Объектами моделирования были образцы пород баженовской свиты, вскрытые бурением на Вэнгаяхинском (скв. 355, глубина 2786-2798 м) и Еты-Пурском (скв. 89, 171, глубина 2910-2945 м) нефтяных месторождениях Западной Сибири. В процессе геологического развития региона эти породы уже испытали тепловое воздействие пластовых температур соответственно до 116 и 123 С.

Исследованные образцы представлены темно-серыми крепкими аргиллитами, иногда микрослоистыми, сложенными пластинками слюды размером 0,002-0,01 мм с примесью алевритовых частиц диаметром до 0,03 мм, слабо карбонатными (3-14 %). Карбонаты распределены в породе неравномерно либо в виде микрослоев, протяженностью до 0,03 мм, либо в виде ромбоэдров доломита такого же размера. Содержание Сорг варьирует от 5,84 до 8,28 %. Морфологически ОВ распространено дисперсно или в виде шаровидных включений диаметром 0,002-0,03 мм. Степень катагенеза находится в пределах градаций MK1-MK2.

Моделирование процессов катагенеза ОВ проводилось на установке ЛУМГП [4]. Подготовка образцов осуществлялась путем дезинтеграции до размера 0,5-1 мм, квартования и загрузки в камеру в воздушно-сухом состоянии в количестве 150 г. Тепловое воздействие на образцы производилось в автоматическом режиме приращения пластовой температуры в соответствии с приращением геостатического давления, исходя из геотермического градиента 3 °С и геодинамического 2,3 МПа на каждые 100 м погружения породы. При этом образцы подвергались одноосному сжатию, имитирующему геостатическое давление. В каждом температурном интервале породы выдерживали от 6 до 24 ч до прекращения выделения газов, которые отбирались в процессе опыта. По окончании опытов образцы извлекались из камеры и анализировались (таблица, рис. 1, рис.2, рис.3, рис.4). Здесь приведены результаты влияния температуры, а влияние давления на указанные процессы будет рассмотрено в дальнейшем.

Результаты экспериментального моделирования, показали, что каких-либо существенных изменений содержания ОВ после опытов не наблюдается, хотя и прослеживается тенденция его уменьшения с ростом температуры. Вместе с тем по содержанию и составу битумной части ОВ влияние температуры оказалось существенным. Так, для образцов пород Вэнгаяхинского месторождения при 100 °С зафиксировано уменьшение содержания ХБА в породах и в ОВ от 1,38 % в исходном образце до 1,29 %. Можно предположить, что это связано главным образом с миграционными потерями легкоподвижных компонентов, не учитываемых технологией проведенных опытов. Генерация же новых порций ХБА, вероятно, недостаточна, чтобы компенсировать миграционные потери. В том, что в процессе опытов происходит "дозревание" ОВ (внутримолекулярное перераспределение ядерной части, генерация новых ингредиентов ХБА и т.д.) при температурах значительно ниже тех, в которых оно уже пребывало в процессе геологического развития региона, убеждают нас данные об обогащении ХБА водородом (от 11 до 12 %), дальнейшем его обуглероживании (от 83 до 84 %), уменьшении доли гетероатомных компонентов от 6 % в исходном образце до 5 % после опыта при температуре 100 °С. В составе ХБА заметно увеличилась доля УВ. Эти изменения могут быть связаны с намечающейся тенденцией перехода степени преобразования ОВ в следующую градацию катагенеза [3].

Сходные изменения количества и состава ХБА фиксируются и по образцам пород Еты-Пурского месторождения. Прослеживается тенденция гидрирования и обуглероживания ОВ, по мере повышения температуры снижается также содержание ХБА (от 1,102 % при 60° С до 1,027 % при 100 °С). Концентрация легкого петролейно-эфирного битума при повышении температуры до 100 °С уменьшилась по сравнению с исходным образцом почти в 4 раза, что, вероятно, связано, как отмечалось, с миграционными потерями.

При увеличении доли УВ в ХБА их состав в зависимости от температуры изменяется незначительно, что ограничивает возможности установления каких-либо закономерностей. Некоторые тенденции слабого изменения можно увидеть в молекулярно-массовом распределении алканов (см. рис.1). Так, после воздействия температуры 100 С несколько (на 3-10%) уменьшается доля легких (группа С₁₃-С₁₈) н-алканов и соответственно возрастает доля более высокомолекулярных групп С₁₉-С₂₄ и С₂₅-С₃₀. При этом наблюдается сдвиг максимума кривой распределения из области молекул С₁₆-С₁₉ в область молекул С₁₈-С₂₀. Содержание н-алканов в МНФ и ХБА несколько уменьшается, изопреноидов возрастает, но в их составе довольно заметно снижается роль группы iС₁₄ - iС₁₈. Отношение пристан/фитан не изменяется.

Полученная информация по данным химико-битуминологического анализа деструкции ОВ в опытах при температурах ниже тех, в которых оно уже пребывало, несомненно, представляет большой интерес с точки зрения уточнения общепринятых взглядов на доминантную роль температуры в термокаталитических процессах преобразования ОВ. В определенных геологических условиях, в частности при замкнутых (изолированных) гидродинамических системах, аналогом которых является баженовская свита Западной Сибири [1], и затрудненных условиях эмиграции новообразованных продуктов преобразования ОВ, температурный фактор не является решающим. Приведенные экспериментальные данные показывают, что породы при температуре, которую они испытали в осадочном чехле, не реализовали до конца свой генерационный потенциал. В этой связи находят приемлемое объяснение случаи, когда степень катагенеза ОВ не соответствует тем температурным условиям, в которых оно находилось [2].

Наиболее заметные изменения в групповом составе ХБА прослеживаются в опытах при нагревании пород до 150 °С. Значительно меняется элементный и компонентный составы ХБА в сторону снижения роли гетероэлементов и увеличения роли УВ, т.е. в направлении его облагораживания до уровня следующей стадии катагенеза ОВ. К сожалению, таких опытов проведено только три, по одному образцу в каждой серии. Это не позволяет однозначно интерпретировать полученные данные, хотя, скорее всего, заметные изменения в количестве и составе ХБА при 150 °С связаны с тем, что температура в опытах превышает ту, которую испытывали породы в процессе погружения. Поэтому ОВ претерпело более глубокую деструкцию, отразившуюся на количественном и качественном соотношениях новообразованных продуктов.

Более четкая картина влияния температуры на характер и направленность преобразования ОВ прослеживается при изучении выделяющихся в процессе опытов газов. С повышением температуры количество выделившегося газа увеличивается. Причем при всех изобарических режимах (100, 80, 60, 40, 20 МПа) количество выделившегося газа находится в прямой зависимости от температуры: минимальные количества газа соответствуют минимальным значениям температуры (см. рис. 2). Эта закономерность характерна для всех ступеней изобарических режимов. Так, при температуре 60 °С во всех сериях образцов количество выделившегося газа достигает 50 мл на 1 кг породы, а при температурах 80 и 100 °С при изобарическом режиме 100 МПа -300,0 мл/кг породы. В опытах с образцами пород из скв. 171 при давлении 80 МПа повышение температуры обусловливает увеличение количества газа от 9,4 мл/кг породы при 60 °С до 131,2 мл/кг породы при 100 °С. То же самое наблюдается в опытах с образцами пород из скв. 89 этой же площади. Отличие состоит лишь в том, что в последнем случае масштабность процессов газообразования значительно выше. Так, минимальное количество выделившегося газа при температуре 60 °С равно 27,4, а максимальное при 100 °С - 452,0 мл/кг породы. Это вполне естественно, если учесть, что в этом образце максимальные содержания Сорг.

Некоторым исключением из общей закономерности являются данные, полученные при температурах 130 и 150 °С и геостатическом давлении 100 МПа (см. таблицу). В области температур выше 100 °С прослеживается тенденция снижения интенсивности газообразования, сильная (от 293 до 95,9 мл/кг) в опытах 27, 41, 45 и слабая (от 264 мл/кг при 130 °С до 188 мл/кг при 130 °С) в опытах 60, 64. Такие же тенденции отмечались и по составу жидких УВ.

Существенно меняется и состав газа в зависимости от температурных условий в опытах. При низких температурах основным компонентом газовой составляющей являются азот (до 99%) и углекислый газ (до 11%). Интерпретация полученной информации позволяет считать, что азот и углекислый газ могут быть генетически не связанными с процессом преобразования ОВ в опытах. Принимая во внимание, что доля азота во всех опытах независимо от термобарических режимов является подавляющей, можно предположить, что он был адсорбирован из атмосферного воздуха активной поверхностью глинистых минералов в период их дробления при подготовке образцов к опытам. При наличии водорастворимых или выкристализовавшихся в породе бикарбонатов содержание СО₂ также может быть связано с вторичным генезисом.) При температуре в опытах, достигающей 130-150 °С, вполне реально разложение бикарбонатов и обогащение газовой составляющей СО₂ неорганического происхождения.

Рассмотрим изменения количества и состава углеводородной части газовой фазы (см. таблицу). Как видно, в газе, выделившемся при температуре 60 °С из пород Еты-Пурского месторождения (скв. 171), углеводородная часть практически отсутствует (0,105-0,057 %). Однако по мере возрастания температуры до 100 °С (Р = = 60 МПа) доля УВГ увеличивается до 13,28% и возрастает их абсолютное содержание в единице объема (до 12 мл/кг).

Аналогичная тенденция изменения состава газа в зависимости от температуры прослеживается и в опытах с образцами пород из скв. 89 этой же площади. Так, при изобарическом режиме, равном 80 МПа, доля УВ в газе при температуре 60 °С незначительна (0,02-0,1 %), при температуре 100 С она превысила 10 %. Таким образом, тенденция в обеих сериях опытов одинакова.

Состав самих углеводородных газов также изменяется в определенных закономерностях. Эти закономерности типичны для образцов всех серий и проиллюстрированы (см. рис. 3) по данным опытов с породами Еты-Пурского месторождения (скв. 171). В изобарическом режиме,, равном 100 МПа, четко просматривается тенденция увеличения суммарного содержания УВГ по мере повышения температуры. Существенно изменяется и соотношение индивидуальных компонентов в составе УВГ. Судя по коэффициенту жирности углеводородных газов (см. рис. 4) при более мягких температурных условиях (60-80 °С) генерация УВГ идет с заметным преобладанием содержания метана над его гомологами. При температуре 100 °С картина изменяется в связи с резким увеличением содержания суммы тяжелых УВГ, а затем (при температурах 130 и 150 °С) вновь восстанавливается преимущественное метанообразование.

Из изложенного видно, что данные по количеству и составу выделившегося в процессе опыта газа подтверждают факт деструкции ОВ пород баженовской свиты при температуре до 100 °С. Все приведенные сведения о зависимости количества и состава газа от температуры были бы банальны и не заслуживали внимания, если бы не тот факт, что эти процессы в опытах происходят при температурах, значительно более низких, чем те, которые испытывали породы и ОВ в пластовых условиях. Как отмечалось, эти породы, а с ними и ОВ, находились в условиях температуры до 123 °С, а основные серии опытов проводились при температурах, не превышающих 100 °С. Следовательно, можно заключить, что в естественных условиях при более высоких температурах ОВ лишь частично реализовало свой потенциал. В опытах же с благоприятными условиями оттока флюидов процесс нефтегазообразования в недозрелом ОВ продолжался даже при более низких температурах.

1. Геолого-геохимические условия размещения жидких и газообразных углеводородов в мезозойских отложениях Западной Сибири // И.И: Нестеров, А.В. Рыльков, В.В. Потеряева, А.Г. Потеряев, Н.Х. Кулахметов, И.Н. Ушатинский, Ю.В. Щепеткин // Тр. Зап. Сиб. НИГНИ. -1978. - Вып. 138.
2. Калинко М.К. Геология и геохимия нафтидов. - М.: Недра, 1978.
3. Корчагина Ю.И., Четверикова О.П. Методы интерпретации аналитических данных о составе рассеянного органического вещества. - М.: Недра, 1980.
4. Симоненко В.Ф. Методика исследования поровых растворов при изучении процессов нефтегазонакопления // Поровые растворы в геологии (методические разработки). - Минск: Наука и техника. - 1980. - С. 75-154.

The results of experimental investigations of Bajenov formation rocks, enriched dy organic matter, are given. The conclusion is drawn, that temperature is not the main factor, wich controls organic matter transformation, under conditions of limited emigration of new formed products.

1 - 100°С; 2 - 80°С; 3 - 60°С

1 - сумма УВГ; 2 - СH₄; 3 - сумма С₂ - С₅