Геохимия углистого органического вещества и его роль в формировании месторождений нефти и газа на территории Томской области

Актуальность работы. Россия занимает одно из лидирующих мест в мире по добыче нефти, в результате чего разведанные запасы катастрофически истощаются, и остро стоит проблема их воспроизводства. Одним из главных факторов, который определяет перспективность территорий на наличие нефтяных и газовых залежей, является присутствие нефтегазоматеринских пород в осадочном чехле. Меловые отложения Западной Сибири бедны органическим веществом. Поэтому все разведанные запасы углеводородов генетически связаны с тремя основными типами нефтематеринских пород, расположенных в верхней юре, нижней и средней юре и палеозое. Основные скопления нефти залегают в породах мела и верхней юры. Общепризнано, что они генерированы баженовской свитой. Результаты детальных геохимических исследований нефтей показали, что не все нефти Томской области были генерированы органическим веществом баженовской свиты [Конторович А.Э. и др., 1975; Гончаров И. В., 1987; Воробьева Н. С. и др., 1992; Петров Ал.А., 1994, 1995; Гончаров И. В. и др., 2003; Костырева Е. А. 2005]. Кроме нефтей баженовского типа присутствуют нефти палеозойского типа, также генерированные классическими нефтематеринскими породами морского генезиса, но доюрского возраста. Особый интерес вызывают нефти третьего типа, которые были сформированы неморским органическим веществом. Такое органическое вещество широко распространено в отложениях нижней и средней юры, а также в доюрских отложениях Кузбасса и севера Западной Сибири.

Большой вклад в изучение нефтегазоносности нижнесреднеюрского комплекса Томской области внесли Бахарев Н. К., Бостриков О. И., Гончаров И. В., Гурари Ф. Г., Даненберг Е. Е., Девятов В. П., Ёлкин.Е.А., Казаков A.M., Конторович А. Э., Конторович В. А., Краснов В. И., Серебренникова О. В., Стасова О. Ф., Сурков B.C., Фомин А. Н., Фомичев А. С. и другие.

На сегодняшний день не существует единой точки зрения в оценке роли нижнесреднеюрских отложений в формировании залежей углеводородов на территории Томской области. Нижнесреднеюрский комплекс по различным оценкам может содержать более 30% потенциальных запасов нефти и газа в регионе. В результате бурения из этих отложений были получены многочисленные притоки. В ходе многолетних исследований коллективами ИНГГ СО РАН, СНИИГГиМС, ИХН СО РАН, ИГРГИ, ВНИГРИ и другими был внесен значительный вклад в их изучение. Однако в этих работах не была проведена количественная оценка качества органического вещества, т. е. нефтегазогенерационного потенциала. Кроме того, не была строго доказана генетическая связь нефтей полученных из отложений нижней и средней юры с определённым типом органического вещества. Поэтому вопрос об источнике большинства нефтей нижней и средней юры до сих пор остается открытым.

Объектом исследования являются юрские угленосные отложения, нефтяные, нефтегазоконденсатные и газоконденсатные месторождения Томской области.

Цель работы. Выявление углеводородных флюидов, генетически связанных с неморским органическим веществом, и оценка возможной роли углистого органического вещества юрских отложений в формировании их залежей на территории Томской области.

Основные задачи исследования:

— определение угленасыщенности юрских отложений в различных частях изучаемой территории, построение схематических карт распространения угольных пластов для различных горизонтов и для юрских отложений в целом;

— пиролитические и углепетрографические исследования углесодержащих пород, и определение их потенциальных нефтегазогенерирующих способностей.

— исследование молекулярного и изотопного состава нефтей и ассоциированных с ними газов, а также экстрактов из углесодержащих пород и выявление наличия или отсутствия между ними генетических связей;

— изучение влияния катагенеза на молекулярный состав нефтей и экстрактов из углей, и на этой основе поиск высокоинформативных молекулярных критериев степени термической зрелости углистого органического вещества.

Фактический материал и методы исследований.

Всего было исследовано 173 образца углей из 76 разведочных и эксплуатационных скважин Томской области. Из этих проб для 88 образцов были проведены детальные хроматомасс-спектрометрические исследования хлороформенных экстрактов, для 28 образцов — углепетрографические исследования, для 18 — определение элементного состава. Все отобранные образцы углей были проанализированы методом пиролиза в инертной атмосфере по технологии Rock-Eval. Толщины угольных пластов определялись по каротажным данным для 120 разведочных и поисковых скважин. Проведены хроматомасс-спектрометрические исследования 131 пробы нефти. Изотопный состав углерода и компонентный состав был определен для 43 проб попутного нефтяного газа и газа газовых шапок.

Основные защищаемые положения.

1. На территории Томской области присутствуют залежи нефти и газовые шапки, формирование которых происходило с участием углистого органического вещества.

2. Юрские угли Томской области представляют собой концентрированное органическое вещество, относящееся ко II/III и III типам керогена, с содержанием органического углерода в среднем 76%, обладающее повышенным нефтегазогенерационным потенциалом.

3. Широкое распространение на изучаемой территории юрских угольных отложений и достаточно высокий нефтегазогенерационный потенциал содержащегося в них органического вещества позволяют классифицировать их как потенциальные нефтегазоматеринские породы Томской области.

4. Предложенный новый молекулярный параметр, бензонафтофурановое отношение, совместно с параметрами, основанными на распределении фенантренов, гопанов и стеранов, позволяет более корректно проводить оценку степени термической зрелости углистого органического вещества и нефтей.

Научная новизна:

— определены закономерности распространения углистого’органического вещества юрских отложений в западной части Томской области;

— проведены детальные комплексные исследования углистого органического вещества и его экстрактов юрских отложений Томской области, и показано, что углесодержащие породы характеризуются высокой способностью к генерации жидких и газообразных углеводородов;

— выполнены масштабные исследования изотопного состава углерода компонентов попутного газа и газа газовых шапок месторождений Томской области;

— предложен новый молекулярный параметр термической зрелости углистого органического вещества и нефтей (бензонафтофурановое отношение), который в отличие от стерановых и гопановых индексов характеризуется более широким диапазоном действия;

— на основе комплекса молекулярных и изотопных параметров доказано участие углистого органического вещества в формировании залежей нефти и газа на территории Томской области;

Практическая ценность.

Обосновано участие углистого органического вещества в формировании залежей нефти и газа на территории Томской области, что позволяет с новых позиций подойти к механизму их образования и повысить эффективность геологоразведочных работ.

В процессе работы получен уникальный массив экспериментальных данных, характеризующих органическое вещество углесодержащих пород юрских отложений Томской области, который может являться основой для дальнейших более детальных исследований при оценке перспектив территории на нефтегазоносность и поиска залежей углеводородов, в формировании которых участвовало углистое органическое вещество. Разработанный молекулярный параметр катагенеза органического вещества углесодержащих пород юрских отложений предлагается к использованию при геохимических исследованиях неморского органического вещества.

Апробация работы и публикации. Результаты работы представлялись на 9 российских и международных конференциях: 7-ая, 8-ая международная конференция «Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа» (Москва, 2004, 2005).- научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевого комплекса и производительных сил Томской области» (Томск, 2004) — 22-ой, 23-ий, 24-ый международный конгресс по органической геохимии (Севилья, Испания, 2005; Торки, Великобритания, 2007; Бремен, Германия, 2009) — 68-ая международная конференция европейской ассоциации геоученых и инженеров (Вена, Австрия, 2006) — 6-ая, 7-ая международная конференция «Химия нефти и газа» (Томск, 2006, 2009) — научно-практическая Южнороссийская конференция «Проблемы бассейнового и геолого-гидродинамического моделирования» (Волгоград, 2006).

По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе: 4 статьи в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК, 20 работ опубликовано в виде материалов международных и российских конференций и получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения.

Список литературы

включает 164 наименований. Общий объем диссертации составляет 155 страниц текста, включая 44 рисунка и 21 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе проведен детальный комплекс исследований нефтей, газов, конденсатов и органического вещества углесодержащих пород юрских отложений. Использование классических и современных методов исследований позволило сделать следующие основные выводы:

1. По результатам хроматомасс-спектрометрического анализа и определения изотопного состава углерода выделена группа углеводородных флюидов, генетически связанных с неморским (углистым) органическим веществом. Сопоставление их состава с экстрактами из углесодержащих пород, а также нефтепроявлением из угольной шахты Кузбасса показало наличие общих геохимических черт.

2. Построены схематические карты угленасыщенности юрских отложений. В разрезе юрских отложений присутствует большое количество угольных пластов и пропластков. Уленасыщенность в некоторых частях изученной территории достигает 40 метров и более, что составляет 10−12% от общей толщины юрских отложений. Наибольшая угленасыщенность характерна для среднеюрских отложений (вымский горизонт).

Нефтяные залежи, формирование которых происходило с участием углистого органического вещества, тяготеют к зонам распространения максимальных суммарных толщин угольных пластов.

3. Пиролитические исследования показали большую изменчивость нефтегазогенерационного потенциала углей. Величина водородного индекса (HI) исследованных углей изменяется в диапазоне от 47 до 547 кг УВ/т Сорг. Характерной особенностью углистого органического вещества является полифациальность, как по разрезу, так и по латерали.

4. Предложен новый параметр (бензонафтофурановое отношение), который позволяет проводить оценку термической зрелости, как углистого органического вещества, так и нефтей и, таким образом, осуществлять прямую корреляцию" с органическим веществом нефтегазоматеринских пород.

5. Использование комплекса молекулярных параметров позволило провести оценку катагенеза нефтей Томской области, формирование которых происходило с его участием. Согласно результатам на изученной территории присутствуют нефти тогурского типа сформировавшиеся как на самом раннем этапе процесса нефтеобразования, так и те, которые были генерированы углистым органическим веществом в жестких термобарических условиях, не присущих юрским отложениям. На основании этого сделано предположение о возможной роли участия доюрских континентальных отложений в формировании нефтей этого типа.

6. На базе значений молекулярных параметров термической зрелости углистого органического вещества предложен нефтепоисковый критерий: если величина MPI-1 -BNFR — Н/(Н+М) — St-C29 рр/(рр+аа) в экстрактах из углей находится ниже 0,40 — 0,57 -0,74 — 0,56, соответственно, то эти углесодержащие породы еще не достигли минимального уровня генерации углеводородов достаточного для образования промышленных залежей нефти.