книги из ГПНТБ / Кудряков, В. А. Гидрогеологические факторы, влияющие на формирование нефтяных и газовых месторождений обзор

М И Н И С Т Е Р С Т В О Г Е О Л О Г И И С С С Р

в с е с о ю з н ы й н а у ч н о -и с с л е д о в а т е л ь с к и в и н с т и ту т

(ИГЛНШШ)

ГИДР0ГЕ01ОГШЕСКЛЕ ФАКТОРЫ, ВЖЯЮЩЕ НА

НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРШСДЕНИЙ

В в е д е н и е

Теория происхождения нефти'и газа базируется на признаках

генетического единства углеводородов, содержащихся в земной ко­ ре в рассеянной и концентрированной формах и на воссоздании геологических обстановок по данным фактических и эксперименталь­

ных данных.

Наиболее важными исследованиями по связи нефггегазообразо-

вания с литогенезом и термобарическими условиями следует счи­ тать работы Н.Б.Вассоевича, В.А.Соколова, А.М.Акрамходжаева и д р .; по нефтегазовой гидрогеологии - работы М .Е.Альтовского,

Схема формирования нефтематеринских отложений разработана для различных з ® литогенеза - от осадков, содержащих исходные органические вещества, до осадков бывшей нефтематеринской свиты,

©Всесоюзный научно-исследовательский институт экономики минерального сырья и геологоразведочных работ(ВИЭМС),1974.

- I -

утративших способность генерировать углеводорода [ ю ] .Детализа­ ция указанной схемы с учетом новых фактических и эксперименталь­ ных данных дала возможность разграничить подготовительную, глав­ ную и затухающую стадии нефтеобразования [ 19J . На основе биту— микологических исследований и экспериментального моделирования

были уточнены границы стадий нефте- и газообразования, что не

тезы неорганического происхождения нефти и газа относительно ге ­ нетической связи углеводородов пород и залежей, а обнаружение органических веществ и углеводородов в норовых растворах f l8

и кр,] окончательно убеждает в переходе углеводородов из органи­

ческого вещества пород в залежь.

г а з а , разработанной В.П.Савченко, В.Н.Корценштейном,.11.Н.Зорь­

киным и др. В отношении же формирования залежей нефти подобной определенности до последнего времени не было.

Основы гидрогеологической гипотезы формирования залежей н е ф т и заложены.в трудах И .0.Брода, М .Е.Альтовского,

В.Брюдерера, П.Пиха, Э.Бейкера, А.А.Карцева и др. Эта гипотеза примечательна тем, что она объясняет механизм миграции углево­ дородов в земной коре. Однако условия фазового обособления углегэдородов и роль органических -аществ подземных вод в неф-

теобразовании и нефтенакоплении остаются неопределенными.

В настоящем обзоре сделана попытка систематизировать послед­ ние достижения нефтегазовой гидрогеологии в изучении органиче­ ских веществ подземных вод как дополнительного источника и фор­

разования с литогенезом, эволюции геогидродинамических систем, метаморфизации природных вод в земной коре.

- 2 -

Органические вещества подземных вод как дополнительный источник и форма

миграттди углеводородов

В природных водах содержатся минеральные вещества, газы и

разнообразные органические соединения.

Выделение в составе.растворенных органических соединений

нефтеобразующих веществ, компонентов нефти и продуктов ее раз­ рушения имеет важное генетическое и поисковое значение, так как дает возможность оценить стадии нефтеобразования и законо­

Подвижность нефти облегчает понимание процессов концентриро­ вания углеводородов, образующихся аз органических веществ.

Утверждение о невозможности генетической связи между рассеян­ ными и концентрированными органическими веществами необоснованно.

Фильтрирующиеся подземные воды в процессах элизионного водообмена могут частично выносить из глин рассеянные органические вещества.

Гипотеза миграции рассеянных органических веществ в водно-

растворенном состоянии объясняет процессы их. концентрирования (?

частности углеводородных составляющих.) Воднорастворенные орга­ нические вещества, по сравнению с рассеянными в породах, явля­ ются целиком подвижными, миграционно способными, и все их пре­ образования происходят при непременном участии природных вод.

Благодаря систематическим исследованиям накоплен обширный фактический материал о количественном содержании и качественном составе органических веществ подземных вод. Среднее содержание органического углерода составляет 27,4 мг/л в грунтовых, 48,5 мг/л в артезианских и 826 мг/л в водах приконтурных зон нефтегазоносных горизонтов [ аз] . В составе этого вещества

- 3 -

кислоты (преимущественно гумяновне в поверхностных и жирные в подземных водах), широкое распространение которых объясняется высокой растворимостью: присутствуют как унаследованные от вод бассейна седиментации, так и перешедшие из рассеянного органиче­ ского вещества горных пород. Достаточное содержание органических кислот в природных водах может свидетельствовать о существенном их участии в образовании нефти.

Судя,по составу органического вещества природных вод, первым

этапом преобразования захороняемого органического вещества расти­ тельного и животного происхождения на стадии седиментогенеза является окисление ряда важнейших компонентов до органических кислот, в том числе разложение белкового материала на аминокис­

лоты и жиров - на жирные кислоты.

Для дальнейшего преобразования разлагающихся органических веществ (в направлении образования нефти) необходима смена окис­ лительной среды анаэробной, восстановительной. Это условие мо­ жет быть выполнено: I ) при перекрытии водонасыщенных осадков

новыми образованиями, преобразующимися в горные породы, и 2) при фильтрации поверхностных вод во внутренние частя артезианского бассейна.

Уменьшение кислородсодержащих соединений происходит вслед­

ствие выхода из реакций разложения воды и углекислого газа или отщепления гидроксильных радикалов. Органические вещества обо­

гащаются водородом преимущественно путем гидрогенизации, возмож­

ности возможный механизм геохимических процессов преобразования исходного материала в компоненты нефти [ 4J .

Основным исходным материалом для образования компонентов нефти считается клетчатка наземных растений, которая по мере про­ движения инфильтрационных вод в глубь артезианского бассейна, а равно и при захоронении водонасыщенных континентальных осадков,

преобразуется в нафтеновые углеводороды и кислород-азотсодержа-

ние компоненты нефти; второстепенным - жирные кислоты и аминокис­ лоты, а также углеводороды, синтезированные организмами.

- 4 -

В водах зовы дафильтрацли а внутренних частей артезианских бас­ сейнов содержатся в бользам количестве различные органические кислоты, прячем гумдаовые и играют важную роль в нефтеобразовании.

Недостаток гипотезы - упрощение механизма нефгеобразования,

т .е . сведение его к преобразованию остатков, главным образом,

назеш ой растительности в компоненты нефти. Этим принижается

значение органических веществ, растворенных в морских водах и распространенных в горных породах в рассеянном и концентрирован­ ном состояниях, и особенно лшоидных компонентов. Относительно участия органических веществ горных пород .в нефгеобразования при­ водятся следующие соображения: основная их масса (до 90^) не растворяется ни в воде, ни в органических растворителях, ни в

щелочах, т .е . не является миграционноспособной. Эксперименталь­ но доказывается, что в зависимости от соотношения концентраций

органических веществ в породах и водах и от сорбционной способ­ ности пород может происходить частичный переход органического вещества как аз пород в воду, так и из воды в породы. Причем,

как правило, гумяновые вещества и кислые смолы сохраняются в водном растворе, а нефтяные углеводороды переходят из вод в

порода.

В то же время в свете других экспериментальных данных [ 52/

вопрос этот не представляется столь простьм. Способность пород сорбировать нефтяные углеводорода зависит от их смачиваемости водой или нефтью, а смачиваемость контролируется нафтенатами кальция и натрия. При образовании на поверхности пород (карбо­ натных я терригенных с карбонатным цементом) нафтенатов кальция они смачиваются нефтью и сорбируют углеводороды, а при образова­ нии на поверхности пород (силикатных) нафтенатов натрия адсорб­ ция нефти не происходит.

В рассмотренной выше гипотезе [ а] не учитываются также:I) ка­

талитический гидролиз даже тех углеводных компонентов органи­

ческого вещества пород, дня которых он очевиден, вследствие на­ хождения указанных компонентов в водном растворе; 2) длитель­ ность геологических процессов нефтеобразования.

Схема преобразования органических веществ, растворенных в м о р с к и х водах в нефтяные компоненты была разработана П.Пиха [ э о ] . Она основана на том, что материнским веществом нефти служили продукты фотосинтеза морского происхождения (вод о-

- 5 -

рос ли/'травы , фитопланктон). Поскольку в этой схеме, как и в предыдущей [4 ] , осношыми компонентами нефти считаются продук­ ты преобразования углеводов, то приведенный выше критический анализов полной мере относится и к этой гипотезе.

Согласно представлениям В.Брвдерера [ 47'] , исходными веще­

глубь артезианского бассейна меняются геохимические условия и разложение органических веществ прекращается; физико-химические и биохимические процессы в восстановительной обстановке обеспе­ чивают преобразование органических веществ в компоненты нефти.

Учет органических веществ наземного и морского происхожде­ ния безусловно является выигрышным моментом^этой гипотезы, тем более что именно в прибрелсно-морской зоне наблюдается обилие ор­ ганического материала. Однако при этом явно недоучитывается,

роль органических веществ континентальных вод, а также морских вод, погребенных при седиментогенезе. Кроме то го , имеются возра­ жения против гидродинамического обоснования возможности инфиль­ трации такого количества прибрежно-морских вод в осадочные по­ роды. Эти возражения,в частности, связаны с пониженным положени­ ем береговых участков относительно даутриконтинентальных обла­ стей инфильтрации [4 ] .

В рассмотренных трех гипотезах подчеркивается приуроченность процессов нефтеобразования к водной среде (авторами предлагает­ ся по. чтие "нефтематеринскяе вода). Роль водаорастворенного со с­ тояния углеводородов при образовании нефти отмечалась также У.Г.Мейншейном, М.Я.Гербер, Э.Бейкером и др. Так, различия в количественных соотношениях между алканами с четным я нечетным числом атомов углерода в углеводородах осадков я нефтей объясня­ лось различной растворимостью отдельных углеводородов в воде я относительным накоплением более растворимых соединений в нефтях.

Различная растворимость углеводородов в водных растворах с ми­ целлами мыл обусловливает относительное однообразие состава неф­ тей, в частности присутствие в нефтях не всех статистически возможных изомеров и постоянство пропорций некоторых индивидуаль-

- 6 -

них углеводородов внутри определенных классов, например соотно­

ние седиментогенных вод нефте образующими веществами происходит в основном в процессе элизяонного.,водообмёна за счет органиче­

ских веществ, рассеянных в г о р H 's :r - i - O j o j i a х .

Различия “между водами современных и'Древних Отложений, вы­

раженные в соотношениях жирных кислот с четным;и нечетнш числом атомов углерода, интерпретируются многими исследователями как об­ щая. направленность преобразования водаорастворенннх жирных кис­ лот в сторону преимущественного накопления их с нечетным числом атомов углерода. Действительно, превращение непредельных жирных кислот в циклические углеводороды в процессе кетонной циклиза­ ции сопровождается декарбоксидированием и ведет к изменению коэф­ фициента нечетности.

Экспериментальные данные об образовании алканов и цикланов из жирных кислот и широкое распространение последних в морских и подземных водах подтверждают мнение о решающей роли лшоидвчх компонентов вообще и жирных кислот в частности в нефтеобразо-

ванш .

Органические вещества горных пород преобразуются в углеводо­ роды под действием гидрогенизации, диспропорционирования водо­ рода и радикалов, декарбокешшрования, дезаминирования и цикли­ зации.

Аналогия процессов преобразования органических веществ гор­ ных пород и подземных вод в углеводороды устанавливается исходя из:

1) присутствия в подземных водах частично таких же органи­ ческих веществ, как и в горных породах;

2)идентичности геохимических и термобарических условий нахождения органических веществ в породах и водах;

3)благоприятного влияния высокой дисперсности органических

веществ и солевого комплекса подземных вод на условия каталити­

ческих превращений;

- 7 -

4) экспершентальных данных по преобразованию органических веществ, в том числе и водаорастворенннх, в углеводороды;

5) наличия в подземных водах промежуточных продуктов преоб­ разования воднорастворимых органических веществ в углеводороды.

Схема преобразования водаорастворенннх органических ве­ ществ в кошоненты нефти показана на р а с.1 .

Таким образом, основными историками органических веществ,

преобразующихся в компоненты нефти, являются следующие.

I . Органические вещества горных пород служат исходным мате­ риалом практически для всех кошонентов нефти. В их преобразова­ нии особое значение имеют процессы сорбции и десорбции углево­ дородов [ l ] , теснейшим образом связанные со стадийностью лито­ генеза [ 2,10,19 и др.]. Углеводорода из органического вещества пород частично растворяются в подземных водах я насыщают их неф­ теобразующими компонентами и углеводородными газами. Однако растворимость некоторых кош онентов органических веществ (орга­ нических кислот, полисахаридов я д р .) значительно выше, чем углеводородов.

- 8 -