CC BY
23
УДК 552.578.061.4(571.122) DOI 10.31087/0016-7894-2021-2-7-14
Техногенез и техноморфизм: теория и подходы к исследованиям на примере верхнеюрских отложений Западной Сибири
© 2021 г.1В.Д. Немова
ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг»; Москва, Россия; [email protected] Поступила 20.10.2020 г.
Доработана 24.10.2020 г. Принята к печати 28.10.2020 г.
Ключевые слова: верхнеюрские отложения; кероген; термическое воздействие.
Аннотация: В связи с активной разработкой и внедрением новых технологий, направленных на повышение эффективности добычи нефти, предлагается ввести новую стадию преобразований пород при техногенном воздействии в пластовых условиях — техноморфизм. В данной статье представлен краткий очерк истории терминов, связанных с антропогенным воздействием человека на недра Земли, таких как «техногенез», «технологический литогенез» и т. д. Обозначены предпосылки введения нового термина «техноморфизм» как дополнительного направления в широком комплексе литоло-гических исследований. В последние десятилетия отмечается стремительное развитие инновационного и высокоточного лабораторного оборудования, которое с каждым годом все более активно используется для решения практических задач в различных нефтегазодобывающих компаниях и позволяет проводить уникальные эксперименты на породах в условиях, моделирующих пластовые. К сожалению, методики подобных экспериментов не регламентированы, что вызывает трудности в обобщении и интерпретации получаемой информации. В статье отражена проблематика исследований и рассмотрены апробированные подходы к изучению процессов техноморфизма на примере анализа результатов термического воздействия на верхнеюрские нефтематеринские породы Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна.
■ Для цитирования: Немова В.Д Техногенез и техноморфизм: теория и подходы к исследованиям на примере верхнеюрских отложений Западной Сибири // Геология нефти и газа. - 2021. - № 2. - С. 7-14. DOI: 10.31087/0016-7894-2021-2-7-14.
Technogenesis and technomorphism: theory and approaches to investigation on the example of the Upper Jurassic deposits of Western Siberia
© 2021 IV.D. Nemova
LUKOIL-Engineering, Moscow, Russia; [email protected]
Received 20.10.2020 Revised 24.10.2020
Key words: Upper Jurassic deposits; kerogen; thermal impact.
Accepted for publication 28.10.2020
Abstract: Taking in consideration the active development and implementation of new technologies aimed at increasing the efficiency of oil production, the authors propose introducing a new stage of rock transformation under technogenic impact in reservoir conditions and referring it to as "technomorphism". This article presents a brief historical note of terms associated with the anthropogenic impact on the Earth's subsurface, such as "technogenesis", "technological lithogenesis", etc. The backgrounds for introduction of the new "technomorphism" term are defined as an additional area in a wide range of lithological studies. In recent decades, there has been a rapid development of innovative and high-precision laboratory equipment, which every year is more and more actively used to solve practical problems in various oil and gas producing companies, and allows conducting unique experiments with rocks in conditions stimulating a reservoir. Unfortunately, the methods of such experiments are not regulated. The authors discuss the research problematicss and proven approaches to the study of technomorphism processes by analyzing the results of thermal impact on Upper Jurassic oil source rocks in the West petroleum basin as an example.
■ For citation: Nemova V.D. Technogenesis and technomorphism: theory and approaches to investigation on the example of the Upper Jurassic deposits of Western Siberia. Geologiya nefti i gaza. 2021;(2):7-14. DOI: 10.31087/0016-7894-2021-2-7-14. In Russ.
Введение
Методология современных литологических исследований развивалась с начала 1920-х гг., в результате в конце XX в. выделилось три основных направления литологических исследований, каждое со своими методами, — седиментологический, стади-ально-литогенетический и эволюционный, изучающий эволюцию осадочного породообразования Земли [1]. В перечисленных направлениях применяются
различные подходы и методы для анализа в различных масштабах геологического прошлого осадочных пород, формировавшихся в естественных природных условиях без влияния человека. Каждое направление является важным и решает свои задачи. С истощением разведанных запасов полезных ископаемых, ростом потребления, развитием технологий появляются дополнительные задачи и в области литологии: к вопросам поиска, разведки, моделирования строе-
ния, оценки запасов и ресурсов полезных ископаемых осадочных горных пород добавляются вопросы технологического совершенствования процесса их разработки и его экологического контроля.
При добыче полезных ископаемых все большее значение приобретает их эффективное извлечение: в настоящее время технологии развиваются стремительно. Многие регионы добычи полезных ископаемых уже изучены и в целом разведаны, поэтому основные условия накопления и преобразования пород осадочного чехла хорошо известны (прирост новых современных данных позволяет по-новому оценивать и «старые» регионы). Ни в коем случае не умаляя важности классических направлений литологи-ческих исследований, можно предложить дополнить их условно новым вектором развития, связанным с техногенным целенаправленным воздействием на породы в процессе добычи полезных ископаемых в глубинных пластовых условиях.
Развитие методов химического и термического воздействия на породы для повышения эффективности разработки требует поддержки, в том числе со стороны литологических исследований. Изучение свойств горных пород (минерально-компонентного состава и структурно-текстурных особенностей) и прогноз их изменений в ходе антропогенного воздействия могут способствовать эффективному подбору условий техногенного воздействия (например, температурный режим) и реагентов, закачиваемых в пласт для добычи полезных ископаемых. Очевидно, что такие исследования становятся все актуальнее.
Понятие «литогенез» характеризует только природные процессы преобразований пород и не рассматривает их изменения при целенаправленном техногенном воздействии. В этой связи можно дополнить процесс преобразования осадочных горных пород еще одной стадией, дав ей название «техноморфизм» («техно» — искусство; «морфос» — форма) и определив как совокупность преобразований горных пород под воздействием техногенных процессов в пластовых условиях. Основной задачей подобных исследований является прогноз изменений пород при определенном воздействии, который можно проводить на основании исследований пород, моделирующих техногенные воздействия в лабораторных условиях, либо керна, отобранного из пласта уже после техногенного воздействия на него.
Таким образом, в рамках литогенеза изучается современный облик пород для восстановления геологической истории их преобразования и накопления в естественных условиях среды. Изучение техноморфизма призвано исследовать и прогнозировать изменения пород при определенных видах техногенного воздействия на них относительно геологического времени — фактически одномоментные, быстротечные и значимые. От естественных природных процессов техногенное воздействие отличается
краткосрочностью и приводит к значительным изменениям органоминеральных компонентов породы, емкостного пространства и других ее свойств.
Более созвучный литогенезу термин «техноге-нез» имеет устоявшееся значение в контексте геоморфологии. Рассмотрим подробнее терминологию данного вопроса.
История терминов «техногенез», «технологический литогенез», «литотехногенез»
Термин «техногенез» введен академиком А.Е. Ферсманом в 1934 г. [2], который на основании изучения результатов эксплуатации рудных месторождений установил, что на поверхности Земли происходит рассеивание рудной минерализации. В результате недостаточно рациональной горнодобывающей деятельности человека рудные массы раз-убоживаются в очистных горных выработках, а часть рудной минерализации попадает в массу «пустых» пород. Совокупное проявление техногенных процессов рассеивания рудной минерализации на поверхности А.Е. Ферсман назвал техногенезом. Система техногенеза в его понимании характеризуется геохимическим последствием деятельности человека в области добычи и переработки полезных ископаемых.
По мнению М.А. Глазовской [3], техногенез включает извлечение химических элементов из природной среды (литосферы, атмосферы, гидросферы), их концентрацию и перегруппировку, создание новых химических веществ и рассеяние вовлеченных в этот процесс элементов в окружающей среде.
Иная трактовка термина приводится в «Геологическом словаре»: «техногенез — совокупность геоморфологических процессов, вызванных производственной деятельностью человека» [4].
«Техногенный литогенез» выделил С.Д. Воронке-вич, указав, что в результате его проявления возникают специфические новообразования — искусственные грунты. Процесс искусственной литификации представляет собой сложное природно-техногенное явление, возникающее в верхних слоях литосферы под воздействием техногенных физических (давление, температура), физико-химических и других факторов [5]. Существует также понятие «литотехно-генез» — формирование новых техногенных пород, техногенно-измененных грунтов, техногенно-мине-ральных месторождений, возникающих в результате производственной деятельности человека [6, 7]. Данное понятие относится к геоморфологическим процессам, протекающим в самой верхней части литосферы.
Таким образом, термины «техногенез», «техногенный литогенез» и «литотехногенез» в современной науке отражают изменения ландшафтов, перераспределения элементов в земной коре и на поверхности Земли под воздействием техногенных
процессов, включая загрязнение окружающей среды. Термины упоминаются в работах по геоморфологии, инженерной геологии, археологии и в большей степени касаются процессов, происходящих в приповерхностных условиях Земли.
Техноморфизм
В связи с развитием новых методов разработки месторождений особое значение приобретают лито-логические исследования результатов техногенного воздействия на породы в пластовых условиях. Для четкого разграничения естественных процессов литогенеза и техногенных факторов, меняющих облик пород, можно предложить выделить новую стадию изменений горных пород — техноморфизм. В зависимости от типа антропогенного воздействия одна и та же порода может приобретать различные свойства. С точки зрения осадочных горных пород такие преобразования не могут быть отнесены к литогенезу, поскольку основным фактором изменений пород выступают уже не природные процессы, а антропогенное воздействие.
Таким образом, техноморфизм — стадия преобразования пород в пластовых условиях при техногенном воздействии, которое приводит к значимым изменениям состава и свойств пород в реальном (а не в геологическом) времени. Основным влияющим фактором являются именно техногенные процессы, а не естественные условия среды. Цель техногенного воздействия на породы — повышение эффективности разработки отложений, содержащих полезные ископаемые. Главная цель изучения процессов техно-морфизма — повышение эффективности технологий добычи полезных ископаемых путем прогноза изменений состава и свойств породы при определенном техногенном воздействии на нее.
Для исследования процессов техноморфизма необходимо изучить и сравнить состав и свойства пород до и после техногенного воздействия. Это позволит установить изменения, произошедшие в породе, и оценить эффективность выбранного воздействия.
Данное направление исследований не является новым, однако в ближайшем будущем оно может стать особенно актуальным в связи с задачами, которые возникают при разработке месторождений. К нему можно отнести уже проводимые в лабораториях исследования пород в условиях, моделирующих пластовые: тестирование различных вытесняющих жидкостей; подбор пропантов, кислотных составов, буровых растворов и других видов воздействия на породу (или ее модель, созданную, например, с помощью 3D-принтера). Особенно широко развиты эксперименты для изучения фильтрационных свойств [8]. Конечной целью таких экспериментов является последующая оптимизация выбранного вида воздействия на целевые отложения в реальных пластовых условиях.
Если рассмотреть техноморфизм с точки зрения нефтяной геологии, то изучение данного процесса должно способствовать развитию ключевых характеристик разработки:
1) повышению скорости отбора нефти за счет совершенствования методов интенсификации добычи (например, за счет оптимизации технологии гидроразрыва пласта для горизонтальных скважин);
2) увеличению нефтеотдачи, в том числе вовлечение в разработку ранее не вовлекаемых ресурсов УВ.
Проблематика и примеры исследований техно-морфизма
Вовлечение в разработку новых нефтяных объектов связано, в частности, с технологиями добычи трудноизвлекаемых запасов, к которым относится широкий спектр отложений с различными характеристиками пород и содержанием в них УВ (низкопроницаемые, трудноизвлекаемые, обводненные, высоковязкие и многие другие виды запасов и ресурсов УВ).
Классификаций методов повышения нефтеотдачи пластов множество, в целом они условно делятся на 5 групп [9]:
1) гидродинамические (заводнение, изменения направлений потоков, форсированный отбор флюидов);
2) физико-химические (заводнение с применением активных примесей);
3) газовые (водогазовое, газовое воздействие);
4) тепловые (вытеснение горячей водой, паром, внутрипластовое горение);
5) группа опытно-экспериментальных методов (микробиологические, волновые, электрические, ядерные и др.).
Для каждого метода повышения нефтеотдачи пластов необходимы собственные исследования, целью которых будет повышение их эффективности на выбранном объекте.
Для подбора оптимальных методов разработки сложнопостроенных геологических объектов проводятся промысловые и лабораторные эксперименты. Среди последних можно выделить эксперименты по фильтрации и вытеснению нефти из пород в условиях, моделирующих пластовые.
Методы определения коэффициента вытеснения нефти различными агентами в лабораторных условиях (например, водой в ОСТ 39-195-86) [8], лабораторные исследования химических реагентов для технологий, в частности полимерного заводнения, регламентируются с XX в. Однако в каждом из этих регламентов есть общий недостаток — отсутствие рекомендаций по выбору образцов для экспериментов и изучению их состава и свойств, кроме фильтрационных, до и после воздействия. Внимание в подобных исследованиях уделяется лишь определению измене-
ний проницаемости породы и коэффициента вытеснения флюида после проведения эксперимента.
При изучении тепловых методов основной акцент делается на определение фильтрационных характеристик породы и ОВ до и после воздействия. Минеральный состав породы определяется для исходных образцов, реже — после воздействия, и часто сравнение первоначального и измененного состава пород со сложным минеральным составом не является корректным по ряду причин.
Необходимо отметить большой объем проведенных термических исследований для отдельных минералов, направленных на установление их свойств в процессе нагрева. Разрозненность лабораторных исследований, очевидно, снижает их общую информативность. По мнению автора статьи, взаимоувязанный анализ различных видов лабораторных исследований может в значительной степени способствовать повышению информативности анализа тех-номорфизма, проведенного на образцах пород для решения практических задач.
Однако существует ряд сложностей, которые можно рассмотреть на примере теплового воздействия на отложения верхнеюрской нефтематеринской формации Западной Сибири.
Верхнеюрская нефтематеринская формация — широко развитые в Западной Сибири углеродистые отложения общей толщиной 15-45 м. Формация представлена цикличным переслаиванием низкопроницаемых углеродисто-карбонат-но-глинисто-кремнистых пород, не обладающих коллекторскими свойствами, но содержащих в себе сорбированные керогеном жидкие УВ, и тонких про-пластков (0,5-3 м) кремнисто-карбонатных пород с относительно пониженным содержанием ОВ, часто характеризующихся приемлемыми коллекторскими свойствами. Таким образом, в составе данной формации выделено два типа (класса) пород, различающихся минерально-компонентным составом и обладающих принципиально различными коллекторскими свойствами [10].
Для верхнеюрской нефтематеринской формации исследования техноморфизма актуальны для увеличения нефтеотдачи коллекторов за счет оптимизации уже применяемых технологий разработки и создания новых способов вовлечения в разработку низкопроницаемых нефтематеринских пород, содержащих в себе огромные неизвлекаемые ресурсы нефти.
Для решения перечисленных задач актуален анализ техноморфизма пород при разных видах воздействия на них. Для успешной реализации исследований крайне важным является корректный выбор литотипа породы: если речь идет о воздействии, направленном на повышение нефтеотдачи с помощью уже имеющихся технологий, важно выбирать образ-
цы пород естественных коллекторов, воздействие на которые осуществляется в настоящее время. Если задача заключается в подборе технологии вовлечения в разработку УВ низкопроницаемых нефтемате-ринских пород, то основное внимание стоит уделить преобразованию соответствующих литотипов пород.
Эффективность оптимизации и разработки технологии напрямую зависит от качества исследований техноморфизма — данный путь видится автору статьи оптимальным для развития вопроса как с точки зрения финансовых затрат на эксперименты, так и времени их проведения до получения результата. Лабораторные исследования керна существенно дешевле промысловых, а при качественной организации информативность может быть сопоставима. Важно прогнозировать свойства породы и флюида (УВ), которые они приобретут при техногенном воздействии на них. Решение данной задачи и является главной целью изучения процессов техноморфизма.
Однако обобщение большого объема данных современных лабораторных экспериментов, проведенных в различных организациях в 2015-2020 гг., позволило установить общую закономерность: минеральный состав пород до и после экспериментов оказался в основном не сопоставимым, что привело к невозможности проведения количественного анализа результатов техноморфизма пород. Возникшие трудности при интерпретации данных связаны с некорректным отбором образцов, а также с неоптимальными методами определения их состава. Приведем примеры.
Для проведения анализа техноморфизма можно использовать керн пород, сравнивая их свойства до и после техногенного воздействия в пластовых условиях. Для этого в разное время необходимо провести бурение минимум двух скважин на максимально близком расстоянии друг к другу. Одна скважина должна быть пробурена до начала техногенного воздействия на породы, вторая — спустя некоторое время после воздействия, чтобы породы успели приобрести новые свойства. Для выбора образцов, которые будут сравниваться, необходимо воспользоваться литотипизацией и детальной корреляцией целевых отложений. Важно понимать, что проведенное сравнение может быть лишь качественным, но не количественным из-за высокой естественной изменчивости состава и свойств пород [11]. Получение керна пород, подвергшихся техногенному воздействию в пластовых условиях, является долгосрочной (годы) и дорогостоящей задачей, реализация которой возможна в исключительных случаях. В настоящее время известен лишь один подобный пример [11].
Гораздо менее затратным способом изучения техноморфизма являются лабораторные эксперименты с породами, моделирующие пластовые условия и необходимое техногенное воздействие. В таких исследованиях крайне важен процесс выбора и
изготовления нескольких образцов с максимально близким минеральным составом и свойствами для изучения пород до и после эксперимента, а также наличие возможности создания давления и температуры, аналогичных пластовым.
Первой задачей являлось изготовление нескольких одинаковых образцов для изучения изменений состава и свойств пород до и после определенного воздействия (рис. 1). Один из образцов необходим для определения исходных свойств породы, в процессе образец разрушается или становится непригодным для дальнейших исследований, остальные подвергаются техногенному воздействию в условиях, моделирующих пластовые, и их состав и свойства изучаются после эксперимента.
Проблема заключалась в крайне высокой степени изменчивости состава верхнеюрских отложений. Оказалось, что маленькие цилиндры (диаметром до нескольких миллиметров), выбуренные из одного образца породы перпендикулярно ее естественному напластованию (см. рис. 1 А), обладали существенно отличающимся минеральным составом: после нагрева пород до температуры 400 °С содержание в них кремнистых минералов (наиболее устойчивых к подобному воздействию) изменилось на 30-50 %, что явно свидетельствует об исходном различии состава пород. Данный факт не позволил корректно сравнить исходную породу с измененной.
Образцы пород, изготовленные из одного цилиндрического образца, выбуренного параллельно естественному напластованию, путем его перпендикулярного разрезания, оказались существенно более сопоставимыми (см. рис. 1 В) и позволили провести исследования техноморфизма пород.
Важно отметить, что методология исследований техноморфизма еще не проработана, но реализация подобных исследований методом проб и ошибок позволяет существенно продвинуться в понимании процессов изменения пород в пластовых условиях при техногенном воздействии на них.
Примером решения одной из таких задач с помощью анализа керна является эксперимент по закачке воздуха в верхнеюрские отложения, который ведется на Средне-Назымском месторождении с 2009 г.
Промысловые данные, полученные при анализе продукции добывающих скважин, показали, что закачка кислорода в верхнеюрские отложения привела к самовоспламенению нефти в пластовых условиях, инициировав процесс окисления. Однако без отбора и изучения керна, определить объем пород, охваченный воздействием, было невозможно. Поэтому после шести лет закачки воздуха в верхнеюрские отложения вблизи нагнетательной скважины пробурена скважина с полным отбором керна из целевых отложений. Изучение данного керна доказало, что окислению подверглись только проницаемые поро-
ды-коллекторы [11]. Анализ керна позволил сделать вывод, что закачка воздуха может являться способом поддержания пластового давления в коллекторах и, следовательно, увеличения их нефтеотдачи.
Сравнение керна пород без теплового воздействия и после него позволило установить произошедшие в породах изменения. Прежде всего, породы приобрели светлую окраску из-за окисления ОВ и практически полного исчезновения УВ. Окраска пород стала розоватой за счет окисления пирита с образованием гематита. Поровое пространство пород-коллекторов в целом сохранило свою морфологию.
Технология закачки воздуха для теплового воздействия на породы была направлена на вовлечение в разработку низкопроницаемых нефтематеринских пород, содержащих сорбированные жидкие УВ. Отобранный керн показал, что требуемый результат получен не был.
Поскольку в пластовых условиях низкопроницаемые породы не были охвачены воздействием, для изучения аналогичных процессов в филиале ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть» были проведены лабораторные эксперименты с нагревом пород соответствующих литотипов.
Представительные фрагменты образцов пород разных литотипов отбирались для изготовления шлифов, оставшаяся часть измельчалась на дробилке и перемешивалась. Дробленая порода была разделена на пять частей. Одна часть исследовалась как исходный образец. Четыре других части совместно с фрагментами на шлифы обрабатывались в муфельной печи при 250; 370; 600 °С в течение 7 ч. Из исходной и термически обработанных дробленых проб отбирались навески на пиролитические исследования, а оставшаяся часть истиралась для проведения рентгено-дифракто-метрического и рентгено-флуоресцентного анализов. Принципиальным моментом исследований являлся выбор образцов разных типов (классов) пород.
Изменения пород-коллекторов (рис. 2), изученные после их окисления в пластовых условиях и по результатам лабораторного эксперимента с нагревом пород в присутствии кислорода, оказались идентичными. До 250 °С в данных породах происходила дегидратация глинистых минералов и кремнезема, наблюдалось окисление ОВ, а при температуре свыше 350 °С началось разложение пирита до гематита и перковаита (Mg5Ca2(SO4)5). Последний — минерал техногенного происхождения — образуется в процессе окисления пирита за счет выделения серной кислоты, частичного разложения карбонатных минералов, в результате чего высвободившиеся кальций и магний расходуются на образование сульфатов. Процесс протекает с сохранением емкостного пространства породы, поскольку в исходном ее составе содержание ОВ не превышало 5 %.
Сопоставимость результатов исследований пород после воздействия на них в пластовых и лабо-
Рис. 1. Fig. 1.
Отбор образцов для изучения техноморфизма верхнеюрских отложений: А — нежелательный (перпендикулярно напластованию), В — рекомендуемый (параллельно естественному напластованию) Taking samples for studies of technomorphism of the Upper Jurassic deposits: A — not advisable (perpendicular to the layering), B — recommended (parallel to the natural layering)
Верх керна
Количественная оценка изменений минеральных компонентов: А — затруднена, В — реализуема Quantitative assessment of changes in mineral carriers: A — difficult, B — feasible
Рис. 2. Fig. 2.
Фотографии шлифов и минеральный состав радиолярита доломитизированного до (A) и после (B) воздействия температурами 250, 370 и 600 °С
Images of thin sections and mineral composition of radiolarite dolomitized before (A) and after (B) exposure to temperatures 250, 370, and 600 °С
0 20 40 60 80 100 %
Исходный |
■
0
250°С ■
20 40 60 80 100 %
■
1
4
7
2 5 8
3 6
370°С I 600°С I
1 — кремнезем; 2 — сумма глинистых минералов; 3 — кальцит; 4 — доломит; 5 — пирит; 6 — анкерит; 7 — гематит; 8 — перковаит (?)
1 — silica; 2 — clay minerals in total; 3 — calcite; 4 — dolomite; 5 — pyrite; 6 — ankerite; 7 — hematite; 8 — perkovaite (?)
раторных условиях свидетельствует о корректности постановки эксперимента. Не затронутые воздействием в пластовых условиях низкопроницаемые карбонатно-глинисто-кремнистые углеродистые породы являлись основным объектом исследований в рамках лабораторного эксперимента с нагревом пород. Для данного литотипа минеральные изменения аналогичны изменениям в породах-коллекторах (рис. 3). Принципиальным отличием двух типов пород является содержание ОВ: в низкопроницаемых
породах оно играет роль цемента, в который погружены минеральные агрегаты породы. При температуре выше 250 °С ОВ активно окисляется, происходит пиролиз керогена, десорбция жидких УВ, а в самих породах за счет данных процессов формируются каналы фильтрации, связывающие ранее закрытые поры в единое емкостное пространство и способствующие миграции УВ. Таким образом, тепловое воздействие на низкопроницаемые нефтематеринские породы будет способствовать их вовлечению в разработку.
Фотографии шлифов и минеральный состав глинисто-карбонатно-кремнистой углеродистой породы до (A) и после (B) воздействия температурами 250, 370 и 600 °С
Images of thin sections and mineral composition of argillaceous-carbonate-siliceous carbonaceous rock before (A) and after (B) exposure to temperatures 250, 370, and 600 °С
20
40
60
80
100 %
Исходный
Усл. обозначения см. на рис. 2 For Legend see Fig. 2
250 °С 370 °С 600 °С
20 40 60 80 100 %
I и~п
я
I
Эксперименты по нагреву пород до разных температур и сравнение изменений в них показали, что основными минеральными преобразованиями являются разложение пирита (при температуре выше 350 °С) до пирротина, частичное растворение карбонатных минералов и образование сульфатов, которые могут частично запечатывать емкостное пространство пород-коллекторов. Органическое вещество более чутко реагирует на повышение температуры, в результате чего в низкопроницаемых нефтемате-ринских породах при его окислении формируются открытые каналы фильтрации, способствующие миграции десорбированных УВ.
Можно сделать вывод, что лабораторные эксперименты по нагреву пород до разных температур и изучение их преобразований позволили установить, что на эффективность технологии теплового воздействия в породах-коллекторах главным образом влияют преобразования минералов и сохранение емкостного пространства в них. Тогда как в низкопроницаемых нефтематеринских породах, напротив, преобразование ОВ будет контролировать формирование в них связанных порово-трещинных каналов фильтрации десорбированных УВ.
Выводы
В связи с развитием технологий разработки трудноизвлекаемых запасов нефти лабораторные исследования, направленные на моделирование техногенного воздействия на породы для прогноза их преобразований в пластовых условиях при аналогичных процессах, являются актуальными. Предложено
введение термина «техноморфизм», определяющего стадию преобразований пород в пластовых условиях при агрессивном техногенном воздействии, которое приводит к значимым изменениям состава и свойств пород в реальном (не геологическом) времени. Основное влияние оказывают именно техногенные процессы, а не естественные условия среды. В зависимости от типа воздействия одна и та же порода может приобретать совершенно различные свойства.
С точки зрения нефтяной геологии анализ техно-морфизма может способствовать: увеличению нефтеотдачи пласта (включая вовлечение в разработку ранее не вовлекаемых ресурсов УВ); ускорению развития новых технологий разработки; минимизации негативного воздействия на окружающую среду путем прогноза изменений свойств породы при определенном техногенном воздействии на нее.
Методики анализа техноморфизма актуальны, но не регламентированы.
Для верхнеюрских отложений проведен анализ техноморфизма при тепловом воздействии. В низкопроницаемых нефтематеринских породах ключевое значение имеет процесс окисления ОВ, которое играет роль цемента, что сопровождается формированием каналов фильтрации и выделением УВ из пород. В большей степени на извлечение УВ из нефтематеринских пород с помощью тепловых методов влияют процессы изменения порового пространства пород, происходящие в породах-коллекторах за счет их минеральных преобразований, а в низкопроницаемых нефтематеринских породах — в результате процессов окисления их ОВ.
0
0
Литература
1. Кузнецов В.Г. Значение изучения эволюции осадочного породообразования в истории Земли для реконструкции изменений геохимических обстановок поверхности // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. - 2019. - №2.- С. 27-34. DOI: 10.32454/0016-7762-2019-2-27-34.
2. Ферсман А.Е. Геохимия. Т. 2. - Ленинград : ОНТИ-Химтеорет, 1934. - 354 с.
3. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. - М.: Высшая школа, 1988. - 328 с.
4. Геологический словарь : в 3-х т. Т. 3. Р-Я / Под ред. О.В. Петрова. - СПб. : Изд-во ВСЕГЕИ, 2012. - 440 с.
5. Трофимов С.Я., Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта И.И. Минеральные компоненты почв: учебное пособие по некоторым главам курса химии почв. - Тула : Гриф и К, 2007. - 104 с.
6. Гуман О.М., Макаров А.Б. Литотехногенез мелкозернистых песчаных техногенных образований// Литология осадочных комплексов Евразии и шельфовых областей : мат-лы IX Всероссийского литологического совещания (Казань, 30 сентября -3 октября, 2019). - Казань : Изд-во Казанского университета, 2019. - С. 114-115.
7. ТалалайА.Г., МакаровА.Б., Глушкова Т.А. Основы литотехногенеза// Техногенез и экология.- Екатеринбург: НТО «Горное», 1996. - С. 4-17.
8. ОСТ39-195-86. Нефть. Метод определения коэффициента вытеснения нефти водой в лабораторных условиях. - 1985. - 18 с.
9. Палий А.О. Разработка нефтяных месторождений. - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2015. - 319 с.
10. Немова В.Д. Многоуровневая литологическая типизация пород баженовской свиты// Нефтяное хозяйство. - 2019.- № 8.-С. 13-17. DOI: 10.24887/0028-2448-2019-8-13-17.
11. Немова В.Д., Панченко И.В. Локализация приточных интервалов баженовской свиты и их емкостное пространство на Средне-Назымском месторождении [Электронный ресурс] // Нефтегазовая геология. Теория и практика. - 2017. - Т. 12. - №1.- Режим доступа: http://www.ngtp.rU/rub/4/11_2017.pdf (дата обращения: 14.09.2020). DOI: 10.17353/2070-5379/11_2017.
References
1. Kuznetsov V.G. Significance of the study of sedimental rock-forming evolution in the Earth history for the reconstruction of the changes of geochemical settings on its surface. Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration. 2019;(2):27-34. In Russ.
2. FersmanA.E. Geokhimiya [Geochemistry]. V. 2. Leningrad: ONTI-Khimteoret; 1934. - 354 p. In Russ.
3. Glazovskaya M.A. Geokhimiya prirodnykh i tekhnogennykh landshaftov SSSR [Geochemistry of natural and technogenic landscapes of the USSR]. Moscow: Vysshaya shkola; 1988. 328 p. In Russ.
4. Petrov O.V., ed. Geologicheskii slovar' [Geological dictionary]. Vol. 3. R-Ya. St. Petersburg: Izdatelstvo VSEGEI; 2012. 440 p. In Russ.
5. Trofimov S.Ya., Sokolova T.A., Dronova T.Ya., Tolpeshta I.I. Mineral'nye komponenty pochv: uchebnoe posobie po nekotorym glavam kursa khimii pochv [Mineral components of soils: a study guide for selected chapters of the soil chemistry course]. Tula: Grif i K; 2007. 104 p. In Russ.
6. GumanO.M., MakarovA.B. Litotekhnogenez melkozernistykh peschanykh tekhnogennykh obrazovanii [Lithotechnogenesis of finegrained sandy technogenic formations]. In: Litologiya osadochnykh kompleksov Evrazii i shel'fovykh oblastei: mat-ly IX Vserossiiskogo litologicheskogo soveshchaniya (Kazan', 30 sentyabrya - 3 oktyabrya, 2019). Kazan': Izd-vo Kazanskogo universiteta; 2019. pp. 114-115.
7. TalalaiA.G., MakarovA.B., Glushkova T.A. Osnovy litotekhnogeneza [Basics of lithotechnogenesis]. In: Tekhnogenez i ekologiya. Ekaterinburg: NTO "Gornoye"; 1996. pp. 4-17. In Russ.
8. OST39-195-86. Neft'. Metod opredeleniya koeffitsienta vytesneniya nefti vodoi v laboratornykh usloviyakh [All-Union Standard 39-195-86. Oil. Method for determining the coefficient of oil displacement by water in laboratory conditions]. 1985. 18 p. In Russ.
9. Palii A.O. Razrabotka neftyanykh mestorozhdenii [Development of oil fields]. Moscow: RGU nefti i gaza imeni I.M. Gubkina; 2015. 319 p.
10. Nemova V.D. Multi-level lithological typization of rocks of the Bazhenov formation. Neftyanoe khozyaistvo. 2019;(8):13-17. DOI: 10.24887/0028-2448-2019-8-13-17. In Russ.
11. Nemova V.D., Panchenko I.V. Lokalizatsiya pritochnykh intervalov bazhenovskoi svity i ikh emkostnoe prostranstvo na Sredne-Nazymskom mestorozhdenii [Localization of inflow intervals and storage volume of the bazhenov formation, sredne-nazym oil fiel]. Neftegazovaya Geologiya. Teoriya I Praktika. Available at: http://www.ngtp.ru/rub/4Z11_2017.pdf (accessed on 14.09.2020). DOI: 10.17353/2070-5379/11_2017. In Russ.
Информация об авторе
Варвара Дмитриевна Немова
Кандидат геолого-минералогических наук,
начальник отдела
ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг»,
109028 Москва, Покровский бульвар, д. 3, стр. 1
e-mail: [email protected]
ORCID ID: 0000-0003-0915-6952
Information about author Varvara D. Nemova
Candidate of Geological and Mineralogical Sciences,
Head of Department
LUKOIL-Engineering,
3, str. 1, Pokrovskii bul'var, Moscow, 109028, Russia e-mail: [email protected] ORCID ID: 0000-0003-0915-6952
