К оглавлению

УДК 553.98.001.18:550.4

 

© С. Л. Критская, Е. Д. Журавлева, 1991

Прогнозирование углеводородных залежей по содержанию аренов в пластовых водах

С. Л. КРИТСКАЯ, Е. Д. ЖУРАВЛЕВА (МИНГ)

Нефть, газ и сопутствующие им пластовые воды насыщены разнообразными полиароматическими УВ - ПАУ (аренами) [1]. Для их определения в природных УВ-смесях использовался высокочувствительный селективный и экспрессный физико-химический метод тонкоструктурной люминесцентной спектроскопии (ТЛС), а именно метод квазилинейчатых спектров флюоресценции. Этот метод позволит исследовать нефти, пластовые воды с содержанием в них аренов до 10-7 мг/мл.

Сущность его заключается в получении люминесцентных спектров с хорошо разреженными максимумами, квазилиниями при низких температурах. Метод высокочувствительный (при работе с чистыми реактивами чувствительность составляет 10-11 мг/мл), экспрессный, селективный, так как с использованием способа спектрального фракционирования возможно выделение отдельных компонентов в сложных органических смесях.

Работа проводилась на флюоресцентном спектрофотометре МРГ-4 японской фирмы «Хитачи». Исследовано более 100 образцов нефтей, газоконденсатов, пород и пластовых вод в основном месторождений Восточной Сибири, Западной Украины и Прикаспия.

Все образцы были приготовлены при стандартных условиях, а также регистрированы при одних и тех же технических данных на приборе, и поэтому могут быть аналитически сопоставимы. Условия записи квазилинейчатых спектров флюоресценции (при 77 К) следующие: соотношения щелей испускания и возбуждения 2:1 (соответственно) согласованы со скоростью сканирования спектра 120 нм/мин, спектральный режим «непосредственный» (показания на цифровом устройстве типа дисплей), диапазон длин волн испускания 200- 550 нм (при постоянной длине волны изучаемых УВ). Скорость записи спектрограммы на самописце 240 мм/мин при соотношении координат х:у= 1:1. Каждая проба была исследована на содержание 32 компонентов без разгонки образца на отдельные фракции.

Результаты исследования наиболее характерных проб пород, пластовых вод, нефтей и газоконденсатов в качестве примера по одному образцу представлены в табл. 1. Полиароматические УВ указаны по принципу увеличения бензольных колец, а некоторые арены содержат заместителей в бензольном кольце. Таким образом, в основном выбраны незамещенные ароматические УВ, так как при температурных воздействиях они более устойчивы.

Методом ТЛС проанализировано распределение аренов в образцах газокондесатов пластовых вод, нефтей и пород на территориях Днепровско-Донецкой впадины, Прикаспийской мегасинеклизы и Прикарпатского прогиба. Наличие аренов в земной коре может рассматриваться в качестве критерия прогноза УВ-залежей. Арены присутствуют во всех объектах анализируемой системы и в то же время отличаются существенно друг от друга по интенсивности. Были выявлены нефтяные, газовые и газоконденсатные залежи УВ по содержанию аренов в пластовых водах разведочных скважин. Наиболее интенсивные линии характеризуют арены, находящиеся в нефтях. В качестве примера в табл. 2 представлено распределение ПАУ в некоторых образцах нефтей месторождений Прикаспия. Особенно много таких компонентов, как фенантрен, хризен, антрацен, тетра[фен, пирен, 3,4-бензпирен, антантрен, флуорантен. Содержится также бензол, однако в количественном отношении его прослеживается несколько меньше. Следует отметить, что бензол отличается значительной летучестью по сравнению с другими аренами, и поэтому существующая система отбора, и особенно хранения УВ-проб для изучения в них содержания бензола, должна быть строже (например, хранение проб в герметичных сосудах при пониженной температуре).

Методом ТЛС получены содержания ПАУ на полуколичественном уровне. В теории распознавания образов широко распространен метод ранговой классификации [2], который дает возможность перейти к количественной оценке результатов.

Из-за определения большого числа компонентов в пробах сложных органических смесей был применен также метод ассоциативного анализа [3], позволяющий выявить наиболее информативные критерии нефтегазоносности и увеличить надежность количественных оценок содержания ПАУ в УВ-системах.

Было найдено, что такие арены, как дифенилсульфид, бензфенантрены, пицен, антрахинон, алкилантрацены, метилтетрафены, тетрацен, нафтобензпирены, рубицен не характерны для природных УВ-объектов. В то же время такие компоненты, как нафталин, фенантрен, пирен, карбазол, бензол являются признаками наличия УВ-систем в земной коре (табл. 3).

На данном этапе исследовано более 100 образцов пластовых вод на содержание аренов. Наиболее информативными признаками локального прогноза УВ-залежей оказались только 10 соединений: бензол, дифенил, нафталин, аценафтен, флуорен, фенантрен, пирен, карбазол, 3,4-бензпирен, антантрен (см. табл. 3). По этим признакам и была определена функция классификации. Ранги ее распределялись по интенсивности аналитических максимумов аренов следующим образом: очень интенсивная - 5 рангов, интенсивная - 4, средняя - 3, слабая - 2, очень слабая - 1, менее 10 усл. ед.- 0 рангов (см. табл. 2, 3).

По количественному соотношению аренов в пластовых водах разведочных скважин оказалось возможным выявить наличие как нефтяных, так и газоконденсатных флюидов. При функции классификации Ф>17 можно предположить, что новое месторождение - газоконденсатное, при Ф< 17 - нефтяное. Данные разведочных скважин неизвестных контрольных месторождений показывают правомочность использования функции классификации по анализу пластовых вод (см. табл. 3).

Следует отметить, что диапазон наличия аренов в УВ-системах, например, в нефтях (см. табл. 2) значительно больше. При этом растворимость ряда аренов, особенно таких, как тетрафен, пирен, флуорантен, антантрен и ряда других, по сравнению с водными системами резко смещена в сторону нефтяных смесей и практически в пластовых водах отсутствует, поэтому для нефтей характерно наличие большой группы аренов, а Ф >=30 (см. табл. 2).

Выводы

1.     Арены - важный информативный признак нефтегазоносности. По их содержанию в пластовых водах можно раздельно прогнозировать фазовый состав УВ-скоплений.

2.     Выявлены наиболее информативные ПАУ из числа 32 изученных соединений, которые могут быть гидрогеохимическими критериями прогноза УВ-залежей. Как выяснилось, распределение ПАУ в породах является признаком прогноза наличия УВ-залежей до вскрытия продуктивного горизонта.

3.     Метод ТЛС с использованием лишь данных полуколичественного анализа УВ-состава подземных вод позволяет расширить возможности геологоразведочных работ, а также снизить затраты на различных этапах поиска и разведки нефти и газа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Методическое руководство по применению методов распознавания образцов при термодинамических исследованиях нефтяных газоконденсатных и газовых месторождений / А. X. Мирзаджанзаде, Ю. П. Коротаев, Г. С. Степанова и др.- МИНГАЗПРОМ СССР: Баку.- 1975.

2.     Степанова Г. С., Критская С. Л., Мосина А. А. Применение методов распознавания образцов при определении типа газоконденсатных месторождений //В сб.: Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений.- М.: ВНИИГазпром,- 1978,-№ 7,-С. 19-26.

Abstract

This paper deals with urgent and still poorly-studied problems of the development of criteria used for the local prediction of petroleum potential on the basis of the hydrocarbon composition of formation waters. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) from benzene to rubizene are shown to be oil and gas indices established for formation waters. Correctable results have been obtained in general analytical terms affording the determination, based on a method of fine-structural luminescent spectroscopy (FLS), of the presence of PAH in an oil-gascondensate-subsurface water- enclosing rock system. The investigation of large amounts of compounds of complex organic mixture at a semiquantitative level have caused the necessity to employ rank classification methods and associative analysis for transiting to the quantitative evaluation of FLS results. It has been demonstrated that the FLS method allows us to predict, by the hydrocarbon composition of waters, hydrocarbon accumulations, as well as to make separate predictions of the phase state of hydrocarbon systems at various exploration stages.

 

Таблица 1. Результаты исследования образцов пород и пластовых вод, нефтей и газоконденсатов на содержание в них ПАУ1

УВ по системе Клара

Нефть, Урихтау, скв. 3, 3150 м

Газоконденсат, Гугуртли, скв. 3, 1920 м

Пластовая вода, Урихтау, скв. 3, 3150 м

Пластовая вода, Шуман- ское, скв. 3, 4350 м

Порода, Тенгиз, скв. 8, 3983- 4001 м

Бензол и его гомологи

С

Не обн.

ос

ос

Не обн.

Дифенил

Не обн.

ср

Не обн.

ср

»

Дифенилсульфид

»

ср

»

ср

»

Карбазол

»

ои

»

ср

»

Нафталин

с

ср

ср

и

»

Алкилнафталин

Не обн.

ср

ср

и

»

Аценафтен

»

ср

Не обн.

и

»

Флуорен

ос

ср

с

Не обн.

»

Фенантрен

ои

ои

с

ср

ср

Алкилфенантрен

ои

ои

Не обн.

ср

ср

Трифенилен

Не обн.

Не обн.

с

ср

Не обн.

Хризен

ои

ср

ср

ср

с

Бензфенантрен

Не обн.

Не обн.

с

Не обн.

Не обн.

Пицен

»

»

Не обн.

»

»

Антрацен

ои

»

ос

»

»

Алкилантрацен

ои

»

Не обн.

»

»

Антрахинон

ои

Не обн.

Не обн.

Не обн.

Не обн.

Тетрафен

ои

»

»

»

ои

Метилтетрафен

ои

»

»

»

ои

Пентафен

Не обн.

»

»

ср

Не обн.

Тетрацен

»

»

»

ср

»

1,2-Бензтетрацен

с

»

»

ср

»

Пирен

ои

ср

»

Не обн.

ои

Метилпирен

и

ср

»

»

ои

Нафтобензпирен

Не обн.

Не обн.

»

»

Не обн.

1,2-Бензпирен

ои

ср

»

»

ои

Антантрен

ои

Не обн.

»

и

ои

Перилен

ои

»

»

ср

Не обн.

1,2-бензперилен

ои

ср

»

Не обн.

ос

Коронен

Не обн.

Не обн.

»

ои

Не обн.

Флуорантен

ои

»

»

Не обн.

ср

Рубицен

Не обн.

»

»

»

Не обн.

1 Обозначения интенсивностей аналитического максимума определяемого УВ: ос - очень слабая, <10 усл. ед.; с - слабая, до 20 усл. ед.; ср - средняя, до 50 усл. ед.; и - интенсивная, до 75 усл. ед.; ои - очень интенсивная, до 90 усл. ед. и выше (и при переходе на другой предел чувствительности).

 

Таблица 2. Результаты анализа нефтей месторождений При- каспия методом TJIC

УВ по системе Клара

Урихтау, скв. 3, 3045- 3060 м

Урихтау, скв. 3, 3147- 3159 м

Кажасай, скв. 2, 3558- 3575 м

Кенкияк, скв. 116, 4334- 4347 м

Тенгиз, скв 38, 4797- 5004 м

Бензол и его гомологи

С

С

С

И

-

Дефенил

 

 

С

И

-

Карбозол

-

-

-

С

-

Нафталин

С

С

С

И

С

Аценафтен

-

-

-

с

ОИ

Флуорен

-

-

С

с

с

Фенантрен

ои

ои

ои

м

ср

Хризен

ои

ои

ои

ои

ср

Антрацен

ои

ои

ои

ои

ОИ

Тетрафен

ои

ои

-

-

-

Пирен

ои

ои

ои

ои

ои

3,4-бензпирен

ои

ои

-

-

и

Антантрен

ои

ои

ои

ои

и

1,12-бензпирен

ои

ои

и

ои

-

Флуорантен

ои

ои

ои

и

ои

Функция классификации

48

55

42

46

38

 

Таблица 3. Результаты анализа пластовых вод УВ-залежей различных регионов по содержанию наиболее информативных аренов в качестве критериев нефтегазоносности

Фазовое состояние залежи

Площадь, номер скважины, интервал перфорации, м

Бензол

Дефенил

Нафталин

Аценафтен

Флуорен

Фенантрен

Пирен

Карбазол

3,4-бензпирен

Антантрен

Функция классификации

нгк

Урихтау, скв. 2, 3875-3886

ОС

 

С

 

 

 

 

 

 

 

3

НГК

Танявское, скв. 100, 3800-3920

С

ОИ

ОИ

ос

ои

-

 

И

 

ос

23

нгк

Урихтау, скв. 2, 3193-3201

ОС

-

и

 

 

 

 

 

 

 

5

нгк

Урихтау, скв. 3, 3159-4146

ОС

-

и

-

ср

с

-

-

-

-

10

нгк

Урихтау, скв. 3, 3045-3060

ОС

-

ср

-

с

С

-

-

-

-

8

нгк

Урихтау, скв. 3, 104-113

ср

С

ср

ои

-

-

-

с

-

-

15

нгк

Матлаховское, скв. 19,3575-3583

с

-

о

с

-

ср

-

ср

-

-

12

н

Перекопское, скв. 2., 4458-4470

-

-

ос

ОС

ОС

ос

ои

 

-

-

9

гк

Сонго-Сонго № 1, скв. 3

-

-

ои

ои

-

ои

ОИ

-

И

-

23

гк

Сонго-Сонго № 2, скв. 2

ОИ

-

ои

ои

-

ои

ои

-

и

 

29

гк

Гугуртли, скв. 6, 1922-1925

-

ср

ср

ср

ср

ои

ср

ОИ

ср

-

28

гк

Росильнянское, скв. 48, 49, 12, 2618-2825, 2555-2844, 2584-2650

ср

ОС

-

-

 

ос

ср

ОС

ос

ОС

12

гкн

Талалаевское, скв. 170, 3270-3310

ср

ср

ср

ои

ои

ср

ои

ОИ

-

С

34

гкн

Талалаевское, скв. 31, 3684-3757

ср

ср

ср

ср

ОС

ОС

ср

ои

-

ОС

23

гк

Ромашевское, скв. 1, 3215-3227

 

 

ОС

ои

-.

ои

и

ои

и

ои

29

гк

Рыбальцевское, скв. 35

ОС

с

ои

-

-

и

и

и

с

ОС

23

гк

Шумское, скв. 3, 4313-4379

ОС

ср

и

и

-

ср

-

ср

-

и

22

гк

Южно-Афанасьевское1, скв. 2, 3038-3089

-

-

ои

с

-

ои

ои

с

ои

ср

27

н

Зорьковское1, скв. 370, 4927-4956

с

-

ос

-

-

ОС

с

-

-

с

8

гк

Крещатинское1, скв. 1, 2607-2682

ср

ОС

ои

ср

ср

ср

ои

ои

ср

с

26