CC BY
40
УДК 553.982
АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ И ИЗМЕНЕНИЙ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
И.Г.Ященко, Ю.М.Полищук (ФГУП "Институт химии нефти" Сибирского отделения Российской академии наук)
Проведен анализ пространственного распределения тяжелых нефтей в зависимости от изменения их физико-химических свойств и объема запасов. Анализ показал, что тяжелые нефти распространены на территории всех континентов, более половины бассейнов находится на территории Евразии, 2/3 мировых запасов сосредоточено в трех странах — Канаде, Венесуэле и России. Показано, что плотность тяжелых нефтей уменьшается с ростом глубины залегания. Исследования химического состава показали, что с глубиной содержание серы, смол и асфальтенов уменьшается, а парафинов и дизельных фракций увеличивается.
Ключевые слова: пространственное распределение; тяжелые нефти; запасы нефтей; физико-химические свойства нефтей; глубина залегания; Канада; Венесуэла; Россия.
В связи с исчерпанием запасов легких нефтей, в последние годы в мировой добыче увеличивается доля трудноизвлекаемых нефтей с аномальными физическими свойствами, в частности с высокой плотностью [2]. Такие нефти составляют десятую часть мировой добычи, которая ежегодно растет. При сохранении темпов приращения добычи на существующем уровне к 2030 г. прогнозируется увеличение добычи трудноизвлекаемой нефти в мире в 4 раза.
Значительными запасами тяжелых нефтей обладает Россия — около 7 млрд т [5]. В традиционных районах добычи (Западная Сибирь, Северный Кавказ, Урало-По-волжье, Тимано-Печора) по мере увеличения доли добычи трудноиз-влекаемых нефтей с высокой плотностью [2] приходится сталкиваться с увеличением глубины залегания продуктивных пластов, ухудшением коллекторов и усложнением геологического строения месторождений. Интерес к ее добыче увеличивается в связи с продолжающимся истощением многих нефтяных месторождений [2, 5]. В связи с этим изучение свойств и закономерностей
пространственного распределения тяжелых нефтей представляет значительный интерес. В частности, за счет разработки запасов тяжелых нефтей, по данным экспертов, Россия могла бы ежегодно получать дополнительно до 25-30 млн т нефти.
Анализ особенностей тяжелых нефтей был проведен на основе 2000 образцов тяжелых нефтей [4], накопленных в базе данных (БД) по их физико-химическим свойствам [1, 3], созданной в Институте химии нефти СО РАН. В настоящее время эта БД значительно пополнена новой информацией и содержит описания более 20 тыс. образцов нефти, из которых уже около 5000 относится к образцам тяжелой нефти. Следовательно, объемы информации о тяжелых нефтях в БД выросли в настоящее время более чем в 2 раза. Существенно расширилась и география включенных в БД неф-тей. Поэтому появилась необходимость проведения анализа географических закономерностей размещения тяжелых нефтей на основе существенно обновленной информации в БД.
Пространственное распределение тяжелых нефтей основных нефтегазоносных бассейнов мира
Для проведения анализа пространственного распределения тяжелых нефтей в настоящей статье использована классификация нефти по плотности (табл. 1), предложенная в работе [4, 5]. Эта классификация будет использована далее в анализе закономерностей изменения свойств тяжелых нефтей.
Из распределения объема тяжелой нефти и ее ресурсов по подклассам класса "тяжелая нефть" видно, что подкласс "тяжелой нефти с повышенной плотностью" включает в себя более половины образцов из выборки тяжелой нефти. В подклассе "битуминозная нефть" образцов меньше всего, но запасы битуминозной нефти наибольшие и превышают 45 % общемировых ресурсов тяжелых нефтей (рис. 1).
Исследования свойств тяжелых нефтей проводились для нефтеносных территорий мира. Из результатов геозонирования нефтегазоносной территории видно, что тяжелые
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Таблица 1
Классификация нефтей по плотности
Показатель Класс нефти Пределы изменения классификационных интервалов, г/см3
Плотность, г/см3 Очень легкая < 0,80
Легкая 0,80-0,84
Со средней плотностью 0,84-0,88
Тяжелая С повышенной плотностью Сверхтяжелая Битуминозная 0,88-0,92 0,92-0,96 > 0,96
нефти распространены на территории всех континентов и находятся в 110 нефтегазоносных бассейнах (НГБ), что составляет более 60 % общего числа бассейнов мира, представленных в БД (рис. 2). Больше всего бассейнов с тяжелыми нефтя-ми находится на территории Евразии — 64 (табл. 2).
В некоторых НГБ среднебас-сейновая плотность нефти превышает уровень 0,88 г/(см3с) (табл. 3). Наиболее тяжелыми в среднем являются нефти Северо-Восточного Китая (Бохайский бассейн), Северной и Южной Америки (бассейны Баринас-Апуре, Биг-Хорн, Верхняя и Средняя Магдалена, Сан-Хорхе, Санта-Мария, Северо-Кубинский, Хаф-Мун-Салинас-Кайама), Южной
Европы (Адриатический НГБ) и Африки (нефти Суэцкого залива).
Анализ распределения месторождений тяжелых нефтей по объемам запасов УВ позволил установить, что число уникальных (> 300 млн т нефти) и крупных (30-300 млн т нефти) по запасам месторождений составляет примерно половину общего числа месторождений с тяжелыми нефтями, однако наибольшая часть их запасов сосредоточена в уникальных месторождениях (рис. 3).
Диаграмма распределения тяжелых нефтей по странам мира показывает, что наибольшая часть мировых запасов тяжелых нефтей размещена в Канаде (> 40 %), Венесуэле (около 12 %) и России (около 11 %) (рис. 4). Так, суммар-
ный объем запасов тяжелых нефтей Канады, Венесуэлы и России составляет более 66 % мировых.
Изменение свойств тяжелых нефтей в зависимости от глубины залегания и возраста нефтевмещаюших пород
Из распределения тяжелых нефтей мира по возрасту отложений и глубине их залегания (табл. 4) следует, что наибольшее число залежей с тяжелой нефтью находится в отложениях каменноугольного возраста (27,8 %), в меловых и неогеновых отложениях содержится примерно одинаковое число залежей (18,9 и 17,1 % соответственно). Меньше всего тяжелых нефтей обнаруживается в силуре, ордовике, кембрии и венде. Соответственно этому наибольшее число месторождений приходится на каменноугольные пласты, в силурийских — меньше всего. Распределение запасов тяжелых нефтей имеет иную картину. Так, максимальные запасы сосредоточены в меловых пластах (> 60 %), кайнозойские отложения по запасам занимают второю позицию (около 16 %).
Плотность нефтей в среднем увеличивается с омоложением возраста пород, а небольшие значения вязкости отмечены во всех стратиграфических подразделениях, кроме триаса (рис. 5). Тенденция увеличения показателей химического состава при омоложении возраста наблюдается для парафинов, дизельной фракции, ванадия и никеля, а содержание смол снижается. Зависимость изменения содержания серы и асфальтенов в тяжелых нефтях от возраста пород практически не проявляется (рис. 6).
Наибольшее число залежей с тяжелыми нефтями (46 %) приходится на пласты, залегающие на глубине 1-2 км. На малых глубинах (до 1 км) отмечено также достаточно большое число залежей тяжелых нефтей (32,6 % всех залежей)
Рис. 1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ МИРА С РАЗНОЙ ПЛОТНОСТЬЮ (А) И ИХ ЗАПАСОВ (Б), %
Ш^ Ш 2 ЕПз
Нефть: 1 -с повышенной плотностью, 2 - сверхтяжелая, 3 - битуминозная
GEOCHEMICAL INVESTIGATIONS
Рис. 2. ОСНОВНЫЕ НГБ С ТЯЖЕЛОЙ НЕФТЬЮ
1 - территория континентов; 2 - НГБ; 3 - НГБ с тяжелыми нефтями; Северная и Южная Америка: 1 - арктический склон Аляски, 2 -залив Кука, 3 -Бофорта, 4 -Западно-Канадский, 5 - Уиллистонский, 6 - Крейзи-Булл-Маунтинс, 7 -Биг-Хорн, 8 -Уинд-Ривер, 9-Хаф-Мун-Салинас-Кайама, 10-Грейт-Валли, 11 -Лос-Анджелес, 12-Грин-Ривер, 13-Уинта-Пайсенс, 14-Парадокс, 15 - Паудер-Ривер, 16 - Ханна-Ларами, 17 - Западный Внутренний, 18-Пермский, 19 - Мексиканского залива, 20 - Новошотладский, 21 - Северо-Кубинский, 22 - Центрально-Кубинский, 23 - Маракаибский, 24 - Верхняя и Средняя Магдалена, 25 - Верхне-Амазонский, 26 - Баринас-Апуре, 27 -Оринокский, 28 - Центрально-Предандийский, 29 -Сержи-пи-Алагоас, 30 - Сантос, 31 - Сан-Хорхе, 32 - Магелланов; Африка: 33 - Андалузско-Предрифский, 34 - Западно-Тель-ский, 35-Тунисско-Сицилийский, 36- Сахаро-Ливийский, 37- Суэцкого залива, 38-Шари, 39- Гвинейского залива, 40-Восточно-Средиземноморский; Евразия: 41 - Норвежскоморский, 42 -Центрально-Европейский, 43 -Рейнский, 44 -Англо-Парижский, 45 - Ронский, 46 - Аквитанский, 47 - Сицилийский, 48 - Адриатический, 49 - Паннонский, 50 - Балтийский, 51 - Карпатский, 52 - Предкарпатско-Балканский, 53 - Северо-Эгейский, 54 - Днепровско-Припятский, 55 - Тимано-Пе-чорский, 56 - Волго-Уральский, 57 -Прикаспийский, 58 -Северо-Кавказский, 59 -Южно-Каспийский, 60 - Персидского залива, 61 - Омано-Макранский, 62 - Западно-Сибирский, 63 - Туранский, 64 - Амударьинский, 65 - Афгано-Таджикский, 66 -Каракумский, 67 - Пенджабский, 68 - Камбейский, 69 - Таримский, 70 - Джунгарский, 71 - Лено-Тунгусский, 72 - Енисей-ско-Анабарский, 73-Лено-Вилюйский, 74-Восточно-Гобийский, 75-Тамцакско-Хайларский, 76-Сунляо, 77-Ляохэ, 78-Бохайский, 79-Северо-Тайваньский, 80-Охотский, 81 -Исикари-Западно-Сахалинский, 82-Акита, 83-Ниигата, 84-Ассамский, 85-Фанг, 86-Сиамский, 87-Вунг-Тау, 88-Саравакский, 89-Центрально-Суматринский, 90-Южно-Суматрин-ский, 91 - Северо-Яванский, 92 - Бондокский, 93 - Котабато, 94 - Восточно-Калимантанский, 95 - Вогелкоп, 96 - Серам-ский; Австралия: 97 - Гипсленд
Таблица 2
Характеристика информации о тяжелых нефтях в БД
Местоположение Объем выборки из БД Число НГБ с тяжелой нефтью Число месторождений с тяжелой нефтью Число образцов тяжелой нефти в БД Доля запасов тяжелой нефти от общемировых, %
Австралия, Новая 148 1 2 2 Нет данных
Зеландия и Океания
Африка 477 7 59 112 0,95
Евразия 18423 64 1220 3945 37,09
Северная Америка 1299 26 195 320 48,59
Южная Америка 330 12 100 159 13,37
Таблица 3
Характеристика НГБ с тяжелыми нефтями
НГБ Объем выборки из БД Число образцов тяжелых нефтей в бассейне Число месторождений с тяжелыми нефтями Среднебассейновая плотность нефтей, г/см3
Адриатический 44 9 4 0,9391
Аквитанский 19 4 4 0,8840
Акита 13 4 4 0,8889
Арктический склон Аляски 21 4 2 0,8907
Баринас-Апуре 14 11 8 0,9106
Биг-Хорн 32 18 8 0,9005
Бофорта 39 7 6 0,8813
Бохайский 55 7 3 0,9488
Верхняя и Средняя Магдалена 14 10 7 0,9095
Волго-Уральский 4011 1653 456 0,8802
Восточно-Гобийский 31 12 2 0,8920
Крейзи-Булл-Маунтинс 9 5 4 0,8994
Лос-Анджелес 31 15 9 0,8950
Маракаибский 94 24 18 0,9056
Оринокский 92 28 27 0,8883
Предальпийский 14 4 2 0,8807
Сан-Хорхе 5 3 3 0,9021
Санта-Мария 10 8 5 0,9507
Северо-Кубинский 44 17 9 0,9258
Сунляо 15 10 6 0,8984
Суэцкого залива 98 53 16 0,9060
Хаф-Мун-Салинас-Кайама 6 3 3 0,9078
(табл. 5). На глубине более 4 км число залежей очень незначительно (около 1 %). Соответственно и наибольшее число месторождений приходится на глубину до 2 км (> 67 %). Распределение запасов тяжелых нефтей имеет аналогичную картину — больше всего запасов (> 74 %) сосредоточено на малых глубинах (до 2 км), 1/5 часть запасов — на глубине 2-3 км. Следовательно, практически все основные запасы тяжелых нефтей (95 %) залегают на глубине до 3 км.
Исследования плотности и вязкости тяжелой нефти и содержания в ней серы, парафинов, смол, ас-фальтенов, дизельной фракции, ванадия и никеля в зависимости от
Рис. 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ ПО ИХ ТИПАМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЗАПАСОВ (А) И ОБЩИХ ОБЪЕМОВ ЗАПАСОВ (Б), %
А Б
□ 1 О 2 СИз О 4 О
Месторождения: 1 - уникальные, 2 - крупные, 3 - средние, 4 - мелкие, 5 - очень мелкие
Таблица 4
Частота встречаемости залежей с тяжелыми нефтями различного возраста
Возраст Число образцов в БД Число месторождений Запасы,% мировых
Неогеновая, N 508 234 8,93
Палеогеновая, Р 266 143 6,92
Меловая, К 560 259 60,53
Юрская, J 273 145 6,85
Триасовая, Т 76 34 0,55
Пермская, Р 181 96 3,78
Силурская, Б 5 5 0,20
Ордовикская, О 2 2 0,09
Каменноугольная, С 826 304 6,38
Девонская, й 227 119 5,17
Кембрийская, £ 24 12 0,33
Вендская, V 21 10 0,27
Всего 2969 1363 100,00
глубины залегания показывают, что плотность нефтей убывает с глубиной, а их вязкость имеет наибольшее значение только на глубине до 1 км и значительно снижается (в среднем на порядок) на глубине залегания более 1 км (рис. 7, 8). Основные показатели химического состава тяжелых нефтей с ростом глубины залегания проявляют разнонаправленные тенденции (см. рис. 8). Так, содержание серы, смол, асфа-льтенов, ванадия и никеля уменьшается при увеличении глубины залегания, а содержание парафинов и дизельной фракции — в основном увеличивается.
Заключение
Возрастающая необходимость добычи и переработки в недалеком будущем тяжелых нефтей определяет актуальность изучения закономерностей пространственного распределения таких нефтей.
На основе изученения пространственных закономерностей распределения тяжелых нефтей в бассейнах мира следует, что наиболее тяжелыми в среднем являются нефти Северо-Восточного Китая
(Бохайский бассейн), Северной и Южной Америки (бассейны Бари-нас-Апуре, Биг-Хорн, Верхняя и Средняя Магдалена, Сан-Хорхе, Санта-Мария, Северо-Кубинский, Хаф-Мун-Салинас-Кайама), Южной Европы (Адриатический) и Африки (нефти Суэцкого залива).
Анализ распределения месторождений тяжелых нефтей по объемам запасов УВ позволил устано-
вить, что число уникальных и крупных по запасам месторождений составляет примерно половину общего месторождений с тяжелыми неф-тями, однако наибольшая часть запасов этих нефтей сосредоточена в уникальных месторождениях.
Анализ распределения тяжелых нефтей по странам мира показывает, что наибольшая часть мировых запасов тяжелых нефтей размещена
Рис. 4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАПАСОВ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ ПО СТРАНАМ МИРА, %
1 - Россия; 2 - Кувейт; 3 - Саудовская Аравия; 4 - Ирак; 5 - США; 6 - Казахстан; 7-Иран; 8-Бразилия; 9-Китай; 10-Индонезия; 11 -Мексика; 12-Канада; 13-Венесуэла; 14 - другие
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис. 5. ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТИ (А) И ВЯЗКОСТИ (Б) ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВОЗРАСТА
Рис. 6. ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВОЗРАСТА
3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5
♦ ♦ ♦
♦ ♦ ♦
♦ ♦
♦
♦ ♦ ♦
24
22
20
ф
I 18
л
*
о. 16
о
и 14
12
10
V е о в С / р к т ■I к р N
♦
♦ ♦ ♦
♦
♦
♦ ♦ ♦ ♦
V е о Б С Е р т J к р N
♦
♦
♦
♦
♦ ♦ ♦
VeOSDCPTJ К -р n
д
♦
♦ ♦
♦ ж
♦
veosDCPTJ к -р N
о.
ф
О
и
♦
♦
♦ ♦
▲
▼ ♦ ♦
♦ ♦
veosDCPTJ к -р N
♦
♦
♦ ♦ ♦ ♦ ♦
veosDCPTJ к -р N
Содержание в тяжелых нефтях: А - серы, Б - парафинов, В - смол, Г - асфальтенов, Д - ванадия, Е - никеля
Рис. 7. ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТИ (А) И ВЯЗКОСТИ (Б) ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ
Рис. 8. ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ
Содержание в тяжелых нефтях: А - серы, Б - парафинов, В - смол, Г - асфальтенов, Д - ванадия, Е - никеля -OIL AND GAS GEOLOGY, 42013-
Таблица 5
Частота встречаемости залежей с тяжелыми нефтями
по глубине
Глубина залегания, м Число образцов Число месторождений Запасы,% мировых
0-1000 1048 420 62,06
1000-2000 1479 419 12,21
2000-3000 503 270 20,50
3000-4000 152 109 4,41
4000-5000 28 25 0,66
5000-6000 5 5 0,16
Всего 3215 1248 100,00
в Канаде, Венесуэле и России. Так, суммарный объем запасов тяжелых нефтей в этих странах составляет более 66 % мировых запасов.
Исследование распределения тяжелых нефтей мира по возрасту отложений показало, что наибольшая часть залежей с тяжелыми нефтями находится в отложениях каменноугольного возраста, меловых и неогеновых. Меньше всего тяжелых нефтей обнаруживается в силуре.
На основе изучения распределения тяжелых нефтей по глубине их залегания можно заключить, что примерно половина залежей относится к пластам, находящимся на глубине в интервале от 1 до 2 км, около 1/3 — на глубинах до 1 км. Следовательно, наибольшая часть залежей тяжелых нефтей сосредоточена на глубине до 2 км.
Анализ изменения свойств тяжелых нефтей в зависимости от глу-
бины их залегания показал, что плотность нефтей убывает с глубиной, а их вязкость имеет наибольшее значение только на глубине до 1 км и значительно снижается (в среднем на порядок) на глубине залегания более 1 км. Основные показатели химического состава тяжелых нефтей с ростом глубины залегания проявляют разнонаправленные тенденции. Так, содержание серы, смол, асфальтенов, ванадия и никеля уменьшается с глубиной залегания, а содержание парафинов и дизельной фракции в основном увеличивается.
Литература
1. Ан В.В. База данных по химии нефти и перспективы ее применения в геохимических исследованиях / В.В.Ан, Е.С.Козин, Ю.М.Полищук, И.Г.Ященко // Геология нефти и газа. - 2000. - № 2.
ANALYSIS OF THE SPATIAL DISTRIBUTION OF HEAVY OILS AND CHANGES OF PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES
Yashchenko I.G, Polishchuk YuM. (FGUP "Institute of Petroleum Chemistry", Siberian Branch of RAS)
The analysis of the spatial distribution of heavy oils is carried out depending on changes in their physico-chemical properties and volume of reserves. The analysis showed that heavy oil is spreade across all continents, more than half of heavy oils is in the territory of Eurasia, two thirds of world reserves are concentrated in three countries - Canada, Venezuela and Russia. It is shown that the density of heavy oil decreases with increasing occurrence depth. Studies of the chemical composition showed that the content of sulfur, resins and asphaltenes is reduced with growth of occurrence depth, and content of paraffin and diesel fractions increases.
Key words: spatial distribution; heavy oils; oil resources; physicochemical properties of oils; occurrence depth; Canada; Venezuela; Russia.
2. Макаревич В.Н. Ресурсный потенциал тяжелых нефтей Российской Федерации: перспективы освоения / В.Н.Макаревич, Н.И.Искрицкая, С.А.Богословский // Нефтегазовая геология. Теория и практика. — 2010. — Т. 5. — № 2. — [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.ngtp.ru/rub/6/29_2010.pdf.
3. Полищук Ю.М. Физико-химические свойства нефтей: статистический анализ пространственных и временных изменений / Ю.М.Полищук, И.Г.Ященко. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал "Гео", 2004.
4. Полищук Ю.М. Тяжелые нефти: закономерности пространственного размещения / Ю.М.Полищук, И.Г.Ященко // Нефтяное хозяйство. — 2007. - № 2.
5. Суханов A.A. Ресурсная база попутных компонентов тяжелых нефтей России / А.А.Суханов, Ю.Э.Петрова // Нефтегазовая геология. Теория и практика. - 2008. - Т. 3. - № 2. - [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ngtp.ru/rub/9/23_2008.pdf.
© И.Г.Яшенко, Ю.М.Полишук, 2013
Ирина Германовна Ященко, заведующая лабораторией, кандидат геолого-минералогических наук, sric@ipc.tsc.ru;
Юрий Михайлович Полищук, главный научный сотрудник,
доктор физико-математических наук, sric@ipc.tsc.ru.
