|
К оглавлению
|
УДК 543.42:553.981.6
|
|
|
© Т.А. Ботнева, О.Л.
Нечаева, Э.М. Грайзер, 1991
|
Использование
спектральных методов при изучении газоконденсатов (На примере подсолевых отложений
палеозоя Прикаспийской впадины.)
Т.А. БОТНЕВА, О.Л. НЕЧАЕВА, Э.М. ГРАЙЗЕР (ВНИГНИ)
В последние годы при исследовании нефтей и конденсатов
большое внимание уделяется спектральным методам, основным преимуществом которых
являются экспрессность, высокая чувствительность и использование небольшого количества
анализируемого вещества (доли миллиграмма), что позволяет проводить массовые
аналитические определения.
Комплекс спектральных методов, применяемых во ВНИГНИ,
включает инфракрасную спектроскопию (ИКС) нефракционированных нефтей и
конденсатов и их парафино-нафтеновых фракций, ультрафиолетовую спектроскопию
(УФС) и квазилинейчатые спектры люминесценции нафтено-ароматических фракций.
Объектами спектральных исследований являлись в
основном нефти [2]. В последнее время эти методы стали широко применяться для
изучения конденсатов. Исследование нефракционированных конденсатов методом
ИК-спектрометрии проводится так же, как и нефтей, путем визуального сравнения
формы спектров поглощения, сопоставления относительных интенсивностей основных
полос поглощения (Д) и их соотношений: С1=Д1610/Д720;
С2=Д750/Д720; С3=Д720/Д1380; A1=Д815/Д750;
A2=Д875/Д750;
A3=Д815/Д875,
A4=Д770/Д1610 и A5=Д700/Д1610, где
коэффициенты С1 и С2 отражают
соотношение ароматических и парафиновых УВ, С3 - соотношение СН2- и СН3-групп
в парафиновых цепях, А1-A5
- соотношение различных групп ароматических УВ. Помимо этого, информация
по ИК-спектрам нефракционированных конденсатов дает возможность определять
состав моноциклических ароматических УВ, содержание бензола, толуола, орто-,
мета- и параксилола.
ИК-спектрометрия парафино-нафтеновой фракции
отбензиненной части конденсатов позволяет выявлять генетические различия
конденсатов по коэффициенту Ц (Т.А. Ботнева, 1987 г.), равному СН2 (n>=4)/СН2 (n<=2), а
также количество СН2- и СН3-групп
в цепях в разных структурных группировках, т. е. охарактеризовать структуру
названной фракции конденсатов.
Методом УФС определялись в нафтено-ароматической
фракции соотношения бензольных (Сб), нафталиновых (Сн) и
фенантреновых (Сф) ароматических УВ. Применение квазилинейчатых
спектров люминесценции позволяет получить информацию об индивидуальных
полициклических ароматических УВ (ПАУ), таких, как 3,4-бензпирен,
1,12-бензперилен, перилен и др.
В настоящее время в подсолевых отложениях
Прикаспийской впадины открыты залежи разнообразного фазового состояния:
нефтяные, газонефтяные, нефтегазоконденсатные и газоконденсатные. Наибольшее
количество газоконденсатных и нефтегазоконденсатных залежей (более 70 %),
конденсаты которых были изучены нами, связано с карбонатными отложениями
верхнего подсолевого среднекаменноугольно-нижнепермского нефтегазоносного
комплекса (НГК), значительно меньшее - с НГК нижнего и среднего карбона и
девона. Газоконденсатные и нефтегазоконденсатные залежи встречены на глубинах
1460-5087 м и характеризуются разнообразными давлениями и температурами,
изменяющимися соответственно от 14 до 58 МПа и от 23 до 85 °С.
Исследованные конденсаты разнообразны по свойствам и
химическому составу. В среднекаменноугольно-нижнепермском НГК встречены
конденсаты плотностью от 0,682 до 0,824 г/см3, характеризующиеся
широким диапазоном изменения содержания бензинов (34-99 %), смол (1-15 %) и
других показателей состава конденсатов. При этом наибольшим распространением
пользуются утяжеленные конденсаты плотностью 0,740-0,800 г/см3 с
выходом бензинов 50-92 %, в верхневизейско-нижнебашкирском НГК конденсаты
тяжелые (0,800-0,811 г/см3) с невысоким содержанием бензинов (50-54
%), смол (2-5 %), в эйфельско-нижнефранском - утяжеленные, плотностью 0,764-0,807
г/см3 с выходом бензинов 36-56 %, смол 2-11 %.
Исследования показали, что по плотности, содержанию
бензинов, смол и т. д. конденсаты отдельных НГК почти не отличаются друг от
друга.
По групповому составу бензинов подавляющая часть
конденсатов относится к метановому типу: в среднекаменноугольно-нижнепермском
НГК 35- 84 % метановых УВ, в верхневизейско-нижнебашкирском 47-51, в
эйфельско-нижнефранском 33-87. В отбензиненной фракции обычно преобладают
метано-нафтеновые УВ (в среднекаменноугольно-нижнепермском НГК их 61-84 %, в
верхневизейско-нижнебашкирском 66-89, в эйфельско-нижнефранском 75-83), хотя в
большинстве конденсатов присутствует значительное количество тяжелых
ароматических УВ (>20 %).
Рассмотрение результатов спектрального изучения
конденсатов методом ИКС показало, что наиболее информативным для дифференциации
конденсатов является коэффициент С2 (соотношение ароматических и
парафиновых УВ), по величине которого отмечаются различия конденсатов основных
НГКТ в среднекаменноугольно-нижнепермских отложениях показатель С2
составляет 0,37-0,85, причем преобладают значения менее 0,53, в
верхневизейско-нижнебашкирском НГК он увеличивается до 0,82-0,94, в
эйфельско-нижнефранском вновь снижается до 0,72-0,53.
Хорошие результаты по разделению конденсатов различных
НГК получены и при детальном (количественном) изучении парафино-нафтеновых
фракций конденсатов методом ИКС. Выявлены отличия конденсатов разновозрастных
отложений по содержанию СН2- и СН3-групп, по количеству СН2-групп в длинных (n>= 4) цепях, по соотношению СН2-групп
в длинных и коротких (n>=2) цепях. Среди СН2-групп преобладают длинноцепочечные. Так, в
среднекаменноугольно-нижнепермском НГК количество СН2-групп
в длинных цепях изменяется от 22 до 40 %, в нижне-среднекаменноугольном НГК оно
достигает 48,7, в девонском - 41-47, оставаясь заметно выше, чем в первом из
перечисленных НГК. Соотношение СН2-групп в длинных и коротких цепях
в первом НГК в основном не превышает 5, во втором - 12,7, в третьем - 5-25 (табл. 1) и т. д. Все это свидетельствует о преобладании в
конденсатах Прикаспийской впадины длинных парафиновых цепей.
Изучение спектральными методами содержания различных
групп ароматических УВ (бензольных, нафталиновых, фенантреновых - в
нафтено-ароматической фракции отбензиненной части конденсатов, бензола,
толуола, пара-, орто- и метаксилола - в нефракционированных конденсатах) не
выявили существенных отличий в конденсатах отдельных НГК. Как правило, во всех
конденсатах бензольные УВ превалируют над нафталиновыми и фенантреновыми УВ.
Среди индивидуальных моноциклических ароматических УВ в наибольшем количестве
встречается толуол либо метаксилол, при этом какой- либо закономерности в
распространении конденсатов с преобладанием первого либо второго из названных
УВ не наблюдается.
Изучение квазилинейчатых спектров люминесценции
показало, что ПАУ имеют крайне ограниченное распространение в конденсатах
изучаемых отложений: 3,4-бензпирен и 1,12-бензперилен встречены лишь в
конденсатах нижней перми Оренбургского месторождения и в девонских конденсатах
Зайкинской площади, расположенных в обрамлении впадины.
Материалы по наиболее изученному
среднекаменноугольно-нижнепермскому НГК позволяют сопоставить спектральные
характеристики конденсатов различных зон нефтегазонакопления (ЗНГН) и
проследить их изменение в пределах этих зон (табл. 2).
Рассмотрение данных ИКС и УФС показало, что по ряду
спектральных коэффициентов прослеживаются существенные отличия конденсатов
отдельных ЗНГН (см. табл. 2). Наиболее высокими
значениями коэффициента C3,
превышающими единицу, выделяются конденсаты Тепловской ЗНГН по сравнению с
другими, где величины этого соотношения не поднимаются выше 0,85.
Карачаганак-Кобландинская ЗНГН отличается от остальных повышенными значениями
коэффициента A1 (более 0,6 по сравнению с A<=0,4 в Тепловской ЗНГН) и низким содержанием бензола в
нафтено-ароматической фракции, а Кенкияк-Жанажольская ЗНГН - пониженными
величинами A4 (около 1), в то время как в
других зонах А4=1,55-3,2.
Кроме того, конденсаты Оренбургской ЗНГН разнятся повышенным содержанием
бензола, ортоксилола и присутствием 3,4-бензпирена и 1,12-бензперилена.
Анализ данных по отдельным залежам позволил
установить, что в пределах каждой ЗНГН в направлении подъема пластов
параллельно изменению физико-химических свойств происходит однонаправленное для
всех рассматриваемых зон изменение величин большинства спектральных
коэффициентов. Так, например, в Оренбургской ЗНГН с уменьшением глубины
залегания залежей, температур и давлений в них от Северо-Копанского (температура
55 °С, давление 29 МПа) к Оренбургскому месторождению (температура 31-33 °С,
давление 17-21 МПа) наряду со снижением плотности от 0,752 до 0,713 г/см3,
увеличением содержания бензинов от 83 до 93 % и т. д. отмечается также
направленное уменьшение величины спектральных коэффициентов С1 и С2 (см. табл. 2), что свидетельствует об
уменьшении роли ароматических УВ по сравнению с парафинами и соотношений
интенсивности полос поглощения различных групп ароматических УВ между собой -
коэффициентов A1 и А4. Коэффициент
С3, отражающий соотношение СН2- и СН3-групп
в парафиновых цепях, напротив, в этом направлении обнаруживает тенденцию к
увеличению. Аналогичные изменения наблюдаются в Тепловской и Жанажольской ЗНГН.
Например, в Тепловской ЗНГН с запада на восток, от Токаревской к Гремячинской
площади, с уменьшением глубины залегания залежей и ослаблением в них влияния термобарических
факторов (температура от 77 до 65-70 °С, давление от 33,8 до 30-32 МПа)
коэффициенты C1, С2
и А1 незначительно уменьшаются, А5, напротив, в этом направлении возрастает (см. табл. 2).
В Оренбургской и Жанажольской ЗНГН в направлении
подъема пластов наблюдается возрастание содержаний Сбенз.ув в
нафтено-ароматической фракции конденсатов (от 10 до 24-27 и от 14 до 30
соответственно).
Изменения спектральных характеристик конденсатов в
зависимости от условий их залегания наблюдаются и в пределах одного
месторождения. Это отчётливо видно при рассмотрении материалов по
Карачаганакскому месторождению, в котором вниз по разрезу отложений (от 3777 до
5087 м) по мере увеличения давления (от 48,9 до 60 МПа) и температуры (от 65 до
85 °С) наряду с изменением физико-химических свойств (увеличением плотности от
0,776 до 0,824 г/см3, смолистости от 4 до 13 % и др.) отмечаются
возрастание величины спектрального коэффициента С1 уменьшение С3 и А4, А5.
Приведенные данные показывают, что конденсаты
Прикаспийской НГП существенно различаются между собой по спектральным
характеристикам. Наиболее информативными при разделении конденсатов отдельных
НГК являются соотношения структурных группировок, характерных для ароматических
и парафиновых УВ (коэффициент С2) и особенности структуры
парафино-нафтеновой фракции отбензиненной части конденсатов (соотношение
парафиновых цепей с СН2-группами менее двух в коротких и более
четырех в длинных) и т. д. Учитывая отсутствие четкой зависимости величины
рассмотренных показателей от условий залегания конденсатов (глубин, пластовых
температур и давлений), следует заключить, что выявленные особенности строения
конденсатов отдельных НГК объясняются генетическими причинами и обусловлены
особенностями состава исходного органического материала каждого из
рассмотренных комплексов.
Спектральные различия конденсатов отдельных ЗНГН по
соотношению СН2- и СН3-групп и ароматических УВ между
собой - коэффициенты (С3, А1, А5), не зависящие
от вышеназванных геохимических факторов, также, видимо, нужно объяснять
генетическими факторами, а конкретно - генетической связью проанализированных
ЗНГН с различными областями генерации УВ-флюидов, каждая из которых
характеризуется спецификой исходного ОВ. Приведенные результаты спектральных
исследований убеждают нас в том, что не было существенного подтока УВ-флюидов в
названные ЗНГН из единого источника их генерации, в качестве которого многие
авторы рассматривают центральные, наиболее погруженные области Прикаспийской
впадины. Основными районами образования УВ-флюидов, скопившихся в залежах
Тепловской, Оренбургской, Карачаганак-Кобландинской и Кенкияк-Жанажольской
ЗНГН, были, видимо, близлежащие к ним относительно небольшие впадины и прогибы.
Особо следует остановиться на Оренбургском
месторождении, нижнепермские конденсаты которого отличаются от всех других
конденсатов
Прикаспийской впадины самыми низкими коэффициентами С1, С2,
А1, А3, А4, резко
повышенным содержанием бензола и толуола и присутствием 1,12-бензперилена и
3,4-бензпирена. Невысокие величины перечисленных коэффициентов, изменяющихся,
как указывалось, при рассмотрении данных по отдельным ЗНГН в зависимости от
термобарических условий можно объяснить низкими температурами и давлениями в
залежи. Повышенные же содержания названных ароматических УВ увязать с этими
факторами не представляется возможным. Они, как нам кажется, могут
свидетельствовать о подтоке УВ в Оренбургскую залежь не только со стороны
Прикаспийской впадины, но и из других зон генерации Бузулукской впадины,
генетическая связь с которыми других залежей подсолевых отложений Прикаспийской
впадины была невозможна.
Отмеченные выше изменения спектральных коэффициентов С1-А5 и содержания отдельных групп ароматических УВ в
пределах отдельных ЗНГН обусловлены, видимо, спецификой образования
газоконденсатных залежей-растворением нефти в газе. При этом растворимость
отдельных составляющих жидкой УВ-фазы в газах в условиях изменяющихся вверх по
восстанию пластов температур и давления была различной. Как неоднократно
указывалось [3, 4 и др.], именно это явление приводит к дифференциации состава
конденсатов при миграции (увеличению их выхода, плотности и т. д.) и отмеченному
нами закономерному изменению спектральных показателей, которые могут являться
индикаторами направлений миграции.
Таким образом, проведенные исследования показали, что
для разделения конденсатов различных НГК подсолевых отложений Прикаспийской
впадины могут быть использованы данные о структуре молекул парафино-нафтеновой
фракции отбензиненных конденсатов (отношения длинных и коротких парафиновых
цепей) и коэффициент С2, характеризующий соотношение ароматических и
парафиновых структур. Специфика конденсатов отдельных ЗНГН в пределах одного
НГК, свидетельствующая об условиях их генерации, фиксируется по коэффициентам С3,
A1 и А5, а также по
содержанию бензола, толуола, метаксилола и присутствию 3,4-бензпирена и
1,12-бензперилена. Отражением условий формирования и существования конденсатов
и их залежей (направления миграции газоконденсатной смеси, температур и
давлений в залежах) являются коэффициенты C1-С3, А1-А4
и СбензУВ в нафтено-ароматической фракции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Ботнева Т.А. Генетические основы классификации
нефтей.- М.: Недра.- 1987.
2.
Ботнева Т.А., Шулова Н.С. Генетические типы нефтей
Прикаспийской впадины и прогнозирование их состава / В кн.: Органическая
геохимия нефтей, газов и ОВ докембрия.- М - 1981,-С. 41-47.
3.
Жузе Т.П. Роль сжатых газов как растворителей.- М.:
Недра,- 1981.
4.
Чахмахчев В.А. Геохимия процесса миграции
углеводородных систем,- М.: Недра.- 1983.
Abstract
The results of study of condensates from
the Precaspian depression by spectral techniques are presented. Possibilities
are indicated for using spectral data, particularly structure of molecules of
the paraffin-naphthene fraction of the topped
portion of the condensates and the ratio of aromatic to paraffin structures
used to separate condensates in defferent oil-and gas-bearing formations, as
well as a number of spectral coefficients (C3, A1 and
A5, etc) to determine a specific character of condensates from
certain petroleum accumulation areas.
