УДК 553.2.624.131.1:553.9
РОЛЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА СЛАНЦЕВОЙ ЗАЛЕЖИ В ФОРМИРОВАНИИ ЕЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ НА РАННЕКАТАГЕННОМ
ЭТАПЕ
© 2014 г. Л. А. Абукова*, И. Ф. Юсупова**, О. П. Абрамова*
* Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа РАН, Москва ** Федеральное государственное унитарное предприятие ВСЕГИНГЕО, Московская область
E-mail: abukova@ipng.ru Поступила в редакцию 30.04.2013 г.
Рассматривается роль важной объемной компоненты высокоуглеродистых пород (в частности, горючих сланцев) — их концентрированного органического вещества (КОВ) — в формировании эпигенетической проницаемости. В качестве примера использованы прибалтийские кукерситовые сланцы (степень преобразованности — ранний катагенез). Подчеркнуто, что флюидопроницае-мость этой сланцевой залежи проявляется локально: в тектонических нарушениях, погребенных эрозионных долинах, а также в линейных структурно-деформационных зонах. В последних ухудшается качество сланцев (понижается теплотворная способность, выход смолы и т.д.), они частично декарбонизируются (и декарбонатизируются), деформируются, приобретают повышенную проницаемость, уменьшаются в мощности, а их мергелистые разности становятся более терригенными. Утверждается, что такие явления были обусловлены частичной (а иногда практически полной) утратой в рассматриваемых участках КОВ кукерситов. Уменьшение органического вещества повлекло высвобождение пустотного пространства, а затем и деформации, нарушение целостности пластов, увеличение проницаемости, потерю исходными сланцами статуса "горючих". Обосновывается связь разрушения КОВ сланцев с сульфатредукционными процессами в подземной гидросфере на раннекатагенном этапе существования сланцевой залежи.
Б01: 10.7868/80023117714020029
Введение. Наличие КОВ1 придает содержащим его породам статус нефтегазоматеринских [2, 3 и др.]. К таким породам, в частности, относятся горючие сланцы. Они широко распространены в осадочных бассейнах и считаются потенциальным источником нефти, количество которой, по некоторым оценкам, многократно превышает разведанные запасы нефти в мире [2]. Высокоуглеродистые (черносланцевые) отложения привлекают внимание на всех стадиях своего существования: на ранних — основной объект изучения (и разработки) содержащееся в них твердое КОВ; на более поздних катагенных стадиях продукты его трансформации — жидкие и газообразные углеводороды (УВ). Это предопределяет интерес к многоаспектному изучению процессов и явлений, происходящих в таких отложениях.
Состояние проблемы. Несмотря на многочисленные исследования, различные стороны существования и преобразования сланцевых залежей
1 Поскольку к породам с рассеянным органическим веществом (РОВ) относят отложения с концентрацией органического вещества (ОВ) менее 5% [1], то при наличии органического вещества более 5% породы могут рассматриваться как содержащие КОВ.
остаются слабо изученными, в том числе проблема формирования флюидопроводимости. Для раннекатагененного этапа она рассматривается на примере прибалтийских горючих сланцев —
кукерситов . Выбору способствовал тот факт, что в ходе многолетней эксплуатации кукерситов накоплена разнообразная геолого-техническая информация, выгодно отличающаяся от получаемой по единичным скважинам. Она не только более обширна, но зачастую и более достоверна, например, в определении органического вещества и теплотворной способности [4, и др.]. Это обстоятельство позволяет использовать сланце-носную толщу в качестве модели для познания многих геологических явлений. Авторами данной статьи уже рассматривался круг проблем, связанных с химико-битуминологическим изучением ОВ этих сланцев, их поровых растворов, возможностью утилизации ОВ сульфатредуцирующей микрофлорой, участием ОВ в карстовом процессе, выявлением доли ОВ в высвобождающейся пустотности и др. В частности, было установлено,
2 Залегающие ниже диктионемовые сланцы (01рк) здесь не рассматриваются.
19
2*
Таблица 1. Типы пород, слагающих промышленный пласт Ленинградского месторождения Прибалтийского сланцевого бассейна [4]
Порода Содержание породообразующих компонентов, %
карбонатные терригенные ОВ
Горючий сланец 40 25 35
Горючий сланец глинистый 45 40 15
Известняк керогенсодержащий 75-80 15 5-10
Глинистый известняк 80 20 -
Мергель 60 40 -
что отложения, обогащенные КОВ, в зоне катагенеза могут стать источником нарастающей дисло-цированности, более интенсивной, чем в иных участках разреза [5—8].
Эксперименты по совместному отжатию ор-
3
ганогенных и связанных вод из кукерситов показали, что, даже не испытав катагенных преобразований, рассматриваемые породы (с еще несозревшим керогеном) при незначительных температурах (25—80°С) и барическом воздействии (10 МПа) уже способны к трансформации с выносом ОВ в заметных порциях. Масса извлеченных рыхлосвязанных вод достаточно ощутима. Знакопеременный способ задания давления (лабораторный аналог вибрационных воздействий) усиливает процесс. Оказалось, что помимо ОВ с поровыми водами выносятся и многие минеральные компоненты [8].
Краткие геологические сведения. Прибалтийский сланцевый бассейн характеризуется пологим моноклинальным погружением осадочных пород в южном направлении, осложняется единичными тектоническими нарушениями, погребенными эрозионными долинами, трещиновато-стью, карстовыми процессами и т.д. [9, 10 и др.]. Терригенно-карбонатные отложения сланцевой толщи (О2) мощностью около 30 м в разной степени обогащены ОВ (табл. 1); его повышенные по-
Таблица 2. Содержание ОВ в отдельных пластах горючих сланцев западного района Эстонского месторождения Прибалтийского сланцевого бассейна [9]
Индекс сланцевого слоя Количество анализов Содержание ОВ, %
от-до среднее
В 88 30.8-61.6 44.7
С 82 16.6-45.0 24.1
D 90 20.6-35.5 32.2
Е 98 21.6-59.1 40.2
3 Разделение органогенных и связанных вод в данном случае не проводилось.
родообразующие концентрации в некоторых пластах и пропластках обеспечивают им статус горю-4
чих сланцев .
Последние в литологическом отношении представляют собой высокоуглеродистые мергели (кукерситы), состоящие из трех породообразующих компонентов: ОВ, карбонаты и терриген-ный материал. Сближенные пласты сланцев в нижней части толщи (О2кк) образуют "полезную" залежь — промышленный пласт ("промпласт"). Содержание ОВ в промпласте колеблется в широких пределах, достигая 40 масс. % и более (табл. 2). ОВ представлено в основном округлыми сгустками (талломоальгинит) размером до 200 мк, которые трактуются как остатки сине-зеленых водорослей Gloecapsomorpha prisca [9]. ОВ кукерситов — гетероатомное высокомолекулярное вещество с элементным составом (%): С — 76.5— 77.5; Н - 9.4-9.9; N - 0.2-0.5; 8 - 1.2-2.0; С1 -0.5-0.9; 02 - 9.0-11.0 и теплотворной способностью до 37.2-37.6 кДж/кг; степень преобразован-ности - ранний катагенез [4].
Флюидодинамическая неоднородность сланцевой залежи. Проявления флюидодинамической неоднородности на раннекатагенном (современном) этапе геологического развития в сланцевой залежи локальны и выражаются, в частности, тектоническими нарушениями, погребенными эрозионными долинами, структурно-деформационными зонами и др.
В тектонических нарушениях (сближенные трещины - сбросы с амплитудой смещения до 10-20 м) породы, в том числе и горючие сланцы, дислоцированы, изменены, местами осложнены карстом. По нарушениям более интенсивно циркулируют подземные воды, осуществляется гидравлическая связь между водоносными горизонтами.
Погребенные эрозионные долины - локальные эпигенетические размывы сланцевой толщи
4 Применяемое в литературе понятие "горючий сланец" не обладает достаточной определенностью. К горючим сланцам относят осадочные породы, содержащие ОВ в количестве 15-40% (а иногда 50 и даже 60-80%), к керогенсодер-жащим - 5-15% [1].
Рис. 1. Участок локального размыва сланцевой толщи — Васавереская погребенная эрозионная долина на Эстонском месторождении горючих сланцев [10] — потенциальный "карман" для генерируемого сланцевого газа при погружении подобных залежей на катагенные глубины. Условные обозначения: 1 — скважины; 2 — растительный покров; 3 — суглинок; 4 — песок; 5 — промышленный пласт горючих сланцев; 6 — известняк.
60 50 40 30 20 10
р. Васавере / Г у 5 3 |С" С. Г -«г У .л с \ » ^^ » \ - "4.
^«ЩШIII™ГШ^ "" .. ТЧ'З:--.*о.
-
- \ V
-
о:¡V.1. л'1* н 'У V 1К
О ■ ..о о -а ■ ■' У V .* * ■ ' .;->-% ^* #
'- а в , 'Н' ■ "л-* ' >0"
■ Л ' • ■ л в М '
\ ° • ■ 0 , '■ ...м
V " 0 \ > .
С
" ' |2 1'ц У VI 4 I ~1 6
1
3
(рис. 1) — выполнены водонасыщенными песками (коэффициент фильтрации этих песков от 10 до 100 м3/сут); они влияют на формирование фильтрационной анизотропии залежи. Размер Васавереской эрозионной долины, например, достигает 5000 х 1000 х 50 м [10]. На более поздних этапах катагенеза подобные образования в случае их неполной кольматации могли бы выполнять роль "карманов" для сбора генерируемого сланцевого газа и/или сланцевой нефти.
Флюидодинамическая неоднородность проявляется и в своеобразных структурно-деформационных зонах, вскрытых в промпласте в ходе разработки. Они линейно вытянуты, обладают высокой проницаемостью (рис. 2). В их центральной части на месте первоначального залегания горючих сланцев были обнаружены остаточные глины, делитифицированные с обломками известняковых прослоев, включениями песчаного материала, эпигенетических сульфидов и т.д. КОВ сланцев по мере приближения к остаточным глинам претерпевает изменения (например, снижение теплотворной способности, выхода смол), содержание его убывает (табл. 3), пористость сланцев увеличивается (до 30—40%), прочность заметно снижается. Вмещающие породы вокруг таких участков трещиноваты и раздроблены [10].
Многие исследователи, в том числе и авторы данной статьи, считают, что такие делитифициро-ванные глины в пределах структурно-деформационных зон — терригенный реликт сланцев, утративших ОВ и карбонаты в анаэробных условиях последевонского подземного палеокарста [10 и др.]. Практически полная декарбонатизация (карбонатный карст) и декарбонизация ("углеро
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.