К оглавлению

УДК 553.98:550.4(470.13)

Генерация и миграция алканов в триасовых и нижнепермских отложениях Тимано-Печорской НГП

Е.С. ЛАРСКАЯ, М.С. ТЕЛКОВА, А.И. ФЕДОТОВА (ВНИГНИ)

Алкановые УВ являются составной частью большинства нефтей и считаются важными биомаркерами, используемыми при выяснении их источников [1, 2]. Однако в аспекте генезиса нефти актуальность приобретают исследования характера изменения состава алканов под влиянием миграционных и аккумуляционных процессов. Нами проанализированы нормальные n-C₁₂-n-С₃₅ и изопреноидные i-C_l4- i-С₂₀ алканы из сингенетичных породам хлороформенных битумов (ХБА) нефтегазоматеринских и ненефтегазоматеринских пород (НГМП и неНГМП) разного литофациального облика, из смешанных и эпигенетичных битумов пород, находящихся вне и внутри предела влияния залежей с разным фазовым состоянием и составом флюидов. Объектом исследования были выбраны мало погруженные (0,5-1,5 км) слабо катагенетически преобразованные терригенные отложения триаса и верхней перми Тимано-Печорской НГП, содержащие в основном однотипное гумусовое ОВ.

Триасовый терригенный комплекс. Породы этого комплекса представлены глинами и алевролитами, включающими от 0,5 до 2 % преимущественно гумусового ОВ с небольшой примесью водорослевого детритного ОВ. На структурах, не содержащих промышленные скопления нефти в триасовых отложениях (площади Долгая, Чернореченская, Инзырейская), в глинистых и алевритовых НГМП при  от 0,4 до 2 % (почти сингенетичный фон) в составе ХБА установлено наличие метано-нафтеновых (МН) УВ (3-15%). H-алканы здесь составляют 2,5-5 % массы ХБА и 13-33 % массы МН фракции. Среди н-алканов преобладают молекулы с 25 и более углеродными атомами (50-75 %), на долю н-алканов n-С₁₂-n-С₁₈ приходится не более 20 %. В области молекул n-C₂₁-n-С₃₅ доминируют структуры с нечетным числом атомов углерода в молекуле, что очень характерно для сингенетичных УВ, генерируемых в слабопреобразованном гумусовом ОВ. Максимумы в области С₁₇, C₁₉, возможно, связаны с присутствием в триасовых НГМ породах водорослевого микродетритного ОВ (рис. 1, а, кривые 1, 2). Изопреноидов ряда i-C₁₄ - i-С₂₀ в синбитумах в 10-15 раз меньше, чем н-алканов. Среди них на долю пристана и фитана приходится свыше 70 %, их соотношение варьирует от 0,7 до 0,8 (рис. 1, г, кривая 11). Нужно отметить, что для пород алевритового состава (площадь Ванейвис), в пределах зон газонакопления (Шапкинско-Юрьяхинский вал), даже при очень низких  (около 1,4 %) происходит небольшой сдвиг максимума н-алканов из высокомолекулярной области в среднемолекулярную (рис. 1, а, кривая 3). Отношение НЧ/Ч снижается до 1, указывая на сглаживание характерных для гумусового источника различий в соотношении молекул с четным и нечетным числом атомов углерода. Доля изопреноидов в ХБА, соотношение групп i-C₁₄-i-C₁₈ и i-C₁₉-i-C₂₀ примерно такие же, как и в глинистых НГМ породах. Можно предположить, что указанные небольшие отличия составов н-алканов в алевритовых НГМП (к тому же проницаемых и емких) и непроницаемых НГМ глинистых пород (на одной и той же площади) являются следствием миграционных и аккумуляционных процессов накопления УВ нефтяного ряда в зонах с лучшими условиями аккумуляции.

В неНГМ породах (С_орг<0,5 %) с низкой битуминозностью и  от 1,1 до 2,7 % без учета влияния залежей (Инзырейская площадь, скв. 120) в составе ХБА и в МН фракции содержание н-алканов в 2 раза меньше, чем в синбитумах НГМ пород, но доля молекул n-С₁₂-n-С₁₈ несколько выше (20-27% вместо 10-15%), а молекул с С₂₅-С₃₃ - ниже (32-37 %) (рис. 1, a, кривая 4). Значительно более гладкой становится кривая распределения н-алканов, отношение НЧ/Ч снижается от 1,7 до 1. Признаки гумусового происхождения сохраняются лишь в слабых изломах кривой распределения н-алканов. Небольшие максимумы в области n-С₁₇ и n-C₂₁, возможно, также связаны с водорослевой детритной примесью, которая фиксируется при микроскопических исследованиях. Доля изопреноидных алканов в ХБА, их молекулярно-массовое распределение и отношение пристан/фитан в битумах неНГМП примерно такое же, как и в синбитумах НГМП. Допустимо предположить, что битумы неНГМП содержат небольшую примесь флюидов, эмигрировавших из НГМП (первичные перемещения флюидов в НГМ толщах на первом этапе миграции нефтяных флюидов). При этом происходит несколько опережающее перемещение более низкомолекулярных н-алканов как наиболее подвижных компонентов.

Нефть, находящаяся в триасовых залежах и остаточная нефть продуктивных пластов на валу Сорокина содержит очень мало парафиновых УВ (менее 8 % на МНФ), в том числе практически лишена нормальных алканов, так что поставлять их в ореол в настоящее время не может. Вместе с тем в глинистых неНГМП покрышек над залежами тяжелой нефти (Торавейское и Южно-Торавейское месторождения вала Сорокина) при =4...31 % фиксируются следы довольно активного былого внедрения в нее рассеивающихся из залежей УВ, особенно МН, их доля в составе ХБА возрастает по сравнению с рассмотренными выше случаями до 38 %. В отличие от сингенетичного фона, доля н-алканов С₁₄-С₁₈ повышается до 30 %, высокомолекулярных структур снижается до 35-27 %. Смешанность битума отчетливо проявляется в молекулярно-массовом распределении н-алканов, кривая распределения которых имеет два максимума - один в низкомолекулярной области (влияние миграционной примеси), другой - в области n-С₂₃-n-С₂₇ (влияние сингенетичного фона (рис. 1, б, кривые 5, 6). Миграционная примесь сглаживает характерную для фона разницу в содержании молекул с четным и нечетным числом атомов углерода. Содержание изопреноидов в ХБА примерно такое же, как и в сингенетичном битуме, но доля низкомолекулярных структур возрастает примерно в 2 раза. Здесь отмечено высокое отношение пристана к фитану (1,5) (рис. 1, г, кривая 12). По характеру распределения н-алканов над залежью тяжелой нефти в скв. 4 Варандей можно предположить вертикальное перераспределение нефтяных флюидов в толще, причем, чем выше по разрезу поднимаются нефтяные флюиды, тем больше они теряют тяжелых УВ и накапливают более легкие. Так, на глубине 1313 м в отложениях нижнего триаса среди н-алканов до 38 % легких УВ С₁₂-С₁₈ и до 22 % тяжелых С₂₅-С₃₅, а в породах верхнего триаса на глубине 778 м, легкие н-алканы составляют 48 % от суммы УВ, а доля тяжелых снижается до 5 %. Содержание н-алканов в МН фракции и ХБА в верхнетриасовых этажах увеличивается в 2,5 раза по сравнению с нижнетриасовыми (рис. 1, б, кривые 7, 8). Зафиксирована прямая связь между величиной  (долей миграционной примеси) и ролью алканов в составе ХБА и МН фракций, а также между  и долей низкомолекулярных алканов (рис. 1, б, кривые 5, 6). Одновременно наблюдается и некоторое возрастание отношения пристана к фитану. Таким образом, поступавшие в покрышку из залежей УВ привели к некоторому «облагораживанию» состава парафиновых УВ сингенетичного фона. Видимо, внедрение УВ из залежей в покрышку происходило до того, как нефти потеряли значительную часть парафиновых структур под влиянием комплекса гипергенных факторов. Разница в количестве и составе н-алканов в продуктивных породах и покрышке косвенно указывает также и на то, что нефти претерпели сильную вторичную трансформацию и первоначально не имели нафтеновый состав.

На месторождении Хыльчую, в ореоле рассеивания залежей нефти и газоконденсата (b_хл=20...44 %; рис. 1, в, кривые 9, 10) влияние нефтяных флюидов еще более заметно. В составе ХБА пород 40-52 % МН УВ. H-алканов и изопреноидов в 2-3 раза больше, чем в сингенетичном битуме и битумах ореола рассеивания над залежами вала Сорокина. Доля низкомолекулярных н-алканов высокая (56-60 % на МН фракцию), структур с более чем 25 атомами углерода в молекуле практически нет. Специфические черты сингенетичного фона н-алканов полностью затушеваны, чего нельзя сказать об изопреноидах, в которых (несмотря на их большое содержание) резко преобладают фитан и пристан (70 %), отношение последних также как и в сингенетичном битуме, составляет 0,8-1 (рис. 1, г, кривая 13). Очевидно, из залежей рассматриваемого комплекса, не имеющего надежных покрышек, происходит активное вертикальное рассеивание УВ. Проникшие в породы покрышки н-алканы существенно изменяют сингенетичный фон, так как в основном мигрируют легкие УВ.

Верхнепермские отложения. Верхнепермские отложения, так же как и триасовые, содержат в основном гумусовое ОВ, в отдельных частях разреза сконцентрированное в углистых сланцах, непромышленных (на платформе) и промышленных (в передовом прогибе) прослоях углей [3].

В углистых сланцах, в разрезах, расположенных на глубине 1,2-2 км на непродуктивных по верхнепермским отложениям структурах, на далеких периклиналях продуктивных структур или вне ореолов рассеивания залежей в составе синбитумов (=0,3...1,5 %) углистых сланцев от 10 до 20 % МН УВ и несколько меньше ароматических. На долю н-алканов приходится 0,6-2,6%, в МН фракции их 0,4- 17,5 %. Наибольшую роль среди н-алканов играют структуры с числом атомов углерода более 25, содержание n-С₁₂-n-С₁₈ колеблется от 6 до 17 %. Молекулярно-массовое распределение н-алканов синбитумов углистых сланцев описывается ломаной кривой с резко выраженным максимумом в области n-С₂₃-n-С₂₇ (рис. 2, а, кривая 1). Изопреноидных алканов в углистых сланцах в 10-15 раз меньше, чем н-алканов. Среди них, как и в углях в основном преобладает пристан, отношение пристан/фитан варьирует от 1,2 до 4,4.

В НГМ глинистых породах (С_орг=0,91...2,85) на структурах, не содержащих промышленных скоплений нефти или газоконденсата, в верхнепермских отложениях (Долгая, Чернореченская площади) в составе ХБА МН УВ не превышают 10 %. В составе н-алканов, особенно в высокомолекулярной части, отчетливо проявляется максимум в области молекул С₂₃-С₃₁ (рис. 2, а, кривая 2, 3). По сравнению с углистыми сланцами доля н-алканов и изопреноидов в МН фракции возрастает примерно в 2 раза, в ХБА-1,5. Отношение НЧ/Ч высокое (1,2-1,9), отношение пристан/фитан варьирует от 1 до 1,1.

На площадях, где в верхнепермских отложениях отсутствуют скопления нефтегазовых флюидов, но сами площади (Ванейвис, Инзырейская) входят в состав зоны активного нефтегазонакопления по этому комплексу, даже в глинистых породах при очень низких (1-2 %) ощущается влияние миграционного УВ-потока, проявляемое в возрастании роли УВ в составе ХБА вообще и особенно в МН фракции. В составе МН фракции 40-55 % парафиновых, в них 10-20 % н-алканов и 1-2 % изопреноидов, в составе ХБА их 2-4% и 0,1-0,5% соответственно, т. е. примерно столько же, сколько и в сингенетичных битумах. Влияние примеси в основном сказывается на наличие двух максимумов на кривой молекулярно-массового распределения н-алканов, отражающей поступление в основном низкомолекулярных n-С₁₃-n-С₂₀ алканов. Абсолютное количество их было невелико и не смогло затушевать специфику гумусового ОВ, проявляющуюся главным образом в высокомолекулярной области. Поэтому наблюдаются резкие изломы на кривой распределения, соответствующие максимумам в области молекул с нечетным числом атомов углерода (рис. 2, б, кривые 4, 5, 6). Коэффициент нечетности колеблется, как и у синбитумов, от 1,2 до 1,8. В составе изопреноидов преобладают пристан и фитан, их отношение варьирует от 1,2 до 1,4 так же, как и в синбитумах. В песчано-алевритовых породах этих площадей со смешанным битумом (=6...8 %) при увеличении ХБА доля МН фракции возрастает почти в 2 раза по сравнению с количеством синбитума непродуктивных площадей, содержание н-алканов в МН фракции остается на том же уровне, что и в синбитуме, но в их составе наблюдается тенденция уменьшения легких УВ С₁₂-С₁₈. Отношение пристана к фитану становится меньше 1.

В пределах зоны рассеивания УВ из залежей тяжелой в настоящий момент нефти (верхнепермская залежь, месторождение Северо-Савиноборское) приот 2 до 19% во флюидоупорах и коллекторах на глубинах менее 1 км, в составе ХБА от 20 до 47 % МН УВ. На долю н-алканов приходится от 3,7 до 6 % в ХБА и от 4 до 18 % в МН фракции. Сумма легких и средних н-алканов составляет от 58 до 63%, высокомолекулярных - от 32 до 42 %. При более высоких  (до 80 %) в непосредственной близости от залежи наблюдается уменьшение количества н-алканов в МН фракции и ХБА почти в 2 раза.

Сумма легких и средних н-алканов немного увеличивается, а высокомолекулярных уменьшается. Влияние залежи сказалось как на количественный, так и на качественный состав н-алканов. Отношение пристан/фитан колеблется от 1,3 до 1,5.

Совершенно иное распределение н-алканов в НГМ верхнепермских отложений купольной части Хыльчуюского месторождения. Здесь так же как и в триасовых отложениях, при  не выше 4,7 %, независимо от состава породы (песчаник, глина, уголь) внедрение УВ из залежи оказало особое влияние на УВ-часть: доля МН УВ в ХБА возрастает в 3 раза по сравнению с рассматриваемыми выше отложениями. По сравнению с синбитумом доля н-алканов в ХБА возрастает в 2 раза, доля изопреноидов в ХБА и МН фракции - в 3-4 раза. В составе н-алканов резко увеличивается доля низкомолекулярных структур (до 63 %), высокомолекулярные н-алканы составляют от 1,4 до 27 %. Кривая распределения имеет один максимум в области С₁₅-С₁₉, средне- и высокомолекулярные н-алканы практически отсутствуют (рис 2, в, кривые 9, 10). Отношение пристан/фитан колеблется от 0,8 до 0,9. На далекой периклинали Хыльчуюской структуры вне влияния верхнепермской залежи в разрезе скв. 21 в неНГМП (С_орг=0,05...0,07 %) в смешанном битуме (=13,4 ...19,1 %) наряду с небольшими максимумами в низкомолекулярной области С₁₈-С₂₀ отмечается максимум в области С₂₄-С₂₉, по характеру кривой распределения четко фиксируется влияние гумусового ОВ (рис. 2, в, кривые 7, 8). Количество н-алканов остается постоянным как в смешанном битуме, так и в синбитуме ХБА, они составляют от 3,2 до 4,9 %. На основании полученных данных можно заключить, что за контуром нефтегазоносности интенсивность вертикального потока УВ из продуктивного пласта резко падает.

Анализ частоты встречаемости различных значений отношения пристан/фитан в верхнепермских отложениях показал, что на площадях Чернореченская, Инзырейская, Ванейвис и других в Тимано-Печорской НГП в терригенных породах с углистыми включениями в синбитуме преобладает пристан. Отношение пристан/фитан колеблется от 1,3 до 2,5.

В песчаниках и карбонатных породах со смешанным битумом отношение пристан/фитан меньше 1 (0,8-0,9). В пределах прямого влияния нефтяных и газоконденсатных скоплений (площади Хыльчую, Северо-Савиноборская, Варандей, Южно-Таравейская) в породах с различной долей миграционной примеси наблюдается значительный разброс отношения пристан/фитан, но при этом все же можно отметить небольшую тенденцию уменьшения данного отношения с увеличением .

Выводы

1. Незначительная миграционная примесь, даже не отражаясь заметно на величине , существенно повышает долю МН фракции и н-алканов в ХБА, т. е. ведет к «облагораживанию» сингенетичного фона УВ, сдвигу максимума в распределении н-алканов в более низкомолекулярную область.

2. Резкое снижение доли парафиновых УВ зафиксировано в МН фракции рассеянных и концентрированных битумов, затронутых гипергенными процессами, за счет н-алканов.

3. Различие в содержании и составе алкановых УВ в ХБА пород в ореоле рассеивания над залежами окисленной и неокисленной нефти и газоконденсатного скопления дает возможность использовать их в качестве критерия распознавания указанных разновидностей скоплений УВ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ильинская В.В. Генетическая связь углеводородов органического вещества пород и нефтей.- М.: Недра, 1985.

2. Тиссо В., Вельте Д. Образование и распространение нефти.- М.: Мир, 1981.

3. Тетерина Е.А., Телкова М.С, Храмова Э.В. К вопросу о роли углей в нефтегазообразовании на примере пермских отложений Тимано-Печорской провинции // В кн.: Геохимические критерии оценки масштабов нефтегазонакопления и прогноза качества углеводородных флюидов в зонах аккумуляции.- М.,- 1984.-С. 88-97.

Рис. 1. Распределение нормальных и изопреноидных алканов в триасовых отложениях Тимано-Печорской провинции:

а - сингенетичное гумусовое ОВ (=0,8...1,4 %): 1 - площадь Ванейвис, скв. 13, Т₃, глина, глубина 751 м; 2 - Чернореченская площадь, скв. 2, Т₃, алевролит, глубина 1500 м; 3- площадь Ванейвис, скв. 131, Т₃, алевролит, глубина 910 м; 4 - Инзырейская площадь, скв. 120, Т₂, песчаник, глубина 1370 м; б - зона ореола рассеивания УВ тяжелой нефти: 5 - площадь Таравей, скв. 31, Т_1-2 , алевролит, глубина 968 м,=4,3 %; 6 - площадь Таравей, скв. Т_1-2 , глина, глубина 986 м;=30,9 %; 7 - площадь Варандей, скв. 4, Т₃, алевролит, песчаник, глубина 780 м;=13,4 %; 8 - площадь Варандей, скв. 4, Т₁, алевролит, песчаник, глубина 1314 м, =23,5 %; в - зона ореола рассеивания УВ над газоконденсатной залежью площади Хыльчую, скв. 4, Т₁, глубина 1636 м: 9 - песчаник, 10 - глина; г - распределение изопреноидов (усредненные данные): 11 - гумусовое ОВ; 12 - миграционный тяжелый битум (площадь Таравей, скв. 31); 13 - миграционный легкий битум (площадь Хыльчую, скв. 4)

Рис. 2. Распределение нормальных алканов в верхнепермских отложениях Тимано-Печорской провинции:

а - сингенетичное гумусовое ОВ (= 0,85...1,50 %): 1 - Чернореченская площадь, скв. 2, углистый сланец, глубина 160 м; 2 - то же, глина, глубина 2092 м; 3 - площадь Долгая, скв. 61, глина, глубина 1190 м; б - сингенетичный битум с небольшой примесью миграционных УВ: 4 - Инзырейская площадь, скв. 120, глина, глубина 1930 м; 5 - то же, углистый сланец, глубина 1930 м; 6 - площадь Ванейвис, скв. 131, глина, глубина 1475 м; в - изменение сингенетичного фона УВ на площади Хыльчую под влиянием газоконденсата: 7 - скв. 21, глина, глубина 1678 м; 8 - скв. 4, глина углистая, глубина 1751 м; 9 - скв. 4, песчаник, глубина 1841 м; 10 - скв. 4, глина, глубина 1831 м