Геология и геохимия нефти и газа ИЗМЕНЕНИЯ НЕФТИ

Геология и геохимия нефти и газа ИЗМЕНЕНИЯ НЕФТИ В ПРОЦЕССЕ МИГРАЦИИ

Признаки миграции • Процессы миграции нефти в недрах непосредственно наблюдаемы быть не могут. • О них можно судить по изменению состава флюида, а также по присутствию на предполагаемых путях движения флюидов « следов миграции » , которые могут быть как непосредственными (вещественными) — примазки нефти, твердые нафтиды, наличие аллохтонных битумоидов, повышенная газонасыщенность вод и др. , • Так и косвенными — изменение окраски пород, р. Н вод и т. д. • Делая выводы о процессах латеральной миграции мы используем состав нефти в залежах, а мигрирует микронефть.

Уровень зрелости нефти • В нефтяной геохимии широко используется показатель « уровень зрелости нефти » - несоответствие уровня зрелости нефти термобарическим условиям залежи может служить показателем миграции. Но подобные несоответствия возможны лишь при значительных вертикальных перемещениях флюидов, т. е. вертикальной миграции вверх по разрезу.

Показатели миграции в составе нефти • Для установления характера миграционных процессов важно выявлять направленность изменений того или иного параметра. • Наиболее информативными показателями являются: • Углеводородный состав, • групповой (компонентный ) состав, • Фракционный состав, • изотопный состав углеводородных систем. • Но! и для этих показателей нет строго установленных единых закономерностей. •

Факторы влияющие на направленность изменения нефтей • На направленность изменений свойств и состава нефтей влияет ряд факторов: • форма переноса флюида — струйная, диффузионная, растворенная; • направленность миграционных процессов — латеральная или вертикальная • и тесно связанные с этими факторами различные адсорбционно- хроматографические эффекты , которые определяются вещественным (минералогическим, литологическим, гранулометрическим) составом среды, скоростью фильтрации и др.

Изменение состава нефти при латеральной миграции • Групповой состав • Величина отношения смолы/асфальтены должна расти, по направлению миграции, поскольку асфальтены, как и высокомолекулярные УВ, характеризуются лучшими сорбционными свойствами по сравнению со смолами. • Но! В природных условиях эта закономерность не выполняется, и указанные параметры изменяются произвольно, незакономерно (На примере нескольких НГБ показал В. А. Чахмахчев, 1983 г. ) • В коллекторских толщах не создаются условия непрерывного хроматографического разделения даже высокомолекулярных УВ и гетероатомных соединений. • Эти процессы, по-видимому, однозначно фиксируются при вертикальных перемещениях УВ через слабопроницаемые покрышки, литологические окна.

Углеводородный состав бензинов (С 5 -С 8) • По направлению миграции уменьшаются следующие отношения: • Арены Σ(С 6 -С 7) / алканы Σ(С 6 -С 7), • толуол / бензол, • ΣЦГ/ΣЦП • Поскольку миграционная способность УВ в числители этих отношений мигрируют лучше

Углеводородный состав средних фракций (С 12 -С 32) • среди изопренанов наибольшей миграционной способностью характеризуются С 14—C 16 по сравнению с C 19 -C 20, • с увеличением дальности миграции растет отношение • изо(С 14—C 16)/изо(C 18 -C 20). • поскольку растворимость пристана ( Pr ) лучше, чем фитана ( Ph ), то отношение Pr/Ph должно расти по направлению миграции. • Как правило, газоконденсаты имеют повышенное содержание Pr , т. е. он мигрирует в газовом растворе лучше. • Но! Статистические данные по различным нефтям разновозрастных НГБ свидетельствуют об устойчивости этого отношения и оно рассматривается как генетический показатель. • алканы/циклоалканы – растет по направлению миграции

Полициклические биомаркеры • Трициклические терпаны-хейлантаны более подвижны по сравнению с гопановыми УВ, и величина отношения три/пентациклических нафтенов растет по направлению миграции.

Полициклические биомаркеры • У стерановых биомаркеров наиболее подвижными являются эпимеры с биоконфигурацией ααα 20 R по сравнению с эпимерами ααα 20 S с геоконфигурацией. • Соотношение этих стереоизомеров по регулярным и перегруппированным стеранам ααα 20 R/ααα 20 S предложено использовать как показатель миграции. Величина этого отношения возрастает по направлению перемещения флюида. Регулярный или изостеран ( ) Перегруппированный или диастеран ( )

Изменение изотопного состава углерода • Эмпирически и экспериментально установлено, что происходит облегчение (увеличение 12 С) изопного состава С от легких фракций к более тяжелым. • Для генетически единых нефтей концентрация изотопа 12 С тем меньше, чем выше в них содержание бензиновой фракции. • При региональной латеральной миграции установлено общее облегчение изотопного состава углерода нефти , т. е. увеличение содержания изотопа 12 С по направлению миграции, что, видимо, обусловлено сорбцией наиболее изотопно тяжелых Изменение величины 13 С (%) фракции нефти смолисто-асфальтеновых НК-1300 С по разрезу месторождений Прикумско- компонентов нефти и лучшей Сухокумской зоны поднятий миграционной способностью 12 С. 1 -песчаники; 2 - глины; 3 - известняки; 4 - залежи нефти

Распределения микроэлементов в нефтях • Установлено повышение общей концентрации микроэлементов в высококипящих фракциях. • Приуроченность одних элементов к тяжелым фракциям (V, Ni, Co, Cr), а других к легким (Hg, Sr, Rb, Cu, Zn, R и др. ) позволило проследить характер изменения микроэлементов в процессе миграции (Пунанова С. А. , Чахмахчев В. А. , 1974) • Действует сорбционный эффект. • Поскольку тяжелые фракции нефтей адсорбируются лучше, то концентрация V, Ni, Co, Cr будет уменьшаться, в то время как содержание Hg, St, Rb, Cu, Zn, R —спутников легких фракций будет расти. • Величины отношений V / Cu , Ni / Cu , Co / Cu являютс информативными и закономерно снижаются в процессе миграции через слабопроницаемые глинистые породы. • В водонасыщенных природных резервуарах, породы которых имеют низкие сорбционные свойства, эти показатели теряют информативность.

Соотношение карбазолов • Некоторые соединения претерпевают фракционирование в процессе латеральной миграции. • В качестве таких соединений было предложено использовать карбазолы — нейтральные азотсодержащие полиароматические соединения нефти. • Эти соединения были выбраны в качестве маркеров миграции, так как: • они присутствуют в нефти в достаточно высоких концентрациях (0, 1 — 0, 5%); • на характер распределения карбазола и его гомологов не влияют исходный тип ОВ, условия его седиментации, диагенеза и катагенеза, • изменяется соотношения карбазолов только в процессе миграции. • Используются, главным образом, гомологи карбазола, представленные в основном метил- и диметилзамещенными, среди которых преобладают изомеры, у которых заместители расположены в положениях 1 (1 Мкарбазол) и 1, 8 (1, 8 ди. Мкарбазол) положениях. СН 3 1 8 1 карбазол 1 -Мкарбазол 1, 8 -ди. Мкарбазол бензокарбазол

• В процессе изучения карбазолов было установлено, что изомеры с одинаковым числом метильных ( M ) и этильных (Э) радикалов, но с различным их расположением отличаются по растворимости в неполярных растворителях. • Так, растворимость 1 - M карбазолов и 1, 8 - ди M карбазолов в гексане составляет 0, 2— 0, 3 мг/мл, тогда как растворимость изомеров с тем же числом заместителей, но в других положениях (2, 3, 4, 5, 6, 7), где М группы не экранируют -NН группу, меньше в 10 -20 раз. (Е. Б. Фролов и др. ) • В нефтях также отмечены значительные вариации отношения 1 - к 2 - Мкарбазолу (почти в 10 раз), в то время как соотношение между 2 - и 3 -Мкарбазолами изменяется едва заметно. • Было высказано предположение, что состав карбазолов в нефтях должен быть весьма чувствителен к миграционным процессам, а возможно, и контролировать их.

• При увеличении дальности миграции отмечается рост отношений l-M/2 - M и 1 -М/3 -М, снижение отношений l - M /1 -Э карбазолов, а также уменьшение концентраций бензокарбазолов. • Такой характер изменения этих параметров рассматривается как результат миграционного фракционирования. Тобойское Южно-Тобойское 20 км Изолинии показателя l-M/2 -M карбазол в нефтях Хорейверской впадины и Варандей-Адзьвинской зоны Тимано-Печерского НГБ (Бушнев, Валяева, 2000 г. )

Эффект геохроматографии • В основе используемых в настоящее время индикаторов миграции лежит представление о том, что перераспределение при миграции состава УВ и среди них биомаркеров происходит за счет геохроматографии, при которой различные ароматические УВ ( в силу своей полярности ) и высокомолекулярные УВ других классов ( в силу высокой сорбционной способности) сорбируются в первую очередь. • Поэтому в процессе миграции происходит увеличение отношений алифатические/ароматические УВ; н-алканы/циклоалканы; три-/ моноароматические стероиды; три-/пентациклические терпеноиды. Наиболее распространенные из предложенных индикаторов миграции: 20 S/(20 R+20 S) и / ( + ) регулярных стеранов С 27–С 29, • 22 S/(22 R+22 S) гопанов С 31–С 35, • Σ гопаны/Σ(гопаны+моретаны С 29, С 30), • Но! Эти же отношения являются одновременно и показателями зрелости нефти, поэтому в ряде случаев кажущаяся зрелость нефти приводит к неверным суждениям о степени ее миграции. И наоборот, миграция флюидов, если ее не учитывать, может привести к завышенным значениям зрелости нефти.

• Было установлено, что из всех пентациклических хемофоссилий лучше, чем гопаны, сорбируется гаммацеран, в связи с этим для оценки степени миграции было предложено использовать изменение отношения гаммацеран / 17 Н-гопан С 30 , тем более что оно не зависит от степени зрелости нефти или ОВ [Петров Ал. А. , Арефьев О. А. , 1990]. 17 Н-гопан С 30 гаммацеран

Соотношения геохимических параметров, растущих в процессе миграции • Экспериментально и статистически подобраны коэффициенты, которые изменяются однонаправленно в процессе миграции. • Они различны для нефтей и для газоконденсатов