CC BY
103
2013
ВЕС ТНИК ПЕ РМСКО ГО УНИ ВЕ Р С ИТЕ ТА
Г еология
Вып. 2(19)
ГЕОЛОГИЯ, ПОИСКИ И РАЗВЕДКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
УДК 550
Результаты изучения битумов в разрезе параметрической скважины
О.М. Аникеенкоа, Т.В. Карасева3, И.С. Хоптаъ
a Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15. E-mail: [email protected] b Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин, 614016, Пермь, ул. Краснофлотская,15
(Статья поступила в редакцию 20 марта 2013 г.)
Освещены проблемы исследования битумов в разрезах параметрических скважин. Рассмотрены структура и текстура битумов в разрезе Аракаевской параметрической скважины в широком интервале глубин.
Ключевые слова: битум, битумоиды, пиролиз, микропетрография, рассеянное органическое вещество.
Основной целью работы является изучение свойств и распределения битумов в разрезе Аракаевской параметрической скважины (5207 м) в Свердловской области.
Природные битумы - это твердые или густые полужидкие углеводородные соединения, растворяющиеся в органических растворителях, основным источником образования которых является нефть. В практике геохимических исследований обычно не придается большого значения исследованиям природных битумов, продуктов деструкции нефтей. В то же время их детальное изучение макро- и микрометодами, а также с помощью специальных лабораторных исследований позволяет реконструировать процессы формирования и разрушения залежей нефти.
Известно, что природные битумы формируются в результате влияния на нефти следующих процессов: химическое и бак-
териальное окисление (асфальтиды, кери-ты, оксибитумы), деасфальтизация нефтей газами и легкими парафиновыми углеводородами (асфальтениты, бета-асфальте-ниты и парафиниты), нарушение равновесного состояния в коллоидной системе нефти и дифференциация высокопара-финистых нефтей при миграции (озокерит), а также термальная и гидротермальная обработка (антраксолиты, асфальтои-ды и графитоиды). Плотность природных битумов изменяется в широких пределах: от 0,86 (озокерит) до 1,3 г/см3 и даже 1,7-2 г/см3 (высшие антраксолиты). В органических растворителях они могут растворяться почти полностью (мальты, асфальты) либо вообще не растворяться (антраксолиты).
Природные битумы встречаются в нефтяных залежах, где особенно часто развиваются в зоне ВНК, и характеризуют степень сохранности нефтей. Присутствие
© Аникеенко О.М., Карасева Т.В., Хопта И.С., 2013
79
нерастворимых твердых битумов в залежах приводит к снижению коллекторских параметров и уменьшению притока нефти при эксплуатации.
Аракаевская скважина в Нижне-Сер-гинском перспективном по нефтегазо-носности районе вскрыла отложения от рифейского до пермского возраста, существенно измененные надвиговыми процессами.
При исследовании образцов пород Ара-каевской скважины в ОАО «КамНИИ-КИГС» выполнен широкий комплекс литолого-петрографических и геохимических исследований, по результатам которых был проведен комплексный анализ распределения битумов в разрезе (рис. 1).
В рифейско-вендских отложениях (4930-5207 м) битумы практически не встречены.
В изученных по керну породах живет-ского яруса (4915-4930 м), которые представлены в основном карбонатами и содержат в значительном количестве пирит, изредка встречаются твердые нерастворимые битумы (тип III2 по Е.С. Ларской). Содержание Сорг изменяется от 0,37 до 0,47%. О низкой растворимости битумов свидетельствуют фоновые концентрации хлороформенного битумоида.
Во франском ярусе в интервале 45854915 м, представленном доломитами, среди изученных методом микропетрографии ОВ образцов почти 90% содержат черные твердые битумы. Рассеянное органическое вещество (РОВ) обычно выявлено с включениями битумов. Концентрация растворимых в хлороформе битумоидов фиксируется во всем ярусе на уровне фона либо они полностью отсутствуют, что свидетельствует о нерастворимости битумов; такое явление характерно для антрак-солитов. Степень катагенеза пород соответствует МК5. Наиболее обширный интервал развития битумов в трещинах, межзерновом пространстве соответствует глубинам 4622-4818 м. По микропетро-графическим данным содержание битума достигает 2-3% (обр. 3911, 3970). Концентрация Сорг изменяется в широких преде-
лах: 0,11-0,76%, исключение составляет семилукский горизонт, в котором концентрация достигает 1,27% и РОВ в основном сапропелевого типа доминирует в ряде образцов (4478, 4487, 4503, 4732). Оно представлено сгустками РОВ с колломорфным центром (12к), микропрожилками с колло-морфным центром (I5), а также ОВ в равномерной смеси с основной массой породы (I9) и др.
Фаменский ярус параавтохтона керном не представлен.
Турнейский ярус (4275-4365 м), в основном сложенный известняками, частично доломитизированными, изученный по небольшому числу образцов, характеризуется развитием битумов (III тип) по микротрещинам, сопровождаемым пиритизацией. Содержание битумов по данным микропетрографии - до 0,5%. Биту-минозность пород по экстрагируемым компонентам крайне низкая, в основном фоновая, что связано с высоким катагенезом ОВ пород.
В визейском ярусе (3905-4189 м) по данным микроисследований также встречены в основном твердые битумы, выполняющие часто все межзерновое пространство. Концентрация Сорг колеблется от 0,17 до 1,78%. Повышенная концентрация отмечается за счет углистых прослоев в нижней части разреза.
В породах серпуховского яруса параавтохтона (3753-3905 м), где выявлены в основном доломиты замещения, содержание Сорг незначительно - до 0,23%. По данным микроисследований обнаруживается в основном твердый черный битум.
В московском ярусе в верхней части параавтохтона и аллохтоне (3637-3753 м), сложенном известняками, аргиллитами и мергелями, по данным микропетрографии также встречены битумы. В образце 2970
- РОВ сапропелевого типа (II12,13). Концентрация Сорг в породах яруса не превышает 0,88%, содержание битумоидов очень низкое или они вообще отсутствуют.
В карбонатах франского яруса аллохтона (3322-3637 м) встречены твердые битумы в 45% изученных шлифов. Содержание Сорг низкое (менее 0,3%) за исключением образца 2657 (Сорг = 1,11%) с повышенной концентрацией нерастворимого в соляной кислоте остатка (НО) (21,26%). Битумоиды либо вообще не выявляются, либо содержание их находится на уровне следов. Катагенез сохраняется высоким -до МК4.
Карбонатные породы фаменского яруса (3087-3322 м) в основном с очень низким содержанием нерастворимого в соляной кислоте остатка включают большей частью твердые битумы, Сорг которых составляет до 20% нерастворимого остатка. Битум черного и темно-коричневого цвета заполняет поры, зубчатые стилолитовые швы, образует единичные прожилки. Концентрация Сорг в целом в породах яруса не выше 0,65%. Битуминозность пород по растворимым компонентам низкая, но несколько выше, чем в нижележащих комплексах пород. Особенно это касается спиртобензольных битумоидов, концентрация которых повышается в 2-3 раза. В связи с этим коэффициент нейтральности в основном значительно меньше 1.
В породах турнейского яруса в параавтохтоне (3013-3087 м) выявлены битумы, заполняющие поры, стилолитовые швы, трещины. Повышенные содержания Сорг (до 0,64%) установлены только в обогащенных битумом образцах. Битуминоз-ность по растворимым компонентам пород, как и в фаменском ярусе, несколько повышается за счет растворения битумов, это касается как хлороформенных, так и спиртобензольных битумоидов. В результате коэффициент нейтральности часто достигает 1. Катагенез соответствует стадии МК4.
Визейский ярус (2693-3013 м) характеризуется присутствием как собственно РОВ, так и битумов. В верхней части разреза преобладает сапропелевое ОВ ([2,2кЛ5, II13), в нижней (глубже 2950 м) - гумусовое (II6,7). По данным микропетрографии
битумы встречены как вместе с ОВ, так и отдельно. Концентрация их в результате полуколичественного микроопределения достигает 2-3% (обр. 1478) при концентрации Сорг, равной 1,27%. Битум темнокоричневого цвета пигментирует глинистый цемент, развивается в прожилках и стилолитовых швах. В целом распределение органических компонентов сходно с данными для визейского яруса, вскрытого в автохтоне и параавтохтоне. Только в нижележащих отложениях отмечены нерастворимые битумы, в результате биту-моиды встречаются в основном в виде следовых количеств, что может быть связано с более высокой катагенетической преобразованностью пород.
Породы серпуховского яруса в интервале 2394-2693 м характеризуются присутствием битумов в значительном количестве и РОВ в небольших концентрациях в единичных прослоях. Битумы выявлены в трещинах, стилолитовых швах. В аллохтоне серпуховского яруса, как и в нижележащих отложениях, отмечается очень низкое содержание Сорг (в основном менее 0,2%) и невысокое содержание биту-моидов. Битумоиды по типу в основном легкие присутствуют в концентрациях до
0,0003%. По составу битумоиды довольно однородны: среди УВ преобладают парафиново-нафтеновые, асфальтены составляют менее 12%.
В башкирском ярусе (2314-2394 м) по данным микропетрографии встречены как твердые битумы, так и сапропелевое ОВ. Содержание Сорг невысокое, в основном менее 0,4%. В обр.697 концентрация Сорг достигает 0,67% при содержании нерастворимого остатка 1,22%, т.е. нерастворимый остаток более чем на 50% представлен углеродистыми соединениями, видимо, битумами. Битумы заполняют во многих образцах субпараллельно расположенные стилолитовые швы, пропитывают иногда глинистый цемент. По цвету они часто темно-коричневые, возможно, частично растворимые, так как концентрация хлороформенных битумоидов достигает 0,0012%. Особенностью состава
Рис.1. Форма распределения битумов в разрезе Аракаевской параметрической скважины
битумоидов являются низкие концентрации ароматических УВ (< 6%) и асфальте-нов (< 11%) и высокие - парафиново-нафтеновых УВ (до 57,8%).
В целом по распределению ОВ и битумов башкирский ярус в аллохтоне и баш-
кирский ярус в параавтохтоне обнаруживают сходство. Различие проявляется только в повышении концентраций растворимых компонентов - битумоидов
- в вышележащем комплексе отложений.
В отложениях вновь встреченного в аллохтоне московского яруса (1867-2314 м) среди органических компонентов абсолютно доминируют битумы. При этом встречены формы (III2,1), названные автором методики микропетрографического исследования ОВ Е.С.Ларской (1983) микронефтью. Содержание Сорг и битумои-дов в породах яруса - на уровне нижележащего башкирского яруса. Повышение концентраций хлороформенных и спиртобензольных битумоидов наблюдается в образцах с повышенным содержанием твердых битумов. Вероятно, увеличивается их растворимость, что наблюдается обычно при переходе к асфальтитам, ке-ритам. Состав битумоидов довольно однороден. Фракция парафиново-нафтеновых УВ составляет обычно более 22%, ароматических - менее 15%. По сравнению с нижележащими отложениями несколько повышается доля ароматики. Концентрация асфальтенов обычно невысокая - менее 18%.
Верхнекаменноугольные отложения (1760-1867 м) характеризуются присутствием битумов и РОВ гумусового типа (II2). Концентрация Сорг достигает 0,99%. Содержание битумоидов несколько выше, чем в нижележащих отложениях, в основном сотые доли процента.
Пермские отложения (15-1760 м) содержат как собственно РОВ в породах, так и битумы. Битумы присутствуют в трещинах (0,01-0,02 и до 0,2 мм), стилолито-вых швах, в камерах фораминифер, находящихся вблизи стилолитов, заполняют пустоты между обломками и т.д. РОВ пород представлено сапропелевыми и гумусовыми компонентами, первые в основном состоят из детритных форм (II12,13), вторые представлены частицами крупно-пелитовой размерности, фюзенизирован-ными и витринизированными частицами четких очертаний, а также удлиненными (до 1 мм) включениями ОВ с четкими очертаниями (II1,2,6). Часто РОВ встречается вместе с битумами.
Содержание хлороформенных и спиртобензольных битумоидов резко повыша-
ется, петролейно-эфирных - увеличивается незначительно. Отмечены образцы с концентрацией хлороформенных битумо-идов 0,118%, спиртобензольных - 0,08%. Под УФ-микроскопом часто отмечается развитие более легкого, чем в нижележащих отложениях, битумоида в виде дымки, неравномерно пятнистого распределения или ореолов рассеивания вокруг водорослевого детрита.
По данным тонкослойной хроматографии состав битумоидов разнообразен. Фракция парафиново-нафтеновых УВ составляет от 18 до 60%, ароматических - от 7 до 29%. По сравнению с нижележащими отложениями повышается роль ароматических УВ и асфальтенов (до 27%). В основной части битумоидов смолисто-ас-фальтеновые компоненты составляют более 50-60%. Природа битумоидов, видимо, разная. Это могут быть как сингене-тичные ОВ разности, так и продукты растворения битумов, а также миграционные компоненты.
Таким образом, разрез Аракаевской скважины обеднен рассеянным и концентрированным РОВ и в значительной степени насыщен битумами, продуктами преобразования нефтей. Наиболее широкое распространение и высокие содержания битумов выявлены во франском и турнейском ярусах параавтохтона, где они встречены в почти 90% шлифов, изученных как петрографами, так и геохимиками. Вверх по разрезу степень распространения несколько снижается до минимальной (27%) в пермских отложениях, сохраняясь очень высокой (более 50%) в фа-менском, серпуховском, московском ярусах аллохтона. Такое широкое развитие битумов - явление редкое, которое в значительной степени затруднило интерпретацию геохимических данных. Так, по данным пиролиза методом Рок Эвал параметр S1 изменяется в разрезе от 0,02 до 1,01 мг УВ/г породы, S2 - от 0,06 до 1,52 мг УВ/г породы. В первом случае диапазон указывает на низкое содержание микронефти, во втором - на существенное влияние битумов,
Py f .
Гопср апра ("О TuimpmjpilY)
Тншералра f*Q Тйшцилра ГС)
TiMiifpnipa ('С) TtHiit|ian|ii (°С)
Рис. 2. Образцы кривых пиролиза в режиме Bulk Rock (Rock-Eval 6)
т.к. повышенные значения отвечают образцам с высоким содержанием относительно растворимых битумов. Ттах изменяется в очень широких пределах - от 321 до 609 °С. Высокие значения связаны с битумами типа керитов и антрасколитов (ссылка на Меле-невского). Метод Рок Эвал оказался «пиро-литически прозрачен» для определения параметров РОВ и степени катагенеза ОВ, однако информативен для изучения битумов (рис. 2).
В целом можно отметить, что в верхней части изученного разреза примерно до глубины 2,7-3 км преобладают темно-коричневые разности, отчасти растворимые в органических растворителях, в нижней - уже в основном черные, нерастворимые вплоть до антраксолитов. Судя по результатам изучения разреза, встреченные битумы не могут относиться к генетической линии гиперген-
Библиографический список
1. Баженова О.К., Бурлин Ю.К., Соколов Б.А., Хаин В.Е. Геология и геохимия нефти и газа. М.: Изд-во МГУ, 2000. 384 с.
2. Виноградов В.Г., Дахнов А.В., Панцевич С.Л. Практикум по петрофизике. М.:Недра, 1990. 227с.
ных компонентов. Полученные данные позволяют предположить, что в верхней части разреза битумы в основном фильтрационномиграционного ряда, появляющегося в случае природной деасфальтизации нефтей газом или легкими парафиновыми углеводородами. В нижней части битумы в основном термально-метаморфического ряда, возникающие в основном при действии высоких палеотемператур, этому способствовали процессы развития надвиговых дислокаций. Интенсивное насыщение битумами пустотного пространства пород франского и турнейско-го ярусов позволяет предположить, что в этих отложениях существовала массивная палеозалежь нефти, разрушение которой в результате миграции газов из нижележащих отложений значительно повлияло на распределение битумов по всему разрезу.
3. Кобранова В. Н. Петрофизика. М.: Недра, 1986.
4. Ларская Е.С. Диагностика и методы изучения нефтегазоматеринских толщ. М.:Не-дра, 1983. 196 с.
5. Эспиталье Дж., Дроует С., Маркуис Ф. Оценка нефтеносности с помощью прибора Rock-Eval компьютером // Геология нефти и газа. 1994. №7. С. 8-14.
Research of Bitumen in Cuts Parametric Wells
O.M. Anikeenkoa, T.V. Karasevaa, I.S. Khoptab
a Perm State National Research University, 614990, Perm, Bukireva st., 15 b Kama Research Institute comprehensive research of deep and ultra-deep wells, 614016, Perm, Krasnoflotskaya st., 15. E-mail:[email protected]
The article discusses problems of research of bitumen in section of stratigraphic wells. High content of bitumen at great depths has found. The structure and texture in section of well Arakaevskaya has considered in a wide depth range.
Key words: bitumen, pirolis, parametric wells.
Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук О. .Л. Алексеева
