CC BY
22ГЕОЛОГИЯ
А.В. Лобусев, д.г.-м.н.; М.А. Лобусев, к.т.н.; Ю.А. Вертиевец, аспирантка; О.В. Постникова, д.г.-м.н.; Ю.Л. Шишкин, к.х.н., РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина
ФИЗИКО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ И ЛИТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ ОТЛОЖЕНИЙ БАЖЕНОВСКОЙ СВИТЫ (на примере Красноленинского свода)
Россия обладает уникальными нефтематеринскими породами баженовской свиты, запасы легкой нефти в которой во много раз превышают ее традиционные запасы. Отложения баженовской свиты являются аналогом нефтеносных сланцев, но отличительной особенностью баженовской свиты является то, что процесс преобразования органического вещества еще не завершен. Поэтому в коллекторе наряду с легкой нефтью содержатся углеводороды непосредственно в составной породообразующей части породы, называемой керогеном.
Отложения баженовской свиты распространены в центральной части ЗападноСибирской низменности на площади более 1 млн км2. Они залегают в на глубинах 1500-3000 м, толщина баженов-ских отложений в среднем составляет около 30 м, пластовые температуры аномально высоки и по площади изменяются от 800С до 1340С, пластовые давления превышают нормальные гидростатические от 1.1 до 2 крат. Над баженовской свитой залегают ачимовские отложения глин большой толщины. Под баженовской свитой расположены породы георгиевской и абалакской свит, на отдельных участках отложения баженовской свиты залегают непосредственно на проницаемых породах васюганской свиты или отделяются от них трещиновато-глинистыми породами небольшой толщины. Участки разуплотнения и повышенной трещи-новатости служат путями эмиграции нефти из баженовской свиты в нижележащие проницаемые породы, о чем свидетельствуют геохимические и физические свойства нефтей. Одним из направлений наших исследований было исследование возможности оценки качества сланца - битуминоз-
ных аргиллитов из разреза баженовских отложений по ряду скважин месторождений Красноленинского свода различными физическими методами. Для этого были отобраны образцы разной текстуры и с разным содержанием ОВ и изучались их физические и термические свойства. С целью замены трудоемкого определение выхода масла методом отгонки быстрыми физическими методами оценки качества породы и подготовки экспериментальной базы для геохимического каротажа.
Исследовались образцы керна из трех участков разреза баженовской свиты. Один из участков представлен массивным твердым аргиллитом светло-коричневой окраски, другой - массивным пластичным темно-коричневым (черным) аргиллитом, третий имеет вид крупноразмерного порошка светлой окраски. Черный аргиллит - брусок диаметром 65 мм расслаивается на пластины при механическом воздействии. Было принято, что цвет породы обусловлен присутствием в ней смолистых веществ - продуктов природного пиролиза керогена. Чем больше таких продуктов, тем темнее порода. Появление смол (окраски) указывает на
вхождение керогена в нефтяное окно, на его способность продуцировать смолы и, следовательно, нефть. По мере созревания керогена и падения его генерационного потенциала уменьшается продукция смол, последние распадаются, превращаясь в компоненты нефти, нефть созревает, облегчается, становится более светлой и отжимается из породы, и порода просветляется. Природа цветовых различий между аргиллитами выяснялась на основе определения их органо-минерального состава и ряда физических свойств различными методами:
1) методом ТГ-ДСК устанавливалось процентное содержание подвижного растворимого ОВ (нефти, протонефти) и неподвижного нерастворимого органического вещества (НОВ, керогена). По виду термограмм оценивается генерационный потенциал керогена породы;
2) определением ряда физических и механических свойств аргиллитов разной окраски и текстуры, например оптических, удельного сопротивления, плотности;
3) методом вакуумной перегонки определялся выход дистиллята и сланцевого масла - жидких продуктов, выделяю-
24 \\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\
\\ № 12 \\ декабрь \ 2003
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 12 \\ декабрь \ 2009 Таблица 1. Процентные содержания ОВ в светлом аргиллите, температуры и теплоты окисления на породу и ОВ
КЕРН № ОВ, % ДНпор, Дж/г ДН„в, Дж/г Б1, % Б2, % К1, % К2, % Т1-Т2-Т3-Т4, 0С
1 25,1 3445 13727 6,34 11,0 2,8 4,75 284-364-455-503
2 25,95 4663 17970 5,84 8,28 5,22 6,46 243-351-431-486
3 25,3 4997 19750 6,5 5,8 5,63 7,50 247-359-420-484
4 21,55 5753 26696 5,0 7,3 3,5 5,6 256-371-454-502
5 10,74 2300 21400 3,27 3,43 1,5 2,4 276-392-454-500
6 8,88 2567 29170 2,08 2,40 2,04 2,28 268-370-424-480
Таблица 2. Плотность и удельное электрическое сопротивление различных аргиллитов
АРГИЛЛИТ ОВ, % р, кОм.м d, г/см3
Более темный 21,55 54,0 2,034
Более светлый 8,88 36,0 2,154
Светлый хрупкий 9,71 14,92 2,084
Черный пластичный 26,4 35,8 1,977
щихся из породы, в ходе ее нагрева от комнатной температуры до 350-4500С. Результаты исследований приведены в таблицах 1-3.
В таблице 1 приведены процентные содержания ОВ и компонентов, на которые ОВ распадается при нагревании - летучие битумы Б1 и Б2, коксовые остатки битумов К1 и К2, температуры начала образования компонентов Т1, Т2, Т3 и Т4 соответственно. Исследовалось 6 случайно выбранных образцов из партии керна светлой окраски. Образцы 5 и 6 более светлые, чем образцы 1-4. По данным ТГ, более светлые образцы 5 и 6 содержат меньше ОВ, порядка 10%, а более темные - от 20 до 26%. Как следует из таблицы, плотность не зависит существенно от содержания ОВ в породе в диапазоне 9-22%, тогда как сопротивление тем больше, чем больше непреобразованного ОВ в породе. По мере уменьшения ОВ в породе с ростом его углефикации падает удельное сопротивление породы. Из таблицы видно, что при практически одинаковой общей потере массы (5,925,05%) светлый аргиллит дает 0,025, а темный - 0,266% дистиллята, т.е. в 10
раз меньше. Зато светлый аргиллит дает в два раза больше сланцевого масла -3,0% против 1,54% темного аргиллита. Этот результат можно объяснить следующим образом.
Светлый аргиллит содержит, по-видимому, много слабо преобразованного керогена, давшего к данному моменту мало битума (нефти), что и объясняет его светлую окраску. О высоком содержании керогена свидетельствуют данные таблицы 1, согласно которой содержание ОВ в породе превышает 20% (в общем случае). Такой кероген обладает повышенным остаточным генерационным потенциалом, в приведенном примере 3% на породу (3 г масла может быть получено из 100 г породы). Напротив, темный аргиллит, содержащий значительное количество битума, (что и объясняет его темную окраску), израсходовал в значительной мере свой генерационный потенциал и поэтому при крекинге дал меньшее количество масла - всего 1,54%. Следует различать два случая появления светлой окраски аргиллита -первый при высоком содержании ОВ в породе - 20% и выше, и второй при
его низком содержании - 10% и менее. Первый случай обсуждался выше, второй будет рассмотрен ниже. Второй случай отвечает ситуации, когда кероген породы произвел максимально возможное количество битума (нефти), потерял свой генерационный потенциал (обуглеродился), убыл по массе, а нефть эмигрировала из породы, что привело к ее просветлению. Это же привело к тому, что порода потеряла свои упруго-эластичные прочностные свойства, стала рыхлой (керн рассыпается при извлечении). В первом случае порода, напротив, имеет очень прочную (твердую) консистенцию, с трудом истирается и колется, поскольку сцементирована слабопреобразованной органической составляющей. Так что светлая окраска может указывать на прямо противоположные свойства породы, как механические, так и относящиеся к качеству и количеству ОВ. Темная же окраска более однозначно характеризует породу, поскольку связана только с одним фактором - содержанием битума (смолы) в породе.
Таким образом, черный цвет аргиллита указывает на насыщенность породы
Таблица 3. Данные вакуумной разгонки светлого и темного аргиллитов
ТЕМПЕРАТУРА ОТГОНКИ Т, 0С ОТГОН, ВЕС.% ПОТЕРЯ МАССЫ ОБРАЗЦА, ВЕС.% ВОДА+ГАЗЫ, ВЕС.% (по разности)
Светлый аргиллит
250 0,025 1,17 1,145
450 +3,0 +4,75 (5,92) +1,75 (2,895)
Черный аргиллит
250 0,266 1,53 1,264
450 +1,54 +3,51 (5,05) +1,97 (3,23)
www.neftegas.info \\ геология \\ 25
ГЕОЛОГИЯ
Рис. 1а. Фотография шлифа образца баженовской свиты
Рис. 1б. Фотография шлифа образца баженовской свиты
нефтью и высокую преобразованность керогена, из которого эта нефть получена (низкий остаточный потенциал керогена). При отгоне такая порода (сланец) даст большое количество дистиллята (легкой части нефти) и низкое - сланцевого масла (синтетической нефти), см. таблицу 3.
Светлая окраска аргиллита в случае большого содержания органики (2025%) указывает на малое количество нефти (битума) в породе и низкую пре-
образованность керогена (высокий НГП), не успевшего генерировать достаточное количество нефти. Из такой породы будет получено мало дистиллята и много сланцевого масла при перегонке. Кроме приведенных выше результатов исследований было выполнено определение вещественно-петрографического состава ОВ породы методом микроскопии шлифов и анализа снимков в программе цифровой обработки изображений.
Исследования кернового материала проводились по двум направлениям: ли-тологическое описание породы в образцах и шлифах и физико-геохимические исследования.
Коллекция представлена кероген-глинисто-силицитовыми породами с прослоями радиоляритов и аргиллитов.
Основная масса породы сложена пере-кристаллизоваными остатками кремнистых организмов, представленных радиоляриями и спикулами губок. В отдельных случаях радиолярии образуют прослои толщиной 1-3 мм, отделенными друг от друга более тонкими прослоями органического вещества, толщиной до 0,2 мм (согласно рис. 1а). Встречены образцы, которые можно отнести к кремнистым аргиллитам, тем не менее силицитовая составляющая, представленная халцедоном и опалом, составляет существенную часть породы.
Все образцы насыщены органическим веществом, которое можно условно разделить на четыре разности (согласно рисунку 1б):
1) органическое вещество, в скрещенных николях, светло-бежевого цвета, насыщающее практически все микропоры матрицы;
2) органическое вещество темно-бурого цвета, составляющее значительную часть площади шлифов, выполняющее пространство между микрослоями породы;
3) органическое вещество красноватого цвета, встречающееся в виде линзовид-ных образований;
4) буро-рыжее органическое вещество, отмеченное в виде отдельных пятен и ореолов, окружающих линзовидные включения.
Характеризуя в целом насыщенность породы органическим веществом, можно отметить ее сверхвысокую насыщенность, а линзовидно-слоистое распределение органики говорит о ее сингенетичном по отношению к породе происхождении, что свидетельствует о высоких нефтегазоматеринских свойствах баженитов. Отмеченные визуальные отличия органического вещества, на наш взгляд, свидетельствуют о различной степени его пре-образованности.
26 \\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\
\\ № 12 \\ декабрь \ 200Э
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 12 \\ декабрь \ 2009
Во всех образцах отмечается незначительная алевритовая примесь, а также отдельные вкрапления ромбоэдров доломита. Местами в глинистой массе отмечаются примеси карбонатного материала. Таким образом, исследуемая порода относится к разряду нефтега-зоматеринских, имеет морской генезис, образование ее происходило в восстановительной среде. Вместе с этим отмеченная слоистость, мелкая и средняя пористость могут свидетельствовать о возможности фильтрации флюида через эти породы при определенных термобарических условиях и воздействиях. Корреляция между содержанием битума в породе (высоким) и НГП керогена (низким) листоватого аргиллита указывает на генетическую связь между битумом и керогеном, т.е. на автохтонный (эндогенный) характер битума. Этот битум не пришел в породу и не ушел из нее. Следовательно, порода не обладает фильтрационными свойствами, черный листоватый аргиллит не является коллектором.
Черный листоватый аргиллит завершил цикл нефтегенерации - достиг максимальной нефтенасыщенности и минимума НГП керогена. Напротив, массивный темно-серый аргиллит находится в начале или середине пути, поскольку содержит много неотработанного керогена и не столь большое
количество битума. Из такой породы будет получено мало дистиллята и много сланцевого масла при перегонке. Из-за высокой плотности и твердости порода вряд ли обладает коллекторскими свойствами.
Светлая окраска порошкового керна указывает на низкое содержание в нем смол, легкий характер зрелой нефти. Низкое содержание керогена в сочетании с низким удельным сопротивлением породы указывает на отработанность керогена. Кероген в породе завершил цикл нефтегенерации, но с другим итогом, чем в случае с листоватым аргиллитом. Очевидно, в результате оттока флюида из породы процесс прошел с большим КПД - больше керогена превратилось в нефть, и нефть получилась более зрелой (легкой, менее смолистой). Малое количество остаточного керогена и смол не могут более цементировать породу, и она потеряла свои прочностные свойства, стала хрупкой (рассыпчатой). Весьма вероятно, что такая порода обладает коллекторскими свойствами.
Чрезвычайно низки коллекторские свойства продуктивных пластов. По имеющимся сведениям, их пористость составляет несколько процентов, а проницаемость доли мД. Следовательно, в ней невозможна фильтрация жидкости. Учитывая постулат, что баженовские от-
ложения являются нефтематеринскими, генезис системы флюид-порода происходил синхронно. Таким образом, содержащиеся в листовато-слоистых глинисто-карбонатных породах флюиды несут на себе значительную литоста-тическую нагрузку, обуславливающую образование сверхгидростатического пластового давления. Наличие сверхгидростатического пластового давления, на 35-40% превышающего нормальное гидростатическое. На наш взгляд, оно образовалось благодаря специфике литологического состава отложений баженовской свиты. Судя по имеющейся информации, они представляют собой толщу (20-30 м) непроницаемых, тонкодисперсных глинистых пород с прослоями карбонатизированных аргиллитов, с повышенным содержанием алевритового материала, толщиной 0,2-2,5 м. Эти прослои обладают трещиновато-кавернозно-поровым пустотным пространством и невысокой проницаемостью, т.е. являются коллекторами. Исключительно большую роль, по всей видимости, играет листоватость и слоистость пород. В комплексе эти типы пород, где преобладают непроницаемые глины, образуют подобие элизионной системы, газогидродинамически изолированной от окружающей среды.
Литература:
1. Органическое вещество, процессы его превращения и генерации углеводородов в условиях свободного и затрудненного оттока флюидов. Сб.трудов ВНИГРИ, СПб., 1993.
2. Горючие сланцы. Л.: Недра, 1980.
3. Волков М.А., Рыбак В.К. Особенности строения залежей нефти в связи с литологической изменчивостью коллекторов в отложениях Тюменской свиты Красноленинского месторождения. ЗАО ТННЦ. Сб. «Пути реализации нефтегазового потенциала Ханты-Мансийского автономного округа». ВыпХ Х-Мансийск, Путивед, 2002г.
4. Дорофеева Т.В., Краснов СТ., Лебедев А.А. и др. Коллекторы нефти баженовской свиты Западной Сибири. Л.: Недра, 1983.
www.neftegas.info
\\ геология \\ 27
