К оглавлению журнала

 

УДК 550.4:552.578.2

© Г.Н.Гордадзе, И.А.Матвеева, 1995

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАТИВНОСТЬ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПО АРЕНАМ СОСТАВА C8 И ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫМ БИОМАРКЕРАМ

Г.Н.Гордадзе, И.А.Матвеева (ИГиРГИ)

Углеводородный состав нефтей отражает природу и условия процессов, протекающих в ходе их формирования. Достоверную информацию о типе исходного органического вещества, степени созревания, литологических особенностях вмещающих пород, фациальной обстановке, степени гипергенного изменения флюидов можно получить при комплексном использовании широкого спектра биомаркеров - стеранов и тритерпанов состава C19-C35 [2], Для их анализа применяются компьютеризованная хроматомассспектрометрия и массфрагментография. Вместе с тем следует отметить, что легкие нефти и конденсаты не содержат высокомолекулярные биомаркеры, а в случае их низкой концентрации и (или) высокой катагенной зрелости нефтей. когда биомаркеры достигают равновесных значений, масс-спектры становятся малоинформативными.

В связи с этим постоянно актуальна проблема поисков новых путей получения дополнительных сведений и новых методов исследования, позволяющих корректировать информацию и таким образом избегать ошибочных выводов при оценке степени катагенеза и генетического родства или различия органического вещества. Одним из таких путей, на наш взгляд, является изучение распределения аренов состава C8 в продуктах термопиза высокомолекулярных фракций нефтей и керогена.

В настоящей статье предпринята попытка сопоставить данные по распределению аренов состава С8 в продуктах термолиза высокомолекулярных фракций нефтей и керогена с составом стеранов в нефтях и битумоидах.

Относительную концентрацию этилбензола как в нефтях, так и в продуктах термолиза асфальтенов нефтей и битумоидов можно использовать в качестве генетического показателя (Гордадзе Г.Н. и др., 1986, 1992, 1994). Его высокая концентрация (17-18 %) свидетельствует об исходном органическом веществе сапропелевого морского или озерного типов, тогда как более низкие концентрации (13-14 %) говорят о гумусовом континентальном фациальном типе. Вместе с тем необходимо отметить, что эта закономерность характерна лишь для низкой и средней стадий зрелости органического вещества (Тмакс 435-445 °С).

При выяснении генетического родства или различия органического вещества и нефтей на основании распределения аренов состава С8 лучше всего сравнивать относительные концентрации этилбензола. орто- и метаксилолоа. В случае сапропелевого исходного органического вещества первичными продуктами генезиса, скорее всего, являются этилбензол и ортоксилол (их концентрации значительно выше равновесной), в то время как мета- и параксилолы (их концентрации ниже равновесной) образуются из ортоксилола в процессе катагенеза. Чисто гумусовое органическое вещество продуцирует преимущественно этилбензол и метаксилол (их концентрация значительно выше равновесной). При этом в процессе катагенеза из метаксилола образуются орто- и параксилолы (их концентрации ниже равновесной). Установлено, что даже в присутствии катализатора алюмосиликата этилбензол не изомерируется в ксилолы, так же как и ксилолы не образуют этилбензол (Гордадзе Г.Н. и др., 1986). Следовательно, в процессе катагенеза этилбензол, с одной стороны, и орто-, мета- и параксилолы - с другой преобразуются независимо друг от друга.

Эта особенность не распространяется на органическое вещество высокой степени зрелости (Тмакс 450 °С). В этом случае даже при сапропелевом исходном органическом веществе относительная концентрация этилбензола уменьшается до концентрации, характерной для гумусового исходного органического вещества (за счет крекинга с образованием бензола и толуола). Одновременно увеличиваются концентрации мета- и пара-ксилолов при параллельном понижении содержания ортоксилола (таким образом, изомеры ксилола постепенно приближаются к равновесному состоянию), хотя относительная концентрация метаксилола не превышает 50 %, как это бывает при гумусовом исходном органическом веществе (Гордадзе Г.Н. и др., 1986). Схематически это представлено на рис. 1.

Следовательно, при определении степени зрелости органического вещества морского генезиса на основании распределения аренов состава C8 необходимо пользоваться отношением (мета -- + параксилол)/ортоксилол, а в случае континентального органического вещества - (орто-- + параксилол)/метаксилол.

Объектом исследования являлись и специально подобранные нефти нафтенового основания типа Б и парафинового основания типа А разных нефтеносных районов. Подробности эксперимента описаны в работах Г.Н. Гордадзе и др. (1992), Н.С.Воробьевой [1].

Характеристика исследованных нефтей и распределение стеранов в нефтях и аренов состава С8 в продуктах термолиза фракций, выкипающих выше 350 °С, приведена в табл. 1. Рассуждения об особенностях распределения аренов состава С8, генерированных из разных источников (гумусового или сапропелевого), хорошо согласуются с данными по распределению высокомолекулярных биомаркеров (см. табл. 1).

По распределению стеранов С272829 и отношению пристан/фитан в нефтях можно прийти к выводу, что образцы 1-6 относятся к морскому, а образцы 7 и 8 к континентальному фациально-генетическому типам. В нефтях морских отложений отмечается наличие всех трех стеранов С2729 и отношение пристан/фитан варьирует в пределах 1.1-1,6, тогда как в нефтях из типично континентального вещества высших растений установлено преимущественное содержание стерана С29 и отношение пристан/фитан равно 4.5 и 7,5. Отношение S диастеранов/S регулярных стеранов (0,6-1.9) указывает на генерацию этих нефтей в терригенных пародах.

Аналогичные выводы можно получить и при рассмотрении распределения аренов состава С8 в продуктах термолиза фракций, выкипающих выше 350 °С. тех же нефтей. В термолизатах нефтей образцов 1-6 относительная концентрация этил-бензола варьирует а пределах 15,0-32,1 %, з метаксилола не превышает 50 % (ниже равновесной) и ортоксилола не ниже 20 % (выше равновесной). В образцах 6 и 7 для орто- и метаксилола наблюдается обратная картина. Для них же типична небольшая относительная концентрация этилбензола - соответственно 12,0 и 13,7 %. Такое распределение аренов состава С8 характерно для нефтей континентального генезиса.

Для определения степени зрелости органического вещества на основании распределения стеранов обычно используется отношение между эпимерами стеранов - новообразованными изостеранами ( abb 20R + 20S) и исходными биостеранами (aaa 20R). По этому показателю рассматриваемые нефти имеют широкий диапазон коэффициента созревания. Так, значение Кэр 2,6-3,1 для нефтей свидетельствуют о том, что прогрев материнской породы эквивалентен началу нефтяного окна. Уровень катагенного созревания керогена, генерировавшего нефть Ван-Еганского месторождения, средний (Кэр1 3-4). Среди рассматриваемых образцов наиболее зрелые нефти месторождений Русское и Нафталанское (Кэр1 5,2 и 5.3 соответственно).

На рис. 2 видна хорошая сходимость данных по степени преобразованности органического вещества, оцененная по стерановым углеводородам и распределению аренов состава C8 в термолизатах фракций нефтей, выкипающих выше 350 °С.

Хорошая корреляция данных наблюдается и при сравнении результатов по распределению аренов состава C8, полученных в продуктах термолиза дебитуминизированных пород, со стеранами битумоидов и нефти.

Объектом исследования являлись породы и нефть из скв. 554 Салымского месторождения (образцы пород были любезно предоставлены М.С. Зонн).

Несмотря на то, что отложения баженовской свиты Западной Сибири изучены довольно подробно с разных позиций и различными методами (О.В.Барташевич, В.В.Вебер, А.Н.Гусева, А.Э.Конторович, Н.В.Лопатин, С.Г.Неручев, Ал.А.Петров, В.А.Чахмачев и др.), до сих пор не существует единого мнения о происхождении этих нефтей.

Большинство исследователей предполагают, что нефть, залегающая в этих отложениях, образовалась за счет собственного органического вещества. Так, согласна данным А.Э.Конторовича, баженовские глины являются мощным генератором нефтей и углеводородных газов, и не только для самой баженовской свиты, но в ряде мест и для ниже- и вышележащих залежей (Конторович А.Э., 1978, 1982). По мнению О.В.Барташевич (1979. 1981), залежи нефти в отложениях баженовской свиты сингенетичны вмещающим породам, а битумоидная часть органического вещества, носящая "нефтяной характер", но обедненная низкомолекулярными алканами и цикланами, интерпретируется как результат первичной миграции (эмиграции). Эти площади и рассматриваются как наиболее перспективные для формирования скоплений.

Наши исследования на примере пород баженовской свиты и нефти скв. 554 Салымского месторождения подтвердили мнение О.В.Барташевич. Помимо этого, нами выявлено, что не вся порода участвует в образовании нефти, а лишь ее часть, наиболее близко залегающая к нефти.

В табл. 2 представлена геохимическая характеристика изученных пород. Содержания органического углерода очень высокие и варьируют от 10,33 до 15,11 %. количество хлороформенного битумоида (ХБ) - от 1,55 до 2,52 %.

В табл. 3 представлены данные по распределению аренов состава С8 в продуктах термолиза дебитуминизированных пород, выкипающих при 340 °С, и в нефти. Там же представлены данные по распределению биомаркеров в битумоидах и нефти.

По распределениям аренов состава С8 (рис. 3, рис.4 ) можно прийти к следующим выводам.

1. Относительная концентрация этилбензола свидетельствует о морском генезисе и варьирует в пределах 15,1-24,2 %, причем наиболее близки к нефти продукты термолизэ пород, залегающих на глубине 2733,8-2736,7 и 2736-2739 м (образцы 3 и 4).

2. Наблюдается тенденция приближения к равновесной смеси относительных концентраций орто-и метаксилола. Их относительные концентрации также близки в нефти и продуктах термолиза образцов 3 и 4.

3. Относительные концентрации параксилола в продуктах термолиза и в нефти практически одинаковы (см. рис. 2).

4. По отношению (мета - + параксилол)/ортоксилол (коэффициент степени зрелости) продукты термолиза образцов 3 и 4 также наиболее близки к нефти.

К аналогичным выводам можно прийти и на основании распределения стеранов в битумоидах тех же пород и нефти.

Распределение стеранов С272829 и отношение пристан/фитан свидетельствуют о том, что и битумоиды, и нефти относятся к морскому фациально-генетическому типу. Однако битумоиды резко отличаются друг от друга степенью преобразованности органического вещества, несмотря на их довольно близкое пространственное расположение. Согласна значениям Кэр1 наиболее зрелыми являются битумоиды пород образцов 3 и 4, и в отличие от битумоидов пород образцов 1 и 2 они наиболее близки к нефти. В принципе такую близость этих коэффициентов в битумоидах пород образцов 3 и 4 и в нефти можно было бы объяснить и влиянием близзалегающей нефти, но когда такая же закономерность наблюдается и по распределению аренов состава С8 в продуктах термолиза дебитуминизированных пород. можно однозначно заключить об участии в нефтеобразовании именно этих пород.

Интересно отметить, что аналогичный вывод можно сделать и на основании распределения н-алканов в битумоидах и нефти. На рис. 5 видно подобное бимодальное распределение н-алканов в битумоидах пород образцов 2-4 и в нефти.

Таким образом, на основании изучения распределения аренов состава C8 в продуктах термолиза дебитуминизированных пород и стеранов в битумоидах и нефти можно заключить, что в образовании нефти скв. 554 Салымского месторождения принимала участие только часть пород баженовской свиты.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Биометки нефтей Западной Сибири/ Н.С.Воробьева, З.К.Земскова, В.Г.Пунанов и др. // Нефтехимия. - 1992. - Т.32. - № 5. -С.405-419.

2. Петров Ал.А. Геохимическая типизация нефтей // Геохимия. - 1994. - № 6, - С.876-891.

Рис.1. СХЕМА ОБРАЗОВАНИЯ АРЕНОВ СОСТАВА C8

Таблица 1

Распределение биомаркеров в нафтеновых и парафинистых нефтях и ароматических углеводородов состава С8 в продуктах термолиза фракций этих нефтей, выкипающих выше 350 °С

Номер образца

Месторождение

Номер скважины

Интервал глубин, м

Тип нефти

Пристан/фитан

Стераны

Арены состава C8, %

К2

С272829, %

Sg/Sр, c

Kэр1

этилбензол

ксилолы

орто-

мета-

пара-

1

Ван-Еганское

113

957-964

Б1

-

38:30:32

0,59

4,0

32,1

22,6

33,4

11,9

2,00

2

135

1864-1872

Б2

1,1

40:27:33

0,65

3,4

29,1

25,4

37,6

7,9

1,79

3

109

2591-2596

A1

1,3

34:32:34

0,66

4,0

26,2

27,6

36,4

9,8

1,67

4

Русское

27

892-900

Б1

-

47:35:17

1,90

5,2

16,9

23,9

46,9

12.3

2,47

5

Старогрозненское

642

4076-4106

A1

1,6

42:43:15

1,23

4,3

18,1

25,7

43,3

12,4

2,16

6

Нафталанское

88

760-800

Б2

-

28:35:37

0,49

5,3

15,0

23,9

47,1

14,0

2,55

7

Северо-Толькинское

302

2627-2632

Б2

4,5

- - >90

1,0

3,1

13,7

18,2

61,2

6,9

0,41*

8

303

2947-2954

a1

7,5

- - >90

0,63

2,6

12,0

11,1

69,2

7,7

0,27*

Примечание.

Sg/Sр.с. = (Sдиастеранов / Sрегулярных стеранов) С2729; Кэр1=abb20(S+R)/aaa20R;

K2 = (мета- + параксилол)/ортоксилол.

К2 = (орто- + параксилол)/метаксилол.

Рис.2. СООТНОШЕНИЕ СТЕПЕНИ СОЗРЕВАНИЯ НЕФТЕЙ ПО СТЕРАНАМ (1) И АРЕНАМ СОСТАВА С8 (2)

Рис.3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АРЕНОВ СОСТАВА С8 % от суммы аренов) В ТЕРМОЛИЗАТАХ КЕРОГЕНА И НЕФТИ, САЛЫМСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ, СКВ. 554

1 - 4 -интервал отбора пород, м: 1- 2724-2727; 2 - 2727-2731; 3 - 2733,8-2736,0; 4 - 2736-2739; 5 - интервал отбора нефти 2751,8-2754,0 м

Таблица 2

Геохимическая характеристика баженовских пород Салымского месторождения (скв. 554)

Номер образца

Интервал глубин, м

Сорг, %

ХБ, %

1

2724-2727

10,88

2,52

2

2727-2731

15,11

2,09

3

2733,8-2736,7

11,89

1,55

4

2736-2739

10,33

1,66

Рис.4. СООТНОШЕНИЕ СТЕПЕНИ СОЗРЕВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПО СТЕРАНАМ (1) И АРЕНАМ СОСТАВА С8 (2), САЛЫМСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ, СКВ. 554

 

 

Усл. обозначения см. на рис. 3

 

Таблица 3

Распределение биомаркеров в битумоидах, в нефти и аренов состава С8 в продуктах термолиза дебитуминизированных пород и в нефти скв. 554 Салымского месторождения

Номер образца

Свита

Тип

флюида

Интервал глубин, м

При-

стан/ фитан

Стераны

Арены состава

С8,%

К2

С27/С28

С28/С29

С272829 , %

Sg/Sp.с

Кэр1

этилбензол

ксилолы

орто-

мета-

пара-

1

Баженовская

Битумоид

2724-2727

0,94

0,91

0,94

32:33:35

0,53

4,8

24,2

31,1

32,4

12,3

1,5

2

2727-2731

1,10

0,76

0,86

29:33:38

0,50

5.5

22,0

28,0

36,7

13,3

1,8

3

2733,8-2736,7

0,58

0,88

0,97

31:34:35

0,50

6,2

16,0

27,8

41,2

15,0

2,0

4

2736-2739

0,78

1,3

1,2

38:34:28

0,57

5,8

15,1

29,1

42,2

13,6

1,9

5

Абалакская

Нефть

2751,8-2754,1

0.91

0,82

0,67

33:27:40

0,55

6,6

18,4

23,6

43,5

14,5

2,5

Примечание см. в табл. 1.