|
УДК 543.544.45:661.7 (571.12) |
Характеристика ОВ нижнемеловых и юрских пород Среднего Приобья по результатам пирохроматографического анализа
Л.И. ЖИЛЬЦОВА (ВНИГНИ)
Выявление нефтегазоматеринских пород и оценка их продуктивности должны основываться на информации о типе ОВ и степени его преобразования. Среди экспресс-методов, дающих такую информацию, наиболее удобны методы с применением сочетания пиролиза и газовой хроматографии, которые широко применяются за рубежом и отражены во многих работах (А. Жиро, 1970 г.; К. Баркер, 1974 г.; Ж. Эспиталье и др., 1977, 1980 гг.).
Для оценки нефтегазоматеринских свойств ОВ пород М.Л. Сазоновым и Л.И. Жильцовой в 1980-1984 гг. был разработан экспрессный пирохроматографический метод (ПХМ), который, в частности, был применен для оценки нефтегазогенерационного потенциала нижнемеловых и юрских отложений Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции.
Анализ осуществляют на установке, состоящей из реактора, хроматографа ЛХМ-8МД с детекторами ионизации в пламени (ДИП) и теплопроводности (ДТП) и хроматографической колонкой, измерителя малых токов ИМТ-05, двух электронных потенциометров КСП-4 и интегратора И-02.
Сущность ПХМ заключается в ступенчатом нагреве измельченного до 0,25-0,5 мм образца породы, взятого без предварительной обработки в диапазоне температур 250-500 °С в среде инертного газа (гелия). Выделившиеся летучие органические соединения и продукты термической деструкции ОВ вымываются из реактора газом-носителем и разделяются на два потока. Один поток направляется непосредственно на ДИП для измерения УВ, второй - на хроматографическую колонку, на которой происходит разделение метана, углекислого газа, этана и этилена с дальнейшей регистрацией их на ДТП. Хроматографическая колонка (длина 2 м, диаметр 4 мм) заполнена активированным углем СКТ; Ткол= 140 °С. В отличие от методик, использующих программированный нагрев породы в токе газа-носителя [2, 6, 8], наш метод предусматривает проведение опыта в динамическом режиме только при температурах до 250 °С, а далее - в статическом режиме с периодическим вымыванием образовавшихся продуктов небольшим количеством газа-носителя. Это позволяет в одном опыте с одной навеской определить содержание метана, углекислого газа, этана и этилена (рис. 1). Кроме того, в этом варианте опыта чувствительность определения УВ повышается в 10-20 раз.
Выбор ступенчатого нагрева образцов при трех температурах основывается на том, что использование двух температур - 250 °С (для извлечения УВ из породы) и 500 °С (для извлечения термически образовавшихся продуктов) - оказалось явно недостаточным. Проведенные эксперименты показали, что большая часть н-алканов от C14+высш., находящихся в породе в свободном состоянии, не извлекается из породы при 250 °С (пик I) и будет переходить в пик II (500 °С), что, в свою очередь, вызовет искажение показателей, рассчитанных как отношение пика I к пику II или пика I к сумме обоих пиков.
Исследования, проведенные с индивидуальными нормальными УВ С10-22, нанесенными на инертный носитель, показали, что при 250 °С в условиях динамического режима опыта УВ до С12 выходят полностью, УВ С13-16 - до 75 %, а УВ C18-22 - 20-50 %, т. е. более тяжелые УВ остаются в составе пика II. Аналогичные исследования были проведены Б. Хорсфильдом (1983 г.) и Дж. Хантом (1983 г.), которые показали, что при использовании программированного нагрева и системы приточного реактора нормальные УВ от C16+высш. могут в разной степени присутствовать в пике I (250 °С) в зависимости от минеральной составляющей породы. Причем доля выхода свободных УВ при первой температуре уменьшается с увеличением молекулярной массы нормального УВ в ряду: кальцит->каолинит -> диатомовая земля -> иллит. Они отметили, что переход УВ из пика I в пик II для кальцита начинается с n-С22, каолинита - с n-С20, иллита и диатомовой земли - с n-C18; последний переход не такой резкий, как первые два. Однако опыты показали, что программированное увеличение температуры в динамическом режиме приводит к появлению двойных пиков с максимумами для мультипиков при 300 °С для n-С22 и 335 °С для n-С24, поскольку УВ выходят частями. При этом эффекта разрушения обнаружено не было [8].
Учитывая сказанное выше, для отделения свободных тяжелых УВ С14+высш. от термически образовавшихся при 500 °С были выбраны промежуточные температуры, обеспечивающие выход n-С14-16 до 80 %, n-С20 до 30 % и n-С24 до 17 %, а остальное количество УВ выделяется при 500 °С.
Разработанный [1] и усовершенствованный [4] ПХМ был применен для исследования ОВ 150 образцов глинистых пород нижнемелового (вартовская и мегионская свиты) и юрского (баженовская, абалакская и тюменская свиты) возраста. По выходу метана (250-500 °С) и СО2 (500 °С) были рассчитаны геохимические показатели, характеризующие качество нефтематеринских пород - генерационный потенциал, индекс продуктивности, индекс метана и индекс кислорода летучих продуктов пиролиза [5]. Эти показатели рассчитаны для образцов пород Салымского и Сургутского нефтегазоносных районов. В Сургутском районе образцы пород отбирались из скважин Июльского и Федоровского месторождений, Нижнесортымской, Холмогорской, Нятлонгской и Соимлорской площадей.
Генерационный потенциал пород представляет собой суммарное количество УВ (кг/т), выделившихся при нагревании образца. Величина его пропорциональна содержанию ОВ в породе и зависит от насыщенности структур водородом. В аргиллитах баженовской свиты значения генерационного потенциала очень высоки и в породах Июльского месторождения и Нижнесортымской площади, в которых содержание Сорг составляет 12-17,6 %, достигают 47-54,1 кг/т. Минимальное значение генерационного потенциала для пород этой свиты, равное 13,8 кг/т, наблюдается в образце Восточно-Салымского месторождения, в котором концентрация Сорг равна 8 %. Тем не менее, это достаточно высокое значение генерационного потенциала материнских пород [4, 6].
В исследованных аргиллитах абалакской свиты Салымских месторождений, содержащих до 2 % Сорг, генерационный потенциал очень низок и его максимальные значения не превышают единицы. В аргиллитах тюменской свиты при содержании Сорг около 5 % значения генерационного потенциала достигают 6,8 и 9,7 кг/т, что характеризует их как хорошие материнские породы [5, 7]. В аргиллитах алымской, вартовской и мегионской свит нижнемелового возраста, в которых содержание Сорг невелико (от 0,1 до 0,7 %), трудно ожидать высокого генерационного потенциала. Максимальные значения его 1,6 кг/т отмечаются в образцах Июльского (вартовская свита) и Восточно-Салымского (мегионская свита) месторождений. Несколько меньшие его значения наблюдаются в двух образцах из мегионской свиты Салымского месторождения и Холмогорской площади; в остальных случаях они не превышают единицы.
Для сравнения ОВ пород различного возраста интересен показатель индекса продуктивности, который может служить количественной оценкой выделившихся УВ. Этот показатель представляет собой отношение количества УВ, выделившихся при 250 ºС, к суммарному количеству УВ, полученному в процессе опыта, и характеризует степень фактической реализации генерационного потенциала пород.
Проведенные исследования показали, что в породах баженовской свиты индекс продуктивности изменяется от 0,045 до 0,19. Это говорит о том, что генерированные УВ составили от 4,5 до 19 % ОВ этих пород (в среднем 16,3 %). В аргиллитах абалакской свиты индекс продуктивности возрастает до 0,5, тогда как в образцах тюменской свиты его значения не превышают 0,16.
Изменение индекса продуктивности в породах нижнемеловых отложений показывает, что максимальный выход свободных УВ (до 35-38 %) наблюдается в породах алымской и мегионской свит; минимальные значения индекса продуктивности этих отложений составляют 0,2-0,23 %. При сравнении этого показателя в породах разного возраста оказалось, что в нижнемеловых отложениях он выше, чем в юрских. Очевидно, что породы с индексом продуктивности более 0,25 генерировали значительную часть УВ, а породы с индексом 0,16 и менее обладают потенциальными возможностями генерации жидких УВ.
Приведенные показатели были впервые предложены французскими исследователями и вместе с определением Tmax выхода керогена служат для характеристики типа керогена (или ОВ) и степени его преобразования [6].
Особенности разработанного во ВНИГНИ ПХМ позволяют рассчитать геохимические показатели, дающие качественно новую информацию об остаточном ОВ. К ним относится индекс кислорода в выделившихся органических соединениях [3].
Индекс кислорода показывает долю Copr, связанного с кислородом, в общей сумме летучего углерода органических соединений. Этот показатель отражает особенности состава ОВ и зависит от его фациально-генетического типа. Можно отметить, что для ОВ аргиллитов баженовской свиты значения его малы и изменяются в пределах 0,3-6 %. В аргиллитах абалакской свиты индекс кислорода 70-94 %. Очевидно, большое содержание кислородных групп в ОВ пород этой свиты Салымских месторождений и обусловливает очень низкий их генерационный потенциал при содержании Сорг 1,6-2 %. В аргиллитах тюменской свиты индекс кислорода изменяется от 13 до 32 %. В нижнемеловых отложениях рассматриваемых площадей он составляет 23-80 %, увеличиваясь в ряду мегионская свита -> алымcкая -> вартовская и достигая максимальных значений в породах, залегающих на глубине 1-2,4 км.
Дополнительной характеристикой качества ОВ (или керогена) может служить индекс метана, который определяет долю метана в суммарном содержании УВ. Значения этого показателя зависят от состава небитуминозной части ОВ и отражают способность ее к нефте- или газогенерации. Его значения изменяются в каждой скважине по-разному. Так, на Июльском месторождении индекс метана в породах баженовской свиты 3,1, на Восточно-Салымском - 6,7, на Салымских - 8, в аргиллитах абалакской свиты в скв. 81 Салымского месторождения - 8,3, тюменской свиты - 9-12 %. В нижнемеловых отложениях индекс метана колеблется от 4 до 13 %, (в породах вартовской свиты 10,2, мегионской - 9 %).
Индекс кислорода и индекс метана, рассчитанные по выходу продуктов термического разложения ОВ, дают качественную характеристику ОВ пород и позволяют достаточно четко выяснить принадлежность образца к той или иной свите. На рис. 2, показывающем содержание метана и кислорода в аргиллитах юрских отложений, видно, что ОВ пород баженовской свиты имеет наименьшие значения индексов кислорода и метана. При сходных значениях индекса метана в породах абалакской и тюменской свит различие между ними наблюдается по индексу кислорода. Из всех показателей наиболее информативным оказался индекс кислорода, который изменяется в следующих пределах: в отложениях баженовской свиты 0,004-0,06, абалакской 0,7-0,94, тюменской 0,13-0,32, алымской 0,065, вартовской 0,6-0,8 и мегионской 0,27- 0,5 (рис. 3).
Таким образом, характеристика ОВ пород нижнемеловых и юрских отложений по данным ПХМ подтверждается исследованиями, проведенными ранее другими методами (работы A.Э. Конторовича, Е.А. Рогозиной, B.Д. Наливкина, Г.П. Сверчкова и др.). Максимальные значения генерационного потенциала пород свойственны аргиллитам баженовской свиты, минимальные - аргиллитам вартовской свиты. Вместе с тем предложенные новые показатели несут дополнительную информацию о ОВ вмещающих отложений. Так, наиболее высокие значения индекса продуктивности отмечены в породах нижнего мела, максимальные значения индекса кислорода характерны для пород, содержащих гумусовое ОВ, распространенное в неокомских и нижне-среднеюрских отложениях, а минимальные - для баженитов; повышенные значения индекса метана наблюдаются в породах средней юры и нижнего мела, содержащих преимущественно гумусовое ОВ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жильцова Л.И. Получение информации об органическом веществе горных пород методом пиролиза.- Труды ВНИГНИ. М., 1981, вып. 233, с. 136-145.
2. Пиролиз органического вещества как метод исследования в нефтепоисковой геохимии /Т.П. Емец, Н.В. Лопатин, Л.Д. Бурмистрова, В.Н. Литвинова и др.- Геология нефти и газа, 1983, № 9, с. 35-41.
3. Расширение информации о качестве нефтематеринских пород с помощью пирохроматографического метода / Л.И. Жильцова, М.К. Калинко, М.Л. Сазонов, О.П. Четверикова.- В кн.: Эволюция нефтегазообразования в истории Земли. М„ 1984, с. 254-255.
4. Сазонов М.Л., Жильцова Л.И. Экспрессный пирохроматографический метод исследования органического вещества пород. Методические рекомендации. М., изд. ВНИГНИ, 1986, с. 1-15.
5. Тиссо Б.Т., Вельте Д. Новый подход к поискам нефти и газа - применение принципов генерации и миграции.- В кн.: Образование и распространение нефти. М-, 1981, с. 396-463.
6. Espitatie et al. Metode rapide de caracterisation des roches meres de leur potential petrolier de degre d'evaluation. Revue du Tlnst. Fr. Petrole, No. 1, 1977, pp. 23-41.
7. Page M., Clerence K. «Rock-Eval» Pyrolysis as Source Rock Screening Technique. AAPG Bull., No. 5, vol. 64, pp. 762-763.
8. Tarafa M., Hunt I. M, Ericson I. Effect of Hydrocarbon Volatility and Adsorbtion on Source-Rock Pyrolysis. J. of Geochem Exploration, No. 1, vol. 18, 1983, pp. 75-85.
Рис. 1. Типичные хроматограммы пирохроматографического анализа аргиллита (Восточно-Салымская площадь, скв. 17, глубина 2929 м, Сорг 6,2 %, температура 500 °С).
а - ДТП: 1 - воздух, 2 - СН4, 3 - СО2, 4 - С2Н6, 5 -
С2Н4; б - ДИП: суммарное содержание УВ
Рис. 2. Распределение индексов кислорода и метана в отложениях баженовской (1), абалакской (2) и тюменской (3) свит
Рис. 3. Изменение геохимических показателей по разрезу скв. 215 Июльского месторождения
