Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Институт геологии и нефтегазового дела Кафедра геологии и разработки нефтяных месторождений Презентация лекционного курса Автор к. г.-м. н., доцент Недоливко Наталья Михайловна

Чтобы с генетических позиций оценить природу углеводородных аномалий в верхних горизонтах осадочного чехла, для теории и практики ГПНГ необходимы сведения о типе и степени изменения ОВ, его нефтегазоматеринском потенциале в зоне поискового геохимического зондирования. Этой же цели служат данные об изотопном составе метана: обнаружение изотопно-тяжелого СН 4 в газовых аномалиях ГПНГ может свидетельствовать о миграционном происхождении газов. 2. Диффузионно- фильтрационного массопереноса углеводородных газов и низкомолекулярных жидких УВ из залежей нефти и газа в перекрывающие их осадочные породы [Соколов В.А., 1971] Научной основой ГПНГ углеводородных скоплений являются теории: 1. Осадочно-миграционного происхождения нефти из биоорганического вещества, в наиболее законченном виде отраженная в работах Н.Б. Вассоевича.

1,5…5 65…150 > 9> 350 «Газового дыхания»Метагенез (метаморфизм) 7…9250…350 Катагенетическая нижняя, газогенерирующая поздний 5…7 150…250 Катагенетическая, нефтегазогенерирующая средний 0,5…1,520…65 Катагенетическая верхняя, газогенерируюшяя раннийКа та ге не з 0,1…0,510…20 Диагенетическая, газогенерирующая Диагенез Средняя глубина (км) зон генерации в осадочных бассейнах, осушенных или покрытых мелководными морями Температура ºС Зона генерации УВ и масштабы их генерации Стадии и подстадии литогенеза Катагенез Стадии формирования нефти Подгото- вительная Главная Затухающая Схема генерации нефти и газа из ОВ на стадиях диагенеза и катагенеза (по Н.Б. Вассоевичу, С.Г. Неручеву [1]). Газообразные углеводороды Жидкие углеводороды В процессе преобразования органического вещества при погружении его на глубину выделяют три основные фазы (стадии и зоны): Первая фаза – подготовительная стадия нефтеобразования – газогенерирующая зона, соответствующая диагенезу и раннему катагенезу, Вторая фаза – главная стадия нефтеобразования - нефтегазогенерирующая зона, отвечающая начальному этапу среднего катагенеза; Третья фаза – затухающая стадия нефтеобразования - нижняя газогенерирующая зона, соответствующая позднему катагенезу (МК 4 -АК 2 ). 1. Осадочно-миграционная теория происхождения нефти из ОВ

В позднем диагенезе в результате процессов конденсации, дезаминирования, восстановления, циклизации и полимеризации образуются геополимеры (азотсодержащие и гуминовые комплексы). Диагенез осажденного органического вещества завершается на глубине, для которой характерны снижение количества извлекаемых гумусовых кислот до минимального уровня и удаление большей части карбоксильных групп. Это явление фиксируется на границе перехода бурых углей в каменные при отражательной способности витренита, равной 0,5 %. Изменение органического вещества, по Дж. Ханту Микробное разложение, гидролиз Биополимеры Углеводы, белки, липиды, лигнин Биомономеры Сахара, аминокислоты, жирные кислоты, фенолы Геополимеры Азотсодержащие и гуминовые комплексы Геомономеры Углеводороды и низкомолекуляр- ные органические соединения Конечные продукты Газ и пиробитумы 200 ºС 50 ºС Конденсация, дезаминирование, восстановление, циклизация, полимеризация Термокаталитический крекинг, декарбоксилирование, диспропорционирование водорода Термический крекинг Диагенез ранний Ката- генез Мета- морфизм Диагенез поздний

1 фаза - газогенерирующая (отвечает диагенезу и протокатагенезу – градации Д г -ПК, степени преобразования ОВ от торфов до мягких, матовых и блестящих углей). Трансформация ОВ в диагенезе происходит с большой потерей первоначальной массы и сопровождается генерацией газов биохимического происхождения: CH 4, CO 2, N 2, микрокомпонентами являются H 2, CO 2, NH 3, H 2 O, N 2 O, органические вещества. В морских субаквальных обстановках – еще и Н 3 и H 2 S. Торф Протокатагенез - ПК Матовый – Б 2 Блестящий – Б 3 Длинно- пламенный – Б Газовый - Г Коксовый - К Жирный - Ж Отощенно-спека- ющийся - ОС Полуантрацит - ПА Тощий - Т Антрацит - А Мягкий – Б 1 М е з о к а т а г е н е з - МК А п о к а т а г е н е з - АК 0, Глубина, м ГрадацияСтадия литогенеза Шкала углефикации (Донбасс) Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК 2 ) 0,40,50,8 % НЕФТЬ ТУВ Главная зона газообразования ГЗГ СН 4 Главная зона нефтеобразования ГЗН Диагенез ДГ ПК 1 ПК 2 ПК 3 МК 1 МК 2 МК 3 МК 4 МК 5 АК 1 АК 2 АК 3 АК 4 Из УВ образуется преимущественно метан (гомологи метана либо отсутствуют, либо фиксируются в незначительных концентрациях) в количестве до 5 % от общей массы ОВ. Он имеет характерный легкий изотопный состав: δ 13 С от -50 до -90. Для нефтеобразования эта фаза является подготовительной, фазой еще не созревшей микронефти

2 фаза – главная фаза нефтегазогенерирующая – главная фаза нефтеобразования (зона среднего катагенеза, отвечает этапам длиннопламенных, газовых и жирных углей градации МК 1 -МК 3 ). Содержание микронефти в породах возрастает в несколько раз за счет обогащения ранее почти отсутствующими легкими углеводородами и резко усиливается ее эмиграция. Происходит существенное преобразование молекулярной структуры ОВ с образованием значительного количества продуктов: а) газообразных (CO 2, CH 4, NH 3, N 2, H 2 S); б) жидких (H 2 O, нефтяные углеводороды) Торф Протокатагенез - ПК Матовый – Б 2 Блестящий – Б 3 Длинно- пламенный – Б Газовый - Г Коксовый - К Жирный - Ж Отощенно-спека- ющийся - ОС Полуантрацит - ПА Тощий - Т Антрацит - А Мягкий – Б 1 М е з о к а т а г е н е з - МК А п о к а т а г е н е з - АК 0, Глубина, м ГрадацияСтадия литогенеза Шкала углефикации (Донбасс) Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК 2 ) 0,40,50,8 % НЕФТЬ ТУВ Главная зона газообразования ГЗГ СН 4 Главная зона нефте- образования ГЗН Диагенез ДГ ПК 1 ПК 2 ПК 3 МК 1 МК 2 МК 3 МК 4 МК 5 АК 1 АК 2 АК 3 АК 4 Рождается, отрываясь от материнской породы, собственно нефть. Этому сопутствует широкое развитие процесса газообразования с характерным высоким содержанием тяжелых газообразных УВ с изотопно относительно тяжелым метаном – δ 13 С от -37 до -45.

2 фаза – главная фаза нефтегазогенерирующая – главная фаза нефтеобразования (зона среднего катагенеза, отвечает этапам длиннопламенных, газовых и жирных углей градации МК 1 -МК 3 ). Образование газообразных и жидких продуктов из твердого керогена происходит со значительным увеличением объема вещества (в 2-3 раза в пластовых условиях и в сотни раз – в нормальных). Это приводит в зонах интенсивного нефтегазообразования к временному: разуплотнению пород, повышению пористости, возникновению АВД – до атм выше нормального гидростатического. Торф Протокатагенез - ПК Матовый – Б 2 Блестящий – Б 3 Длинно- пламенный – Б Газовый - Г Коксовый - К Жирный - Ж Отощенно-спека- ющийся - ОС Полуантрацит - ПА Тощий - Т Антрацит - А Мягкий – Б 1 М е з о к а т а г е н е з - МК А п о к а т а г е н е з - АК 0, Глубина, м ГрадацияСтадия литогенеза Шкала углефикации (Донбасс) Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК 2 ) 0,40,50,8 % НЕФТЬ ТУВ Главная зона газообразования ГЗГ СН 4 Главная зона нефтеобразования ГЗН Диагенез ДГ ПК 1 ПК 2 ПК 3 МК 1 МК 2 МК 3 МК 4 МК 5 АК 1 АК 2 АК 3 АК 4 В дальнейшем при превышении давления выше критического происходят: флюидоразрыв пород, раскрытие системы трещин, выброс сжатых флюидов уплотнение пород до нормального уровня [2].

3 фаза – главная фаза газообразования (развивается в жестких термобарических условиях, характерных для среднего и позднего катагенеза - градации МК 4 -АК 2 - коксовые, отощенно-спекающиеся, тощие угли и полуантрациты) Отличается тем, что ОВ генерирует газоконденсат и газ. В конце этой фазы образуется главным образом метан, но в отличие от ГФН он имеет еще более тяжелый изотопный состав – δ 13 С от -30 до -36. Для нефтеобразования эта фаза является затухающей Торф Протокатагенез - ПК Матовый – Б 2 Блестящий – Б 3 Длинно- пламенный – Б Газовый - Г Коксовый - К Жирный - Ж Отощенно-спека- ющийся - ОС Полуантрацит - ПА Тощий - Т Антрацит - А Мягкий – Б 1 М е з о к а т а г е н е з - МК А п о к а т а г е н е з - АК 0, Глубина, м ГрадацияСтадия литогенеза Шкала углефикации (Донбасс) Количество нефти и УВГ, образуемых ОВ (% содержания ОВ на ПК 2 ) 0,40,50,8 % НЕФТЬ ТУВ Главная зона газообразования ГЗГ СН 4 Главная зона нефтеобразования ГЗН Диагенез ДГ ПК 1 ПК 2 ПК 3 МК 1 МК 2 МК 3 МК 4 МК 5 АК 1 АК 2 АК 3 АК 4

Теория диффузионно-фильтрационного массопереноса углеводородных газов и низкомолекулярных жидких УВ из залежей нефти и газа в перекрывающие их осадочные породы Вертикальная миграция УВ представляет собой сложный, поддающийся весьма приближенному анализу процесс, осуществляющийся путем диффузии и фильтрации. Газовая диффузия – единственный миграционный процесс, который протекает во всем объеме перекрытий и образует поэтому непрерывные пространственные ореолы непосредственно над залежами. Исследования П.Л. Антонова, И.С. Старобинца, В.Н. Литвиновой и др., показали, что в осадочных толщах нефтегазоносных бассейнов имеет место молекулярный перенос массы, который подчиняется законам диффузии.

Фильтрация интенсивно проявляется по системе трещин и каналов в зонах тектонических нарушений. Повышенная тектоническая активность объекта усиливает этот процесс. Реальность таких явлений подтверждается частым наличием газовых аномалий над месторождениями в неглубоко залегающих представительных горизонтах надпродуктивных отложений и подпочвенных образований в зонах распространения тектонических нарушений и на участках повышенной трещиноватости пород. Миграция УВ, особенно газообразных, посредством фильтрации является важнейшим фактором образования аномалий УВ в породах надпродуктивных отложений. Миграция происходит путем прорыва УВ через породы-покрышки и носит струйный характер.

Органическое вещество сапропелевое гумусовое Диагенез Катагенез Метаморфизм 100 Относительный выход газа из ОВ тонкозернистых отложений Кривая образования газа в осадочном бассейне в зависимости от глубины, по Дж. Ханту Процесс образования газа на стадиях литогенеза происходит в осадочном процессе с увеличением его относительного выхода по мере погружения осадков. Вне зависимости от генетической природы органического вещества (гумусовое и сапропелевое) на ранней стадии диагенеза образуются метановые углеводороды нормального строения. В дальнейшем по мере погружения на глубину и увеличения температуры и давления: в позднем диагенезе генерируется углекислый газ; в катагенезе – азот, метан и его гомологи, и в конечном итоге – сероводород.

Список использованной литературы 1.Справочник по геохимии нефти и газа. – СПб.: ОАО «Издательство «Недра», – С Конторович А. Э., Неручев С. Г. Катагенез рассеянного органического вещества. - В кн.: Проблемы нефтеносности Сибири. - Новосибирск: Наука, С