Прогноз зон генерации жидких и газообразных углеводородов в центральной части Вилюйской синеклизы (на примере сверхглубокой скважины средневилюйская-27)

Фомин Александр Николаевич; Долженко Кирилл Васильевич; Меленевский Василий Николаевич

УДК 553.98

ПРОГНОЗ ЗОН ГЕНЕРАЦИИ ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ВИЛЮЙСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ

(НА ПРИМЕРЕ СВЕРХГЛУБОКОЙ СКВАЖИНЫ СРЕДНЕВИЛЮЙСКАЯ-27)

Александр Николаевич Фомин

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор геолого-минералогических наук, зав. лабораторией геохимии нефти и газа, тел. (383)330-93-26, e-mail: [email protected]

Кирилл Васильевич Долженко

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, младший научный сотрудник, тел. (913)012-70-96, e-mail: [email protected]

Василий Николаевич Меленевский

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)335-64-25, e-mail: [email protected]

Исследовано рассеянное органическое вещество верхнепалеозойских отложений в сверхглубокой скважине Средневилюйская-27: содержание органического углерода в породах; отражательная способность витринита; пиролитические характеристики органического вещества (HI, Tmax). По этим материалам уточнены градации катагенеза и глубинные границы зон генерации углеводородов.

Ключевые слова: содержание органического углерода, катагенез, пиролитические характеристики, Вилюйская синеклиза, перспективы нефтегазоносности.

PREDICTION OF LIQUID AND GASEOUS HYDROCARBONS GENERATION AREAS IN THE CENTRAL PART OF VILUY SYNECLISE

(THROUGH THE EXAMPLE OF SREDNEVILYUISKAYA-27 SUPERDEEP WELL)

Alexander N. Fomin

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Doctor of Science, Head of the Laboratory of oil and gas geochemistry, tel. (383)330-93-26, e-mail: [email protected]

Kirill V. Dolzhenko

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Junior Research Scientist, tel. (913)012-70-96, e-mail: [email protected]

Vasiliy N. Melenevsky

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Ph. D., Senior Research Scientist, tel. (383)335-64-25, e-mail: [email protected]

Dispersed organic matter of Upper Paleozoic sediments from Srednevilyuiskaya-27 superdeep well is investigated: organic carbon content in the rocks; vitrinite reflectance; pyrolytic characteris-

tics of organic matter (HI, Tmax). Katagenesis gradation and deep zones of hydrocarbon generation borders were elaborated with this data.

Key words: organic carbon content, katagenesis, pyrolytic characteristics, Viluy syneclise, petroleum potential.

В связи со сравнительно хорошей изученностью верхней части осадочного чехла Вилюйской синеклизы весьма актуальны поиски залежей углеводородов (УВ) в его глубоких горизонтах. Для изучения геологического строения и оценки перспектив нефтегазоносности глубокопогруженных толщ этого района в 1984-1986 гг. была пробурена самая глубокая на тот момент в Сибири скв. Средневилюйская-27, вскрывшая мощный разрез перми и остановленная в каменноугольных отложениях на глубине 6519 м [3]. В конце 1980-х годов были опубликованы первые результаты исследования рассеянного органического вещества (ОВ) верхнепалеозойских отложений Вилюйской синеклизы на больших глубинах [1, 2, 4, 6]: содержание органического углерода в породах; отражательная способность витринита и границы катагенетических зон; коэффициент битуминозности; характер генерации и деструкции углеводородов с ростом катагенеза; генетическая природа ОВ.

В настоящей работе на более обширном материале (70 образцов керна из скв. Средневюлюйская-27) показано распределение органического углерода (Сорг) в различных литологических типах пород и изменение пиролитических характеристик ОВ (S1, S2, HI, Tmax) вниз по разрезу для каждой из свит в интервале глубин 3370-6458 м, уточнены границы градаций катагенеза по отражательной способности витринита (R0vt).

Для рассмотрения геохимических критериев органического вещества исследуемого разреза необходимо прежде всего знать содержание органического углерода в породах. Распределение этого параметра в верхнепалеозойских толщах достаточно неравномерно по разрезу, но в целом выдержано по литологи-ческим типам пород. В отложениях верхнего карбона - нижней перми установлены следующие средние содержания Сорг: аргиллиты (2,0 %), алевроаргиллиты (1,37 %) и песчаники (0,15 %). Близкие значения получены и для верхней перми: аргиллиты (2,27 %), алевролиты (2,0 %), алевроаргиллиты (1,9 %) и песчаники (0,2 %).

Рассмотрим теперь содержания органического углерода для каждой толщи (свиты) в скв. Средневилюйская-27. В кюндейской толще отмечаются довольно высокие значения Сорг (среднее - 2,68 %, минимальное - 0,84 %, максимальное -3,9 %), поскольку почти все образцы приурочены к ее глинистой части. Харый-асская толща - среднее значение Сорг равно 1,6 % (вариации 0,45-3,44 %). Наибольшие содержания отмечаются в ее середине, где, судя по литологической колонке, преобладают глинистые разности, а низкие значения Сорг приурочены к песчаникам. В хомустахской толще среднее содержание Сорг равно 1,56 % (вариации 1,15-1,88 %). Следует отметить, что из толщи мощностью порядка 400 м исследованы всего 4 образца, поэтому достоверно судить о содержании

Сорг в породах свиты сложно, поскольку в наиболее глинистой ее части пробы не удалось отобрать. Судя по материалам ГИС, мощности глинистых пластов довольно значительные (в них обычно значения Сорг высокие). В кубалангдин-ской толще среднее содержание Сорг составляет 3,05 %, но оно может быть только вероятностной, поскольку подсчитано по 3-м образцам из верхних горизонтов (значения 6,51, 1,44 и 1,22 %). В харбалахской толще концентрации Сорг варьируют в пределах 0,16-2,22 % (среднее 1,65 %). Минимальное содержание установлено в песчанике. Отмечается выдержанность параметра (в средней части толщи Сорг порядка 2,0 %, в нижней - 1,5 %), связанная с изменением ли-тологического состава. Чочосская свита - среднее значение Сорг 1,6 % (0,6-3,0 %). Наблюдается снижение содержания ОВ от ее верхней части (1,5-3,0 %) к подошве (~1,0 %), обусловленное, судя по литологической колонке, последовательной сменой состава пород. В юнкюрской толще из-за преобладания песчаников концентрации Сорг довольно низкие (среднее 0,5 %, вариации 0,1-1,4 %). Юрэнская толща - среднее значение Сорг 1,4 % (0,1-2,5 %), но эти данные получены всего по 4 образцам.

При оценке перспектив нефтегазоносности седиментационных бассейнов и выяснении условий образования и сохранения залежей углеводородов важное значение имеет оценка уровня катагенеза ОВ во вмещающих толщах. Для этого по отражательной способности витринита уточнены на более обширном материале выделенные ранее [1, 2, 4, 6] границы возможной нефтегазоносности верхнепалеозойских отложений Вилюйской синеклизы (на примере сверхглубокой скв. Средневилюйская-27) - рисунок. В кюндейской толще отражательная способность витринита составляет 1,03-1,05 % (середина градации МК2). Это переходная стадия генерации, на которой прекращается формирование жидких углеводородов и начинается генерация жирного газа. В харыйас-ской толще R0vt изменяется от 1,05 до 1,32 % (середина градации МК2 - середина МК31). Оценка степени преобразованности ОВ хомустахской толщи носит вероятностный характер, так как имеется только два замера отражательной способности витринита в кровле толщи (1,42 и 1,37 %, градация МКз1). Но учитывая тот факт, что в кровле нижележащей толщи R0vt равна 1,51 %, уровень зрелости органического вещества хомустахской толщи также не превышает МК31. Оценка преобразованности кубалангдинской толщи проводится аналогично вышележащей, так как здесь имеются только два одинаковых по значению замера R0vt в кровле толщи (1,51 %, конец градации МКз1). Учитывая, что в кровле нижележащей толщи R0vt равен 2,21 %, то ОВ кубалангдинской толщи соот-

Л

ветствует градациям МК3 - АК1. В харбалахской толще отражательная способность витринита изменяется от 2,21 до 3,36 % (середина АК1 - конец АК2). Начиная с чочосской свиты и до нижних горизонтов юрэнской отражательная способность витринита составляет 3,78-4,8 %, что соответствует градации АК3. Эти толщи объединены в одну группу, так как в отложениях с R0vt >3,5 % отсутствуют скопления углеводородов.

3000

4000

5000

6000

7000

Р2, н- • ...........• ............................................. МК2

Р„ кп

Р2, Ьг

и МКз1

Р2, Ьт

Р„кЬ мк,2

Р„ ЬгЬ • АК,

• | • • ак2

Р„ се

• • • • • • АК3 1

Р„]п

СгР^г

и »

В

Глубина, м

. Средневилюйская-27 9 (данные ИНГГ СО РАН)

I Главная зона нефтеобразования

Зона генерации жирного конденсатного газа

Зона генерации сухого газа

Рис. Изменение отражательной способности витринита с глубиной в верхнепалеозойских отложениях скв. Средневилюйская-27

В работе использованы также пиролитические данные: водородный индекс (ИТ) для оценки нефтегенерационного потенциала органического вещества и температура максимальной скорости выделения углеводородов (Ттах) для диагностики уровня его зрелости. В кюндейской, харыйасской, хомустахской, ку-балангдинской, харбалахской толщах остаточный генерационный потенциал (Н1) изменяется в пределах 50-200 мгУВ/гСорг и характеризует исходное ОВ как террагенное. Из сравнения показателя Н1 со стадиями катагенеза по R0vt видно, что относительно высокий остаточный генерационный потенциал приурочен к толщам с уровнем зрелости ОВ градаций МК2-МК3\ Для нижележащих толщ (чочосская, юнкюрская, юрэнская) Н1 приближается к нулю. С ростом катагенеза постепенно увеличиваются значения Ттах. Сравнение этого параметра с R0vt показало высокую степень корреляции между ними, т. е. по Ттах также можно достаточно надежно проводить диагностику уровня зрелости ОВ.

По пиролитическим характеристикам дана полуколичественная оценка генерационного потенциала посредством «генетического потенциала» кг/т), предложенного Тиссо Б. и Вельте Д. [5]. К толщам, ОВ которых еще способно к генерации УВ, отнесены кюндейская, харыйасская, хомустахская, кубалан-гдинская, харбалахская (табл.), слагающие разрез верхнепалеозойских отложений в скв. Средневилюйская-27 до глубины 5148 м.

Судя по показанным выше данным Н1), органическое вещество кюндейской, харыйасской, хомустахской, кубалангдинской и харбалахской толщ на глубинах 3370-4853 м способно к генерации углеводородов. Остаточный генерационный потенциал здесь изменяется в пределах 50-200 мгУВ/гСорг и характеризует исходное ОВ как террагенное. Нижнюю границу главной зоны нефте-

образования можно предположить на глубине порядка 3,6 км ^%-1,1 %, среднее Н1 на зону 150 мгУВ/гСорг) в кровле харыйасской толщи, а глубинной зоны газогенерации - 4,9 км ^%-2,5 %, Н1 в среднем 60 мгУВ/гСорг на зону) в кровле харбалахской толщи.

Таблица

Генетический потенциал в исследуемых толщах

Толща "Генетический потенциал" Категория по "генетическому потенциалу"

P2, кп, кюндейская (3,1-7,7)/ 4,5 умеренный потенциал

P2, Ьг, харыйасская (0,3-5,2)/ 2 умеренный потенциал

P2, Ьт, хомустахская (0,8-1,2)/ 1,1 небольшой газовый потенциал

P1, кЬ, кубалангдинская (0,4-4,3)/ 1,7 умеренный потенциал

P1, ИгЬ, харбалахская (0,1-0,2)/ 0,2 минимальный потенциал

P1, сс, чочосская <0,16 нет

P1, jn, юнкюрская <0,12 нет

^^ь jr, юрэнская <0,13 нет

Примечание: в числителе вариации значений, в знаменателе - среднее.

В нижележащих отложениях генерационный потенциал практически исчерпан (Н1 порядка 10 мгУВ/гСорг на весь интервал). Судя по изотопному составу органического углерода (5 3С -21,8-26,9 %о), верхнепалеозойские толщи содержат террагенное (гумусовое) органическое вещество, способное генерировать преимущественно газообразные УВ. К тому же при таком довольно высоком катагенезе (градации МК2-АК2) в этих отложениях могли сохраниться в основном скопления газа.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бодунов Е.И., Зуева И.Н., Каширцев В.А., Уткина Н.А., и др. Преобразование органического вещества пермских и каменноугольных отложений Вилюйской синеклизы на больших глубинах // Нефтегазоносность и вопросы освоения месторождений нефти и газа Якутии. - Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1990. - С. 58-69.

2. Конторович А.Э., Полякова И.Д., Колганова М.М., Соболева Е.И. Превращения органического вещества в мезо- и апокатагенезе // Советская геология. - 1988. - №7. - С. 26-36.

3. Нефтегазоносные бассейны и регионы Сибири: Лено-Вилюйский бассейн / Под ред. А.Э. Конторовича. - Новосибирск, 1994. - 107 с.

4. Перозио Г.Н., Полякова И.Д., Богородская Л.И., Соболева Е.И. Закономерности катагенеза органического вещества и вмещающих пород // Геология и геофизика. - 1981. - № 9. -С. 11 -16.

5. Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти. - М.: Мир, 1981. - С 411-415.

6. Фролов В.И., Сюндюков Ш.А., Бакин В.Е. О катагенезе органического вещества глубоких горизонтов центральной части Вилюйской синеклизы // Доклады АН СССР. Сер. геол. - 1987. - Т. 297. - № 2. - С. 442-444.