарим 218
7.8 Анализ разведочных потенциалов системы образования залежей УВ центральной части бассейна Тарим 220
Глава 8. Статистические характеристики распределения нефти и газа садочных бассейнов 222
8.1. Классификация осадочных бассейнов 222
8.2. Формирование и эволюция кратонных бассейнов и статистические характеристики основных факторов образования залежей 225
8.3. Формирование и эволюция рифтовых бассейнов и статистические характеристики их главных факторов образования залежей 232
8.4. Формирование и эволюция форландовых бассейнов и статистические характеристики их главных факторов образования залежей 235
Глава 9. Характеристики распределения средних и крупных нефтегазовых месторождений Китая , 241
9.1. Типы и распределение залежей УВ средних и крупных нефтегазовых месторождений Китая 241
9.2. Характеристики распределения нефтематеринских пород крупных и средних нефтегазовых месторождений Китая 256
9.3. Характеристики распределения коллекторов крупных и средних нефтегазовых месторождений Китая 278
9.4 Характеристика распределения покрышек крупных и средних нефтегазовых месторождений Китая 284
9.5 Характеристика миграции и аккумуляции крупных и средних нефтегазовых месторождений Китая 285
Глава 10. Стратегический прогноз нефтегазовой разведки Китая 292
10.1. Нефтегазовая разведка в рифтогенных бассейнах Китая 292
10.2. Нефтегазовая разведка в форландовых бассейнах Китая 298
10.3. Нефтегазовая разведка кратонных бассейнов Китая 309
10.4. Разведка нефти в нефтегазоносных бассейнах, связанных со сдвигом 325
Заключение 344
Литература 346
- Состояние исследования механизма образования нефтегазовых залежей
- Эксперимент моделирования гидрогенизированной реакции НМП
- Проектирование и строительство лаборатории моделирования образования залежей миграции и аккумуляции УВ
Введение к работе
Актуальность проблемы. В XX веке в мире произошло 15-кратное увеличение уровня потребления энергетических ресурсов - с 0,82 млрд. т.у.т. в 1900 г. до 12,3 млрд. т.у.т. в 2000 г. - при опережающем росте использования углеводородов(УВ).
Суммарное потребление энергетических ресурсов в мире продолжает возрастать и за период в 1970-2004 гг. составило более 360 млрд. т.у.т.
В 2000-2005 гг. в мире продолжался быстрый рост спроса на все основные виды органического топлива - нефть (2,2 % в год), газ (2,8 % в год) и уголь (5,7 % в год). Начиная с 2003 г. в результате увеличения потребления энергоносителей в Китае и США, глобальное использование нефти возрастало на 4,5 % в год, а угля - на 7,3%. Мировое потребление газа увеличивалось за последние три года в среднем на 3% в год, главным образом, за счет роста спроса в Азиатско-Тихоокеанском регионе (АТР), на Ближнем Востоке, в Южной Европе и в СНГ. В 2005 г. глобальное производство и потребление энергетических ресурсов достигло 15 млрд. т.у.т.
Анализ устойчивых процессов в мировой экономике, энергетических программ различных стран и состояния научных исследований указывает на неизбежность, дальнейшего увеличения энергопотребления в первой половине XXI века. Рост глобальных потребностей в энергетических ресурсах будет происходить в первую очередь за счет Китая, Индии и других стран АТР.
Открытие ряда крупных месторождений углеводородов в последние годы в Китае (Ордосский бассейн, Таримский бассейн, Бохайский залив и др.), в Австралии и других странах АТР будет способствовать развитию экономике этих регионов, однако удовлетворить их потребности ни сейчас, ни в будущем эти открытия не смогут.
Основным условием удовлетворения спроса и дальнейшего устойчивого развития энергетического комплекса является постоянное пополнение сырьевой базы нефте- и газодобычи. Для дальнейшего подъема добычи нефти и газа необходимо открытие не только новых залежей в старых районах, но и новых нефтегазоносных областей с богатыми месторождениями. А это с каждым годом становится всё дороже и труднее.
Преодоление негативной тенденции снижения результативности поисково-разведочной работы и создание условий устойчивого развития видится в совершенствовании теоретических основ нефтегазовой геологии. Ключевой проблемой является познание основных закономерностей пространственного размещения месторождений углеводородов в земной коре на базе установления причинно-следственной связи нефтегазообразования и нефтегазонакопления.
В познании закономерности распределения УВ, снижении риска при поиске и
разведке нефти и газа исследование механизма образования залежей УВ является
важнейшей проблемой нефтяной геологии и ключевым вопросом. "Антиклинальная теория" поиска залежей, созданная в 19-ом веке, долгое время являлась теоретической основой в практике поисково-разведочной работы нефти и газа. С наступлением 20-ого века многими крупными учеными мира разработаны теоретические основы поисков и разведки месторождений УВ на базе органической гипотезы происхождения, миграции и аккумуляции нефти и газа. Китайские ученые и геологи-нефтяники с учетом особенностей геологического строения территории Китая развили теоретические основы генерации нефти применительно к континентальным отложениям.
Настоящая диссертационная работа посвящена развитию научных основ широко признанной в мире теории образования углеводородов, генерируемых нефтегазо-материнскими породами (НМП), их миграции, аккумуляции и формирования залежей в процессе эволюции седиментационных бассейнов, и на её базе - изучению общих закономерностей и особенностей пространственного распределения крупных и средних нефтяных и газовых месторождений Китая.
Цель работы. Углубить и развить теорию органического происхождения УВ, создать научные основы для совершенствования системы моделирования бассейнов, теории и методов оценки ресурсов УВ.
Исследовать основные закономерности и геологические особенности строения нефтегазоносных бассейнов и характеристики распределения нефти и газа на средних и крупных месторождениях Китая.
Диссертационная работа имеет большую практическую значимость для поисков и разведки залежей нефти и газа в китайских нефтегазоносных бассейнах.
Основные задачи исследования.
Исследовать механизм каталитической генерации УВ керогеном и эффективность генерации УВ гидрогенизацией керогена.
Исследовать механизм миграционной динамики нефти и газа в разных средах, приоритетные каналы миграции и закономерности увеличения нефтегазонасыщенности резервуаров.
Изучить процесс образования залежей "моментального образования" и "газа под водой" и построить их модели.
На основе понятия «системы образования залежей УВ» и разработанных методов исследования, провести изучение системы образования залежей УВ в Центротаримской области Таримского бассейна.
Исследовать закономерности пространственного распределения средних и крупных месторождений нефти и газа Китая: типы залежей УВ и распределение средних и крупных залежей; характеристики распределения НМП, коллекторов и покрышек на средних и крупных месторождениях; характеристики миграции и аккумуляции.
Подходы к исследованию.
Исследования проведены на трех уровнях: локальном, зональном и региональном (бассейновом). На локальном уровне уделяется внимание некоторым не выявленным ранее механизмам в процессе образования залежей УВ; на зональном уровне разработано понятие «системы образования залежей УВ» и методы системных исследований; на региональном (бассейновом) - обобщены характеристики образующих факторов залежей УВ, определившие закономерности размещения средних и крупных нефтегазовых месторождений Китая.
Методы и методики исследований.
Физическое моделирование образования залежей УВ.
Геологический анализ залежей УВ в типичных зонах.
Исследования механизма генерации, миграции и аккумуляции УВ.
Исследования системы образования залежей УВ.
Исследования характеристик и закономерности распределения залежей УВ .
Объем выполненных работ.
Изучено более 500 публикаций по теме диссертационной работы на китайском, русском и английском языках.
Создана база данных по отечественным и зарубежным крупным и средним нефтегазовым месторождениям (412 месторождений);
Отбор и анализ 586 проб пород и нефти.
Разработано или реконструировано 8 установок для экспериментального моделирования миграции и аккумуляции УВ, создана ведущая лаборатория исследований механизма образования залежей УВ при Министерстве образования Китая.
Проведено 76 групп экспериментов физического моделирования, включающих 477 лабораторных исследований.
Составлено 10 графических приложений, иллюстрирующих основные результаты закономерностей распределения и прогноз поисков характеристик средних и крупных месторождений на территории Китая.
Научная новизна исследований.
Разработаны методики экспериментальных исследований физического моделирования механизма образования залежей УВ. Созданы 3 экспериментальных установки для моделирования миграции и аккумуляции УВ, получено два государственных патента Китая на изобретения.
Проведен комплексный анализ воздействия минеральных катализаторов в процессе генерации УВ из нефтематеринских пород. Установлено, что хлорид в процессе генерации УВ играет роль антикатализаторов, а другие минералы являются
катализаторами. Экспериментально доказано, что внедрением водорода при гидрогенизации можно ускорить крекинг керогена и повысить эффективность генерации УВ из нефтегазоматеринских пород. Установлено, что флюиды, обогащенные водородом, в разной степени участвуют в процессе образования залежей УВ (Залив Бохай).
Выявлено наличие приоритетных каналов в толще пород, по которым происходит миграция УВ. Установлено новое логичное объяснение асимметричного распределения нефти и газа в нефтегазоносных бассейнах.
Путем проведения экспериментального исследования обнаружены «трехфазные включения», предложено понятие и создана модель "моментального образования" залежей УВ. Тектоническое напряжение и напряжение аномального давления самого флюида являются ведущими силами в процессе "моментального образования" залежей УВ.
В результате экспериментальных исследований установлен механизм образования "залежей газа под водой". В процессе образования "залежей газа под водой" ведущими силами являются: капиллярные, архимеда и расширение объема газа. Выведено динамическое уравнение образования "залежей газа под водой".
Предложено понятие "системы образования залежей УВ" и разработана методика исследования и система оценки. Настоящая работа имеет важное значение для познания закономерностей распределения нефти и газа в многоциклических суперпозиционных бассейнах на территории Китая.
Установлены следующие закономерности распределения нефти и газа в Китае:
Условием, при котором происходит генерация УВ и формирование средних и крупных месторождений, является граничное значение в НМП - "дважды 0,5", т.е содержание органического углерода Сорг должно быть больше 0,5 , а отражательная способность витринита Ro - превышать 0,5. Величина пика ТОС=2,0 , а величина пика Ro=l,0. Причем толщина нефтегазоматеринских пород должна превышать десятки -сотни метров. Среди НМП в Китае преобладают угленосные толщи, а карбонатные НМП встречаются сравнительно редко.
Установлено, что для средних и крупных месторождений расстояние миграции УВ обычно меньше 50 км. Причем для нефти расстояние миграции меньше, чем для газа.
3) На средних и крупных месторождениях залежи в большинстве своем
сформировались сравнительно поздно: нефтяные - преимущественно в мезо-кайнозое,
газа - в основном в кайнозое.
4) На месторождениях УВ распространены обломочные разности
пород-коллекторов. Среди них песчаные и алевролитовые коллекторы занимают 70%.
Карбонатные коллекторы присутствуют относительно редко. На территории Китая 85% коллекторов залегают в интервале глубин 500-2000 м.
Научное значение работы.
Проведённое исследование может быть использовано в качестве:
Методической основы при выборе приоритетных направлений поисков и разведки нефти и газа в Китае, составлении прогнозных карт и разработке стратегии геофизической и буровой работ на перспективу;
Методического пособия по проведению исследований проблемы генезиса нефти и газа, моделированию процессов миграции и аккумуляции залежей УВ.
Обоснованные автором модели залежей УВ ("моментального", "эпизодического", "газа под водой") являются новыми перспективными объектами поисково-разведочной работы.
Установленные автором «приоритетные каналы миграции УВ» являются новым критерием поисков залежей нефти и газа.
Выявленные эффекты каталитического влияния разных минералов и поступления водорода при гидрогенизации нефтематеринских пород предложено учитывать при оценке потенциалов генерации НМП и ресурсов УВ.
Учебного пособия для изучения теоретических основ поисков и разведки нефти и газа в высших и средних учебных заведениях;
Справочного пособия по нефтегазовой геологии Китая.
Разработанная автором методика анализа системы образования залежей УВ была успешно применена в филиалах CNPC и СИНОПЕК (Таримский филиал, филиал Турфан-Хами, филиал Ляохэ, филиал Даган, филиал Хуабэй CNPC, филиал Шэнли СИНОПЕК).
Реализация результатов работы.
Результаты исследования нашли практическое применение и способствовали открытию ряда крупных нефтегазовых месторождений в Китае. Закономерности распределения нефти и газа, установленные в настоящей работе, получили признание в Таримском нефтяном филиале CNPC и подтверждены рядом больших открытий месторождений УВ. В 1994 г автор на основе оценки ресурсов УВ и анализа путей миграции впервые предположил, что нефть и газ в Центротаримском поднятии генерировались из местных НМП. Использование авторского прогноза способствовало открытию месторождений УВ TZ-16, 45 и 62. Значимость и полезность рекомендаций автора были отмечены назначением его высшим советником Таримского нефтяного филиала CNPC.
Предложения по разведке в депрессии Сяоцяоху и рекомендация по заложению трёх газовых скважин были приняты филиалом CNPC Турфан-Хами. В результате
реализации этой рекомендации было открыто газовое месторождение Сяоцяоху. Свидетельство на открытие выдано филиалом CNPC Турфан-Хами.
Заключения о закономерности распределения нефти и газа Китая и анализе потенциала ресурсов УВ использованы в работах: «О десятом стратегическом планировании нефти и газа Китая», «О китайском стратегическом планировании ресурсов УВ на среднесрочный период Китайской Инженерной Академии».
Созданная лаборатория моделирования образования залежей УВ стала базовой лабораторией Министерства образования Китая и главным центром экспериментального исследования механизма образования залежей УВ в Китае.
Основные результаты исследований по проблеме образования залежей УВ включены в монографию «Особенность образования залежей УВ и закономерность распределения нефти и газа», ставшей учебным пособием для аспирантов по специальности "геология нефти и газа" в ряде китайских университетов и институтов.
Апробация результатов работы. Результаты исследований настоящей диссертационной работы включены в Проекты государственной категории «973» «Нефтегазонакопление и прогноз распределения в типичных суперпозиционных бассейнах Китая» (1999-2004) и «Особенность образования залежей У В и закономерность их распределения в карбонатных породах Китая» (2005-2009).
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Годовом геолого-математическом собрании (Япония - 1995), Годовом собрании AAPG США (Австралия - 2006), 17-ом Мировом нефтяном конгрессе (Бразилия-2002), четвёртой и пятой «Всекитайской научно-исследовательской конференции по миграции УВ» (1999, 2003), 10-ом Всекитайском годовом собрании по органической химии и геохимии (2005), Годовых собраниях китайских нефтяных геологов (2004, 2006), Собраниях, посвященных обмену научно-техническими результатами CNPC (1997,1999), Совещаниях по стратегии разведки нефти и газа СИНОПЕК (2000,2003,2004,2005).
Публикации.
По результатам научных исследований автором опубликовано 90 статей в китайских и международных научно-технических журналах: Геология нефти и газа, геология и геофизика, Journal of Geochemical Exploration, Marine and Petroleum Geology, Journal of Petroleum Science and Engineering, Organic Geochemistry, Наука Китая, Вестник наук Китая, из которых 10 статей включены в SCI, 12 статей в EI, 2 статьи в ISTP. Перечень основных статей перечислены в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Содержание диссертации обусловлено последовательностью решаемых задач. Работа состоит из Введения , 10 глав и Заключения. Основной её" текст изложен на 348 страницах и содержит 42 таблиц и 144
рисунка. Список литературы содержит 313 наименований.
Благодарность. Диссертационная работа выполнена при поддержке Управления фундаментальных исследований Министерства науки и техники, Управления науки и техники Министерства образования, Управлений по науке и технике CNPC и СИНОПЕК, Научно-исследовательского института по разведке и разработке нефти СИНОПЕК и Китайского нефтяного университета.
В ходе выполнения диссертационной работы оказали консультации и большую помощь следующие коллеги автора: профессора Пан Сюнци, Цзэн Цзяньхуэй, Лю Лофу, Ху Вэньсюань, Цю Наньшэн, Ли Шуюань, Люй Сюсянь, Тан Лянцзе, Цзян Чжэнсюэ, У Шэньхэ, доктора наук Лю Сяопин, Чжан Люпин, Цай Чжунсянь, Инь Цзиньинь, Ван Чжисинь и Янь Цзюньцзюнь.
Автор пользовался поддержкой и содействием со стороны следующих китайских ученых: профессоров Чжан Ивэй, Ван Тао и Ван Цзе, академиков Ван Хунчжэнь, Тянь Цзайи, Ли Дэшэн, Сунь Шу, Лю Гуандин, Ма Чжунцзи, Ван Цзиян, Дай Цзиньсинь, Ху Цзяньи и Цзя Чэнцзао, профессоров Ши Баохэн, Фу Чэндэ, Гуань Дэфань и Чжан Иган.
В проведении ряда исследований принимали участие докторанты и магистранты: Ян Лэй, Гун Сюмэй, Чжан Цзиньчуань, Лю Кэци, Сун Цянь, Ван Хунюй, Се Гоцзюнь, Се Фанкэ, На Хэньдун, Чжан Цзе, Пу Цзюнь и Ли На.
Огромную помощь в выполнении данной работы оказали Лю Бинь, Цзя Лувэй, Тан Цинлян, Ван Цзюнь, Се Бо, Ли Сяндун, Лю Су и Алексей Фирсов.
Автор получил полезные советы и рекомендации от российских ученых: С.Ф.Бахтурова, А.К.Башарина, С.Ю.Беляева, Ю.К.Бурлина, В.П.Гаврилова, В.И.Ермолкина, В.А.Каширцева, К.А.Клещева, А.Э.Конторовича, С.А.Моисеева, Г.П.Мясниковой, В.П.Филипова, Э.М.Халимова и А.В.Хоменко.
Автор выражает указанным лицам искреннюю благодарность.
В диссертационной работе защищаются следующие научные положения:
Научно-технический комплекс оборудования и установок, используемых для физического экспериментального моделирования образования залежей нефти и газа, миграции и аккумуляции УВ;
Алгоритм проведения эксперимента моделирования каталитической генерации УВ керогена и гидрогенизации.
Модели формирования залежей "моментального" и "газа под водой".
Методики анализа "Системы образования залежей УВ".
Методика анализа закономерности размещения залежей УВ в Центротаримском районе Таримского бассейна.
Классификация осадочных бассейнов и классификация нефтегазовых залежей и
главные факторы образования залежей УВ в бассейнах разного типа, закономерности распределения средних и крупных месторождений Китая.
Состояние исследования механизма образования нефтегазовых залежей
Согласно традиционной нефтяной геологии считается, что главными движущими силами вторичной миграции УВ являются плавучесть, гидродинамика и сопротивление капилляров [19]. В последние годы большое количество исследований и фактических примеров нефтегазовой разведки доказывает, что тектоническое напряжение и аномальное давление флюидов также являются важной движущейся силой в контроле миграции, аккумуляцией и распределением УВ (Rouchet, 1981 [255]; Hooper, 1991 [242]). Вместе они контролируют направление миграции УВ и распределение потенциалов флюидов, накопленных УВ. Вызываемое современным землетрясением заметное изменение потоков подземных флюидов, фонтанирование заброшенных нефтяных скважин, увеличение давления на нефтяной скважине, увеличение дебитов и отбор газа с сухих скважин доказывают, что процесс накопления, выделения и регулирования тектонического напряжения напрямую влияет на миграцию и аккумуляцию подземных флюидов и У В (Хуа Баочинь, 1995) [122]. Влияние тектонического напряжения на миграцию и аккумуляцию УВ проявляется в следующих двух аспектах: (1) Вызываемая полем тектонического напряжения деформация пород приводит к изменению порового объема и проницаемости пород, а также формированию дизъюнктивной и складчатой структур, что предоставляет углеводородам каналы миграции и места аккумуляции; (2) Тектоническое напряжение (градиент) непосредственно обеспечивает миграцию УВ движущейся силой. Под действием тектонического напряжения, по мере накопления изменения напряжения пород, увеличения деформации и уменьшения порового объема, давление флюидов в порах пород изменяется, в результате чего происходят миграция и аккумуляция УВ. В период интенсивного тектонического движения, УВ главным образом мигруются под действием мгновенного тектонического напряжения, что может объясняться "моделью сейсмического насоса" (Hooper, 1991) [242]; в относительно спокойный период тектонического движения, миграция УВ контролируется потенциалом флюидов. При этом тектоническое напряжение является одной из главных действующих сил, влияющих на поле потенциалов флюидов. Тектоническое напряжение, сила архимеда, гидродинамика и сопротивление капилляров совокупно обусловливают распределение потенциалов флюидов (градиентов) миграции и аккумуляции УВ.
Проведение комплексного изучения полей геотемператур, геодавления и геонапряжения представляет собой горячую тему обсуждения геологов мира в последние годы. Многие отечественные и зарубежные ученые с разных позиций проанализировали отношение открытой термодинамической системы, поля геодавления, тектонического напряжения, аномально пластового давления и систем растяжения и разрыва с миграцией УВ (Чжан Хоуфу, Цзинь Чжицзюнь, 2000) [160].
В одном, особенно крупном и сложном, нефтегазоносном бассейне динамическая характеристика флюидов очень сложна, часто существует несколько динамических систем флюидов, каждай из которых имеет относительно стабильную границу и единую систему давлений, Находящиеся в них залежи нефти и газа характеризуюся подобностью и сравнимостью по условиям и роли образования залежей. В исследовании роли гидрадинамической системы в образовании залежей УВ эффективным способом представляется исследование гидродинамической системы флюидов по классификации. Кан Юншан (1997) [49] разделил динамическую систему флюидов на типы гравитационного вытеснения, вытеснения уплотнением, консервации и гидроупора, Для разного типа системы концепция исследования образования залежей и основное внимание различны:: для системы типа гравитационного вытеснения, необходимо обращать основное внимание на исследование влияния тектонического движения, гидродинамики и напряжения на миграцию, аккумуляцию, сохранение и условия разрушения; а для системы типа вытеснения уплотнением, делают акцент на изучение роли контроля скорости седиментации, седиментационных фаций и комплекса коллекторов и покрышки в условиях миграции и аккумуляции УВ; для системы типа консервации, делают акцент на изучение размера консервационной камеры флюидов (площадь аккумуляции УВ), термобарических условий, режима глубинного напряжения, прочности растрескивания пород, истории консервирования и прорыва давления и т.д. (Кан Юншан и др., 2000) [48].
Аномальное пластовое давление установлено в более чем 150 географических регионах и 180 бассейнах мира. McTavish еще в 1978 году рассмотрено влияние температуры и давления на метаморфизм углей. Обобщив данные по более чем 600 нефтегазовым месторождению, Eringjin и др. (1989) показали, что существование сверхдавления в разной степени понижает нижний предел полос биогенного газа, незрелой нефти, нефти, конденсата и природного газа. Рассмотрев скважины 30-1-1 Лэдун, 21-1-1 Ия и 35-1-1 Ия бассейна Инчон, китайские ученые также получили одинаковый результат (Чжан Цимин и др., 2000) [74]. В последние лет десять, по мере повсеместного открытия зон аномальных давлений в нефтегазоносных бассейнах, обсуждение динамического механизма формирования зоны аномальных давлений становится все глубже и глубже (Bradey J S & Powley D E, 1994) [204], вместе с тем, изучение деятельности тепловых потоков бассейна на фоне сверхдавления также получило огромный скачок в развитии. Еще в 60-70-ых годах, Powers и Dickey обратили внимание на фазовую деятельность флюидов бассейна, но из-за ограниченности средствах и уровня исследования, их результат исследовния остался на уровне концепции. В начале 90-ых годов, «исследование истории деятельности тепловых флюидов», проведенное учеными США под объединенным финансированием фондом естественных наук и несколькими нефтяными компаниями, положило начало изучению тепловых флюидов нефтегазоносного бассейна, исследователи выдвинули модель "фазового прорыва" флюидных карманов сверхдавления. Эта точка зрения создала новую модель деятельности флюидов в бассейне сверхдавления, вместе с тем предоставила новую модель теории для миграции УВ из толщи сверхдавления (обычно мощные с преобладанием глинистых пород и нефтегазоматеринских пород). Поэтому фазовая деятельность флюидов становится в последние годы объектом пристального внимания. Закономерность деятельности флюидов в зоне сверхдавления осадочного бассейна в настоящее время представляет собой очень слабоизученную сферу нефтяной геологии, а 30% уже открытых нефтегазовых месторождений в мире тесно связаны с системой сверхдавления (Ду Сюй и др., 1995) [44]. В изучении фазовой деятельности тепловых флюидов бассейна сверхдавления в последние годы достигнуты большие успехи, однако, все еще существует много нерешенных вопросов о механизме генезиса деятельности тепловых флюидов и закономерности их деятельности. В связи с этим, изучение флюидного разрыва не только имеет теоретическое значение для познания закономерности деятельности флюидов бассейна сверхдавления, но и руководящее значение для разведки месторождений нефти и газа, имеющих отношения с ними (Се Синунидр., 1998) [83].
Эксперимент моделирования гидрогенизированной реакции НМП
В диссертационной работе использованы метода нефтегеохимического термического моделирования и основный принцип химико-технологической катализации, и применены в лаборатории пиролизованный спектр-газохроматограф, пиролизатора пород и автоклава с целью моделирования возможно существующих разных катализаторов минералов в геологических условиях и условий эволюции, близких к недрам, таких как температуры, давления, водной среды, минерализации и т.д. и проведены эксперименты моделирования каталитической генерации УВ представительными низкозрелыми ОВ и количественный анализ состава и производительности моделирующих продуктов, наблюдение механизма каталитической реакции разных катализаторов минералов в различных условиях моделирования, разделение катализаторов на виды ускорения и удержания реакции, в результате сплошно и системно проанализировать воздействие катализаторов минералов в процессе генерации УВ и представлено новое познание о происхождении УВ.
Пробами эксперимента являются низкозрелые НМП, включая: терригенные НМП (II типа керогена, пресно-озерная фация) из свиты Циншанькоу меловой системы бассейна Сунляо, терригенные НМП (I типа керогена, солено-озерная фация) из четвертой пачки свиты Шахэцзэ впадины Дунин и терригенные НМП (I-II типа керогена, полусоленая озерная фация) из свиты Хэтаоюань палеогена впадины Биян. В катализаторы входят монтмориллонит, иллит, доломит, альбит, кальцит, каолинит, углекислый калий (К2СО3), гидрокарбонат натрия (NaHCCb), сульфат магния (MgSO, ), сульфат натрия (Na2S04), хлориды (KCk NaCU MgC СаСЬч SrCh), а также некоторые их сочетания. Результаты анализа по минералу проб и пластовой воде обусловливают выбор катализаторов.
Сначала из проб НМП составить соответствующие пробы керогена, затем добавить разные минеральные матрицы и катализаторы неорганических минералов, и провести эксперимент термического моделирования в лаборатории. Для эксперимента моделирования примены пиролизатор пород, пиролизный спектр-газохроматограф и автоклав. Пиролизатор пород предназначен для наблюдения влияния катализаторов на пиролизованной производительность УВ, пиролизный спектр-газохроматограф -влияния катализаторов на состав разных пиролизованных продуктов, автоклав -влияния катализаторов на производственные объемы разных пиролизованных продуктов в условиях водной среды.
Общий пиролизованный объем УВ керогена, и показатели эффективного углерода и водорода снижатся при добавке хлоридов, а участвие других сред увеличивает общий пиролизованный объем УВ и S2 (рис.2-1 2-3). Таким образом , что хлориды имеет определенное обратно-каталитическое действие для общего пиролизованного объема УВ керогена и снижает его, а другие разные катализаторы способствуют генерации общего пиролизованного объема УВ керогена и имеют прямо-каталитическое действие и увеличивают общий пиролизованный объем УВ. Очередь разных сред по катализацией представлена в таблице 2-1.
Добавка монтмориллонита, смешанного слоя иллита и монтмориллонита и смешанных минералов привело к заметному изменению состава производных продуктов керогена, как плотность изоуглеводородов и алкилбензола с простой молекулой (бензол, толуол и ксилол), в значительной мере увеличивается, а также диапазон числа углерода УВ сужается (максимально - Сг%). С увеличением числа углерода, содержание алкена н-алкана постепенно уменьшается, форма горба проявляет тенденцию к уменьшению. С увеличением содержания монтмориллонита, плотность не н-аклана постепенно увеличивается, число углерода главного горба постепенно продвигается вперед, плотность газообразных УВ и легких УВ (особенно газообразные УВ) заметно увеличивается, производственные объемы УВ с большим числом углерода уменьшились, это показало, что монтмориллонит играет роль крекирования соединений с большой молекулой на соединения с малой молекулой.
Проектирование и строительство лаборатории моделирования образования залежей миграции и аккумуляции УВ
Разработанное и приобретенное лабораторией основное оборудование включает: (1) Аппараты эксперимента одномерного моделирования и их комплектующие (Аппараты эксперимента одномерного моделирования генерации УВ и их комплектующие и аппараты эксперимента одномерного моделирования миграции и аккумуляции У В и их комплектующие); (2) Аппараты эксперимента двухмерного моделирования и их комплектующие; (3) Многофункциональные аппараты эксперимента движения керна и их вспомогательное оборудование; (4) НР-система сбора данных; (5) DX-100-ионный хроматограф; (6) ISCO- инъекционный насос (5 штук); (7) двухмерная плоская модель (3 штуки); (8) Ultra60 рабочая станция и т.д.
1. Аппараты эксперимента одномерного моделирования генерации, миграции и аккумуляции УВ
На основании аппаратов эксперимента одномерной модели, разработанных предшествующими исследователями, мы разработали аппараты высоких температур и давлений для эксперимента моделирования образования залежей миграции и аккумуляции УВ. Рассматривая генерацию, миграцию и аккумуляцию УВ и взаимодействие флюидов и пород как единую систему, с помощью этих аппаратов может быть изучена генерация, миграция и аккумуляция УВ и процесс реструктурирования коллекторов в недрах. Аппарат эксперимента в основном состоит из двух частей (генерация и первичная миграция УВ и миграция и аккумуляция УВ).
Аппарат генерации и первичной миграции УВ показан на рисунке 3-2, он характеризуется следующим: (1) Максимальная температура моделирования составляет 550С, максимальное давление - 120 МПа, т.е. можно моделировать генерацию и миграцию УВ и процесс диагенеза в сверхкритических условиях; (2) можно моделировать генерацию и миграцию УВ и процесс диагенеза в открытых и закрытых условиях; (3) Проект матрицы. Аппарат генерации и первичной миграции УВ может быть объединен с аппаратом миграции и аккумуляции УВ в качестве единой системы, моделирующей уплотнение, диагенез, генерацию, миграцию и аккумуляцию УВ и процесс реструктурирования коллекторов в недрах; (4) Степень автоматизации высокая. Ввод и вывод температуры, давления и флюидов, а также сбор и обработка данных, все процессы контролируются ЭВМ. Рис.3-2 Аппарат эксперимента одномерного моделирования генерации и миграции УВ
Аппарат миграции и аккумуляции У В представлен на рисунке 3-3. Как правило, он состоит из системы инъекции флюидов, субъекта эксперимента, системы контроля температуры и давления, системы сбора и анализа данных и системы вывода флюидов. Инъекционная система флюидов состоит из инъекционнго насоса. Субъектом эксперимента являются разные зажимы кернов, в которых лежат образцы пород. Система контроля температуры и давления главным образом контролирует температуру и давление эксперимента. Как правило, температура определяется термокамерой или электротермической лентой, а давление - барической бомбой. Система сбора и анализа данных состоит из прибора сбора данных, ЭВМ, системы отбора проб и химического анализа. Основные физические параметры сбора включают температуру, давление и объем потока, а состав органической и неорганической химии может быть определен газообразной и ионной хроматографией. Система вывода флюидов в основном контролирует объем выливания флюидов и сбор проб. Она может моделировать миграцию УВ и процесс взаимодействия флюидов-пород в рыхлых или истинных кернах в недрах, процесс конвекции моно - или мультициркулирования нефти, газа и воды.
На основании двухмерной физической модели УВ-ных залежей разработанной предшествующими исследователями (Чжоу Хуэйчжун и др., 1994 [172]) для изучения добычи нефти и газа мы разработали два типа двухмерной модели вторичной миграции и аккумуляции УВ, мелкую и крупную. Рис. 3-3 Аппарат эксперимента моделирования миграции и аккумуляции УВ
Эти два типа модели характеризуются следующим:
(1) Визуальность. Невооруженным глазом, фотографированием или фотосъемкой можно прямо наблюдать и фиксировать процесс миграции и аккумуляции в модели, функция которой отсутствует в одномерной линейной и трехмерной модели.
(2) Можно провести пропорциональный или непропорциональный эксперимент моделирования, вследствие чего сфера исследования расширяется. Можно провести моделирование конкретного процесса образования конкретной залежи, и можно изучать механизм миграции и аккумуляции УВ и анализировать разные явления.
(3) Структура более проста, использование свободно. Модель этого типа может моделировать процесс миграции и аккумуляции УВ в условиях от горизонтальных до вертикальных, влияние тектонического нисходяще-восходящего движения на миграцию и аккумуляцию УВ. В двухмерной крупной модели в сочетании тектонического и флюидного движения может быть изучен процесс миграции, аккумуляции, сохранения и разрушения УВ в условиях различных тектонических движений (поднимание, опускание, деформация сжатия и растяжение)
(4) Сообразуясь с целью эксперимента, можно строить разные типы моделей, например, модели антиклинальных ловушек, литологических ловушек и разломных ловушек, или их комбинированные модели, в целях изучения закономерности миграции и аккумуляции У В.
Аппарат эксперимента двухмерной модели показан на рисунке 3-4. Он состоит из четырех частей: субъект модели, системы инъекции флюидов, системы измерения и системы сбора данных.
(1) Субъект эксперимента
Субъектом и ядром аппарата эксперимента двухмерного моделирования является, двухмерная мелкая или крупная модель,.
