Роль нефти и газа в мировой политике и экономике

 

 

 

 

 

Рис. 23. Изменение степени битумииозности и элементного состава ХБ РОВ сапропелито-гумитового типа в пермских -мезозойских отложениях Вилюйской синеклизы в зоне катагенеза.

1 - пермские, 2 - меловые, 3 - верхнеюрские.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 24. Изменение степени битумииозности и элементного состава ХБ РОВ гумито-сапропелитового типа в пермских -мезозойских отложениях Вилюйской синеклизы в зоне катагенеза.

Усл. обозначения см. рис. 23.

Рис. 25. Зависимость  битумоидного коэффициента в глинах и аргиллитах от максимальной глубины погружения в морских терригенных формациях (сапропелевое органическое вещество), по А.Э.Конторовичу (1976).

А - тоарские сапропелевые глины Западно-Европейской платформы (Парижский бассейн); Б - волжско-берриаские сапропелевые глины Западно-Сибирской плиты; В -меловые отложения Западно-Сибирской плиты; Г - майкопские отложения Скифской плиты (Западное Предкавказье); Д - палеогеновые отложения Ферганской впадины. 1 -линии минимальных и максимальных значений; 2 - линии медианных значений.

 

геологическое время (длительность), литологический состав отложений, тип  органического вещества, особенности  геологического развития, гидродинамические и гидрохимические условия, геотермический режим.

Продолжающееся погружение материнской породы на большие глубины  сопровождается повышением пластовых  температур. Породы попадают в геотермические условия главной фазы газообразования (ГФГ) - температура от 150 до 200-250°С. Пространственно, это диапазон глубин от 3.5-5 км до 6-9 км, выделяемый в главную зону газообразования (ГЗГ). В шкале углефикации эта фаза приурочена к этапам МК: от NQQ до АК. Этот этап преобразования РОВ характеризуется интенсивной генерацией газообразных УВ (главным образом, метана). В этой зоне происходит глубокая термохимическая деструкция нерастворимой части РОВ.

Экспериментальными данными  в ГФГ фиксируется преобладанием  в газовой фазе метана. Количество метана в закрытых породах (в расчете на РОВ) возрастает в несколько раз. Генерация УВ - газов синхронно сопровождается почти полной эмиграцией их в породы-коллекторы. В пластовых водах пород-коллекторов В ГНЗ наблюдается максимальная концентрация водорастворенного метана с приближением упругости его паров к давлению насыщения, т. е. к условиям выделения газа в свободную фазу.

Следует заметить, что  процесс генерации газообразных УВ более универсален, чем процесс  генерации жидких УВ. Образование  газов происходит     на     всех     этапах     постседиментационной     истории преобразования осадка. На этапе протокатагенеза образуется СО₂ и СН₄. В метагенезе в балансе образующихся газов преобладают гомологи метана, образующиеся одновременно и с жидкими УВ.

При довольно четко определяемых термобарических параметрах фаз  генерации жидких и газообразных УВ, в осадочных бассейнах мира наблюдаются существенные различия в глубинном положении зон  генерации УВ (рис. 26).

Рнс. 26. Глубинная  зональность катагенеза РОВ в отложениях некоторых нефтегазоносных регионов мира, по данным Г.М.Парпаровой и С.Г.Неручева.

1 - Поволжье (Волго-Уральская провинция); П- Припятская впадина; III- Днепрово-Донецкая впадина; IV -Вилюйская синеклиза; V - Предкавказье; VI - склон Скифской плиты на границе с Терско-Каспийским прогибом; VII - Мангьшшак; VIII - центральная часть Западно-Сибирской плиты; IX - Восточная Камчатка; X - Аляска; XI -Калифорния; XII - Азербайджан; ХШ - Прикаспийская впадина.

Стадии катагенеза: 1 - ПК; 2 - МК,; 3 - МК₂; 4 - МК₃; 5 - МК,.

Г.М.Парпаровой и С.Г.Неручевым (1981) показано, что наиболее растянутая глубинная зональность (нижняя граница  ПК до 3.1 км, МК) - до 4.2 км, МКг - 5 км и глубже) наблюдается в кайнозойских осадочных  бассейнах, в синеклизах и впадинах, как молодых, так и древних платформ со значительной толщиной осадочного чехла (8-20 км), в районах проявления соляного тектогенеза. Сжатая глубинная зональность (ПК - до 1.5 км, МК₍ - до 2 км, МК₂ - до 2.4-2.7 км) наблюдается на древних и эпипалеозойских платформах и в районах палеозойской и мезозойский складчатости.

Приведенные данные ' однозначно свидетельствуют об однонаправленности процессов протекающих в осадочно-породных бассейнах (ОПБ). Различия же в глубинах залегания осадков и пород, в  которых происходят адекватные процессы, определяются влиянием большого количества факторов. К числу этих факторов относятся: температура (геотермический режим), давление, геологическое время (длительность того или иного процесса), литологический состав отложений, тип органического вещества, его количество, особенности геологического развития, гидродинамические и гидрохимические условия.

Между всеми  этими факторами существуют причинно-следственные связи. Все эти причинно-следственные связи существуют в пределах единой системы - в осадочно-породном бассейне (ОПБ).

"Осадочно-породный бассейн" является по Н.В. Лопатину (1983) открытой динамической неравновесной самоорганизующееся системой. Эволюцию ОПБ можно рассматривать как последовательную смену различных условий организации этой системы. В любой системе может быть выделено множество подсистем, которые, в свою очередь, могут рассматриваться как системы.

В системе  ОПБ можно выделить три подсистемы - минеральную, водную и углеводородную. Для каждой из этих подсистем характерна определенная совокупность процессов, происходящих в конкретных термобарических условиях. Так, например, в определенном объеме пород ОПБ могут происходить одновременно процессы: литификации осадочных пород, выражающиеся в изменении физических свойств пород, в структурно-вещественных преобразованиях этих пород; термокаталитического преобразования ОВ, приводящего к изменению в нем соотношения углеводородных и неуглеводородных компонентов; фазовые превращения углеводородных флюидов и процессы миграции воды и УВ.

Структура ОПБ  полихронна во времени и пространстве. Другими словами, структура ОПБ может быть неодинаковой в трехмерном пространстве (по трем осям координат) вследствие разных глубин залегания пород - в разных частях ОПБ может наблюдаться неодинаковое количественное соотношение трех подсистем (в верхних частях разреза на долю водной подсистемы может приходиться 25 % и более объема этой части системы, а в нижних - менее 10 %; в соответствии с вертикальной зональностью генерации УВ в различных частях ОПБ будут разные объемные соотношения между водной и углеводородной подсистемами, а также различные соотношения газообразных и жидких УВ в углеводородной подсистеме.

Структура процессов, протекающих в системе ОПБ, является синхронной и диахронной. Синхронность их заключается в параллельном течении процессов (литификация пород, катагенез ОВ и генерация УВ, эмиграция УВ и т. д.), а диахронность - в разновременности состояний тгапов, стадий одного процесса в разных участках ОПБ.

Из осадочно-миграционной теории происхождения нефти вытекает, а практика геологоразведочных работ подтверждает, как отмечал Н.Б.Вассоевич (1967 г), что все более или менее крупные области устойчивого опускания земной коры, выполненные как субаквальными отложениями, так и образованиями континентального генезиса достаточной толщины (не менее 1,5-2 км) являются зонами генерации УВ. И оценка перспектив нефтегазонасыщенности тех или иных территорий в настоящее время базируется на положениях этой теории.

Заключая  раздел, рассматривающий генезис УВ, следует, однако, заметить, что признание генетической связи нефти и газа с фоссилизированным в осадочных породах ОВ, отнюдь не исключает абиогенное происхождение некоторых углеводородных соединений, главным образом, метана. И говоря, в принципе, о дуалистической природе УВ, несомненно то, что доля абиогенных УВ ничтожно мала по сравнению с количеством УВ, явно органического происхождения.

5.4. Понятие о первичной миграции

Под первичной  миграцией понимается совокупность процессов приводящая к перемещению генерируемых в нефтегазоматеринской толще жидких (микронефть) и газообразных УВ в породу-коллектор. Как отмечалось в предыдущем разделе (5.3) в зонах генерации жидких (ГЗН) и газообразных (ГЗГ) УВ в элементном составе битумоидов фиксируются изменения содержания С, Н, N, О, S, что является свидетельством реальности происходящих в определенных термобарических условиях процессов эмиграции УВ.из материнской породы.

Кратко рассмотрим механизм первичной миграции. По мере увеличения глубины залегания пород, в последних под действием веса вышележащих пород (геостатическое давление) происходит уменьшение объема порового пространства. В глинистых породах на глубинах 2-3 км коэффициент открытой пористости снижается до 5-10%. Процесс уменьшения пористости глинистых пород функционально связан с процессом отжатия из глин седиментационных (поровых) вод. Генерированные в ГЗН УВ, как жидкие, так и газообразные, частично растворяются в поровой воде и отжимаются вместе с этой водой в расположенные выше и ниже по разрезу глинистой толщи песчаные породы- коллекторы, в которых поровые давления значительно ниже и близки к условному гидростатическому. Значительное количество УВ из материнских пород мигрирует в свободной фазе. По расчетам И.В.Высоцкого, в ГЗН жидкие УВ из материнских пород эмигрируют в свободной фазе, меньшая их часть - в виде ретроградного раствора и лишь очень немного в водорастворенном состоянии.

Как уже отмечалось в  разделе 5.2, А.А.Трофимуком и А.Э.Конторовичем была предложена количественная модель эмиграции УВ из пласта глин. Эта модель получила название хроматографической. В основе этой модели лежат изменения элементного, компонентного и углеводородного состава ХБ. Согласно этой модели ХБ РОВ из кровельной и подошвенной частей глинистого пласта характеризуются меньшими значениями Р.более низким содержанием С и Н, более высоким содержанием гетероэлементов (рис. 27).

 

 

 

 

 

 

Рис. 27. Профильный разрез отложений верхнего лейаса. Средневилюйсжая площадь, скв. 19 (А.Э.Конторович, 1976).

 

 

С позиций хроматографического процесса такое распределение А.Э.Конторовичем объясняется тем, что промытость кровельной и подошвенной частей пласта подвижной фазой больше, чем промытость центральных частей пласта, т. е. через единицу площади кровельной и подошвенной частей пласта пройдет большее количество, обладающих растворяющей способностью, водных, жидких углеводородных и газообразных растворов.

К числу наиболее вероятных  механизмов первичной миграции УВ из глинистых толщ относятся эвакуация  углеводородных компонентов в водорастворенном состоянии, в истинных и коллоидных растворах, в сжатых природных газах.

Правомерность предположения  о возможности первичной миграции УВ в растворенном состоянии вытекает из никем не оспариваемого явления  отжимания седиментационных вод  из глинистых пород в процессе их гравитационного уплотнения и их экспериментальных данных по растворимости углеводородных соединений в воде. Так, •жспериментально показано увеличение растворимости углеводородных соединений в воде с возрастанием температуры (Двали, 1967; Жузе и др., 1971 и др.). Получила экспериментальное подтверждение возможность эмиграции жидких УВ в виде тонкодисперсных эмульсий (Сергеевич, Сафронова, 1979): в пластовых условиях может происходить самопроизвольное образование микроэмульсий с последующим растворением в воде.

Вместе с тем, разобщенность  с пространстве процесса отжимания  основного объема поровых вод  их глин, завершающегося, чаще всего, на глубинах до 1000 м, и ГНФ (глубины, как  правило, больше 2000 м) как будто бы свидетельствовала о незначительной роли этого механизма в процессе эвакуации УВ из глинистых пород.

Рассматриваемому механизму  первичной миграции способствует процесс  гидрослюдизации монтмориллонита (Конторович, 1976 и др.). На непосредственную связь  процессов первичной миграции и  гидрослюдизации монтмориллонита указывает, установленный Г.В.Лебедевой, Г.А.Лебедевым (1974) и В.Ю.Ивенсеном и Г.В.Ивенсен (1975), факт отставания процесса гидрослюдизации в центральных частях мощных глинистых толщ (рис. 28).

 

 

Рис. 28. Содержание монтмориллонита и гидрослюды в породах нижнего триаса в разрезе по р. Бегиджан (Предверхоянский прогиб) (Ивенсен В.Ю., Ивенсен Г.В., 1975). 1 - песчаники, 2 - алевролиты, 3 - аргиллиты, 4 - гидрослюда, 5 - монтмориллонит.

 

Сопоставление этих данных с установленным фактом сохранения монтмориллонитов на глубинах 5-6 км и более в мезозойских и кайнозойских отложениях позволяет сделать предположение о существовании условий миграции УВ в водорастворенном состоянии из глинистых толщ в значительном интервале глубин. Этот вывод хорошо согласуется с данными К.Магары (Magara, 1980). Сопоставив характер уплотнения глинистых пород и изменение содержания в них УВ для третичных отложений Канадского арктического архипелага, дельты р.Нигера и Японии, К.Магара выделил зону эффективного вытеснения жидкости (zone of effective fluid exphulsion) из материнских пород, в которой выводится   из   глин   от   30   до   70   %   общего   количества генерированных УВ. Зона эффективного вытеснения жидкости из глин для рассмотренных  районов располагается в интервале глубин 1500-4100 м. Мак-Доуэлл (McDowell;   1975) на примере бассейна Лос-Анджелес и Пермского бассейна США, Персидского залива и Западно-Сибирской плиты пришел к выводу о том, что до 50% генерированных УВ могут эмигрировать из материнских пород с отжимаемыми седиментационными водами.

Значительная часть  газообразных УВ эмигрирует из глин в  свободном состоянии.   А.Э.Конторович,    сопоставив    количество    генерируемых углеводородных газов и отжимаемых из глин седиментационных вод, пришел к выводу о том, что чем богаче породы органическим веществом, тем большую  роль  при  прочих  равных  условиях  играет  первичная миграция в свободном состоянии (Конторович,   1967).   И.В.Высоцкий (1979) считает, что основной формой первичной миграции газообразных УВ является струйное перемещение в коллектор. Движение свободного газаа возможно в виде газо- или гидроразрыва, а также в виде пузырьков, проталкивающихся в коллектор вместе с выжимаемой водой.

Предположение о первичной миграции жидких УВ в газовой фазе базируется на способности сжатых газов растворять в себе жидкие и твердые  УВ. Опытным путем (Жузе, Сафронова, 1967; Белецкая, 1967 и др.) доказана возможность извлечения битумоидов из осадочных пород и их переноса через породы сжатыми газами.

В геологической  литературе приводятся описания возможных механизмов первичной миграции под действием тех или иных энергетических полей. Так, В.В.Коцеруба и СП.Мушенко (1967) расчетным путем показали возможность выдавливания капелек нефти под миянием гравитационных сил. А.А.Геодекян с соавторами (1984) предложили механизм первичной миграции УВ, в основе которого лежит эффект изотермической перегонки путем диффузии.