НЕФТЕХИМИЯ, 2004, том 44, № 6, с. 440-448
УДК 550.4:553.98/470.41
ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОСТАВА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ - БИОМАРКЕРОВ В НЕФТЯХ И БИТУМАХ БАВЛИНСКОЙ ПЛОЩАДИ ЮЖНО-ТАТАРСКОГО СВОДА
© 2004 г. Г. П. Каткова, Л. 3. Нигмедзянова, Г. В. Романов, Н. С. Шарипова, В. М. Смелков, М. В. Дахнова1, Т. П. Жеглова1, Э. В. Храмова1
Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН 1Всеросийский научно-исследовательский геологический нефтяной институт, Москва Поступила в редакцию 14.11.2003 г. Принята в печать 09.06.2004 г.
С применением методов жидкостно-адсорбционного разделения, газовой хроматографии и хрома-то-масс-спектрометрии выявлены особенности состава нефтей и битумов из отложений осадочного чехла и пород фундамента Бавлинской площади и проведена дифференциация углеводородных флюидов по молекулярному составу их биомаркерных параметров. Показано, что битумы фундамента имеют органическую природу подобно нефтям и битумам осадочной толщи. Установлено генетическое сходство битумов фундамента и рифей-вендских отложений, а также тех и других с нефтью из живетских отложений среднедевонского возраста. Сделаны заключения о геохимических типах исследованных флюидов в пределах изучаемой площади и об их вероятных источниках.
Проведенные геологические и геохимические работы в Татарстане приводят к выводам о возможности современного подтока глубинной нефти в осадочный чехол из подкоровых зон кристаллического фундамента и подпитке разрабатываемых месторождений. Об этом свидетельствуют разуплотненные флюидоносные интервалы в до-кембрийском кристаллическом комплексе Татарстана, состав органического вещества в глинистых минералах зон деструкций, многочисленные разломы фундамента, которые прослеживаются вверх по разрезу в осадочном чехле в виде зон трещиноватости [1-4]. Несмотря на то, что нефтеносные терригенные отложения девона залегают непосредственно на кристаллическом фундаменте, наличие потоков углеводородов (газообразных или жидких), способных образовывать залежи на территории Татарстана, до сих пор достоверно не установлено [5, 6] и многие наблюдаемые явления требуют научно-теоретического обоснования и экспериментальной проверки. Поэтому выявление углеводородов в кристаллической толще фундамента, исследование их состава и взаимосвязей с битумами и нефтями осадочного чехла является актуальной задачей при установлении питающих разломов и условий формирования нефтяных месторождений, а также выработки критериев оценки перспектив поиска новых ресурсов углеводородов в нетрадиционных коллекторах.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Объектами исследования служили образцы нефтей из среднедевонско-нижнефранских и верх-недевонско-турнейских отложений осадочной толщи, а также образцы битумов из рифей-вендско-го осадочного комплекса и из пород фундамента Бавлинской площади (юго-восточный склон Южно-Татарского свода - ЮТС). На исследуемой площади промышленно-нефтеносными являются терригенные и карбонатные отложения девона и нижнего карбона. В пределах района протрассированы крупные региональные нарушения в виде глубинных разломов фундамента юго-восточного простирания и протяженные разрывные зоны в осадочном чехле [7], с которыми могут быть связаны пути миграции углеводородов к местам своего скопления.
Комплекс проведенных работ включает исследование образцов пород пиролитическим методом Rock-Eval, экстракцию хлороформенных битумов (ХБА) из пород, разделение хБА и нефтей на фракции, газохроматографический и хромато-масс-спектрометрический анализ насыщенных фракций.
Пиролитическое исследование пород по методу Rock-Eval осуществляли на SR-анализаторе фирмы Humble Instruments & Services, Inc., методом объемного термического экстрагирования при программированном нагреве навесок пород в диапазоне температур 300-600°С в токе инертного газа. Определение общего содержания органи-
Таблица 1. Результаты геохимического исследования образцов пород Бавлинской площади ЮТС
N3) Месторождение, Возраст Глубина, С орг ХБА, Данные пиролиза
скв. м % % S1, мг/г S2, мг/г T °С А мах' ^
1 Бавлинское, 3915/1 R-V 2161-2164 0.04 0.0012 0.11 0.29 335.1
2 Бавлинское, 3915/2 R-V 2213-2219 0.003 0.0003 0.12 0.32 357.1
3 Бавлинское,20011 A-Pt 2482-2496 0.01 0.0012 0.08 0.25 351.6
4 Бавлинское,20011 A-Pt 2507-2513 0.07 0.0025 0.08 0.27 328.9
5 Бавлинское,20011 A-Pt 3036-3039 0.03 0.005 0.08 0.28 341.4
6 Бавлинское,20011 A-Pt 3240-3246 0.03 0.005 0.09 0.27 348.7
7 Бавлинское, 20011 A-Pt 3494-3500 0.02 0.005 0.09 0.31 354.9
а) Номер образца в тексте и на рисунках.
ческого углерода (Сорг) в породе проводили на экспресс-анализаторе АН-7529 после декарбонизации породы 10%-ным HCl.
Выделение битумов из образцов проводили методом горячей экстракции хлороформом в аппарате Сокслета. Полученный раствор хлоро-форменного битума (ХБА) отфильтровывали от возможных механических примесей, концентрировали и подвергали очистке от элементной серы ртутью.
Разделение экстрактов и нефтей на фракции проводили методом колоночной жидкостно-адсорб-ционной хроматографии по технологии ВНИГНИ. Перед адсорбционным разделением из хлорофор-менного экстракта выделяли асфальтены.
Газохроматографический анализ насыщенных фракций проводили на хроматографе HP 5890 серии II фирмы Hewlett Packard с использованием пламенно-ионизационного детектора (FID) и высокоэффективной кварцевой капиллярной колонки (l = 60 м, d = 0.32 мм), заполненной неподвижной фазой ДВ-1.
Хромато-масс-спектрометрический анализ биомаркеров - стерановых и терпановых углеводородов - выполняли на квадрупольном хромато-масс-спектрометре Benchtop Mass Spectrometer Q-MASS 910 фирмы Perkin-Elmer. Использована высокоэффективная кварцевая капиллярная колонка (l = 60 м, d = 0.32 мм) с неподвижной фазой ДВ-1701 (14% цианопропилфенилсиликон). Компьютерная обработка полученных результатов проводилась в системе Turbochrom/Geochemistry Navigator. Для основных характеристических биомаркерных ионов -m/z 191.2 (трициклические и пентациклические тритерпаны), m/z 217.2 (стераны) - автоматически рассчитывали биомаркерные параметры.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Битумы фундамента. Пиролитическим методом Rock-Eval установлено (табл. 1), что по разре-
зу скв. 20011 и 3915 в диапазоне глубин 2161-3500 м образцы пород фундамента и рифей-венда характеризуются низкими значениями Сорг - 0.01-0.07%. Показатели пиролиза очень низкие: свободное нефтесодержание (Б^ составляет 0.08-0.12 мг/г породы, количество углеводородов, образовавшихся в ходе деструкции керогена (Б2), - 0.250.32 мг/г породы. Температуры максимальной деструкции органического вещества (Ттах) также низкие - 328.9-357.1°С. Породы явно не нефтемате-ринские. Концентрация битумов в них очень мала (0.0003-0.005% ХБА).
Групповой состав битумов из пород фундамента, представленный в табл. 2, подтверждает данные пиролиза. В составе битумов доля углеводородов составляет 28.3-36.3%, из них на долю насыщенной фракции приходится 15.8-22.3%, ароматической -10.3-14%. В отличие от нефтей битумы фундамента примерно на 70% состоят из смолисто-ас-фальтеновых компонентов. Тяжелые компоненты (смолы и асфальтены) составляют 48.5-50.5 и 15.2-20.6%, соответственно, что, по-видимому, связано со вторичными преобразованиями битумов в породе, с их окислением.
Изученные битумы сильно различаются, как по содержанию н-алканов, которое меняется от 30.09 до 66.07% (в расчете на насыщенную фракцию), так и по характеру их распределения (например, табл. 3, рис. 1). Единственной общей чертой распределения является преобладание относительно более высокомолекулярных углеводородов над их низкомолекулярными гомологами - максимум на н-С29 - н-С31. В то же время по значениям отношений нечетных н-алканов к четным исследованные образцы сильно различаются. Особенно резко эти различия выражены для показателей СР1 в диапазоне н-С28 - н-С30 и для ОЕР - в диапазоне н-С29- н-С33. Первый показатель варьирует от 1.3 до 9; второй - от 1.0 до 7.4. На хроматограммах трех битумов фундамента (№ 10, 11, 13) присутствует "горб" разной высоты в области н-С20-н-С33, состоящий из сложной смеси неразделенных
Таблица 2. Групповой состав нефтей и ХБА пород фундамента Бавлинской площади ЮТС
N3) Месторождение, скв. Возраст Тип флюида Глубина, м Литология* Групповой состав
углеводороды** смолы*** асфальтены
Н А Б СБ
1 Сабанчинское, 1625 C1bb Нефть 1238.8-1242.3 П 40.9 37.6 20.5 1.0
2 Бавлинское, 1424 C1t Нефть 1151-1156 И 37.8 35.8 25.5 0.9
3 Бавлинское, 388 C1bb+ Нефть 1184-1187 П + И 26.2 42.4 22.4 9.0
C1t 1312.5-1319
4 Бавлинское, 462 D3fm Нефть 1436-1444 И 29.2 44.8 19.0 7.0
5 Бавлинское, 18 D3fps Нефть 1728-1731 П 31.0 52.0 12.0 5.0
6 Бавлинское, 313 D3fps Нефть 1785-1797 П 48.9 35.0 11 .8 4.3
7 Бавлинское, 475 D2gv Нефть 1874-1881 П 54.0 36.1 8.0 1.9
8 Бавлинское, 20011 A-Pt ХБА 2482-2496 Ф 15.8 12.5 20.1 31.9 19.7
9 Бавлинское, 20011 A-Pt ХБА 2507-2513 Ф 22.3 14.0 16.5 32.0 15.2
10 Бавлинское, 20011 A-Pt ХБА 3036-3039 Ф 20.5 12.4 10.9 38.2 18.0
11 Бавлинское, 20011 A-Pt ХБА 3240-3246 Ф 20.1 10.5 9.0 39.8 20.6
12 Бавлинское, 20011 A-Pt ХБА 3494-3500 Ф 20.0 10.3 10.0 40.5 19.2
а Номер образца в тексте и на рисунках. * Литология: П - песчаник, И - известняк, Ф - фундамент. ** Углеводороды: Н - насыщенные, А - ароматические. *** Смолы: Б - бензольные, СБ - спирто-бензольные.
соединений, наличие которого обычно объясняется окислительными процессами. Каких-либо направленных изменений состава битумов по разрезу, фундамента, связанных с процессами миграции, не фиксируется. Так, не наблюдается молекулярно-массового перераспределения н-алканов - возрастания содержания легких гомологов (н-С14 - н-С21) на фоне снижения концентраций более тяжелых (>н-С22). Такие индикаторы миграции, как отношения пристан/н-С17 и фитан/н-С18, по разрезу меняются незакономерно (табл. 3).
При различии в содержании и распределении н-алканов битумы фундамента по характеру распределения в них биомаркеров сходны между собой (табл. 4). Во всех образцах доминируют пента-циклические
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.