18 Изменение нефтей в зоне гипергенеза Гипергенез-вторичное

18. Изменение нефтей в зоне гипергенеза.

Гипергенез-вторичное изменение нефти-процессы физико-химического преобразования состава и свойств нефти в самой залежи. • Н. М. Страхов называл гипергенез регрессивным этапом литогенеза. • Развивая это понятие Н. Б. Вассоевич [1953, 1957] подразделил гипергенные процессы на два этапа: • криптогипергенез – вторичные процессы, протекающие в анаэробной обстановке; • идиогипергенез – совокупность вторичных процессов протекающих в поверхностной зоне литосферы в условиях доступа свободного воздуха и преобладания аэробного окисления. • Зона гипергенеза подразделяется на две подзоны: скрытого гипергенеза – криптогипергенеза, протекающего в анаэробной обстановке, и собственного гипергенеза – идиогипергенеза, связанногрпо с аэробными условиями.

Факторы гипергенеза • • • Изменение нефтей в зоне гипергенеза происходит под влиянием следующих агентов: атмосферного воздуха, воды и микроорганизмов. По преобладающему действию того или иного агента можно различать следующие виды «выветривания» нефти (Муратов В. Н. , 1970): Физическое – а) процессы дегазации, т. е. выделение из нефти растворенных в ней газов; б) испарение легких фракций и низкокипящих масел - эти процессы в иностранной литературе называются «сгущением» нефти; в) вымывание водой. Химическое, заключающееся в окислении УВ в смолы О воздуха и О, растворенным в пластовых водах, и в дальнейшем конденсации смол в асфальтены, что приводит к уменьшению УВ-ной части и увеличению асфальтено-смолистой (САВ). Микробиальное, являющееся частным случаем химического, называют часто биохимическим окмслением или биодеградацией. Оно состоит в окислении и изменении нефти в результате жизнедеятельности аэробных и анаэробных, чаще углеводородокисляющих и сульфатредуцирующих бактерий, а также некоторых видов дрожжей и грибов.

Физическое выветривание • • • А и Б)Дегазация и испарение легких фракций в результате диффузии или третичной миграции (ремиграции, дисмиграции). При этом меняется фракционный и групповой состав, увеличивается плотность и вязкость нефти. В составе нефти повышается содержание циклических УВ и гетероатомных соединений, за счет относительного их накопления. В) Процессами вымывания водой, т. е. удалении водорастворимых компонентов. Недонасыщенные УВ пластовые воды, движущиеся вдоль раздела нефть – вода (ВНК), селективно извлекают водорастворимые УВ и таким образом изменяют индивидуальный и групповой состав нефти. Лучше других УВ растворяются моноароматические и из них бензол, хуже других алканы. Повышение минерализации пластовых вод уменьшает растворимость УВ. Экспериментально показано, что с увеличением Тпл. выше 125°С растворимость УВ, особенно алканов, увеличивается, но зоне гипергинеза таких температур нет. • • !в Относительная растворимость. УВ в воде с ростом Т Вымывание водой должно в конечном счете изменять состав нефти следующим образом: уменьшать содержание УВ бензиновых фракций; количество нафтенов относительно алканов; содержание аренов; относительно увеличивать количество тяжелых компонентов таких как смолы и асфальтены. В результате уменьшения содержания легких компонентов; увеличивается плотность нефти.

Химическое окисление • Абиогенное окисление приводит к преобразованию нефти в более тяжелый и смолистый продукт. Карцев А. А. и Бестужев М. А. придерживаются мнения, что «истинное» окисление состоит: • либо в окислении насыщенных алифатических УВ (алканов) с образованием СО 2 и воды, • либо превращении алифатических УВ в алициклические насыщенные УВ (нафтены) и далее в ненасыщенные ароматические УВ путем циклизации и дегидрогенезации. Окисленные полициклические УВ конденсируются превращаются в смолы и далее в асфальтены. и Абиогенные окислительные реакции тем или иным путем приводят к образованию нефтей, обогащенных полициклическими соединениями и обедненных алифатическими, иными словами нефтей смолистых и тяжелых и далее мальт, асфальтов, окси- и гуминокеритов – нафтидов гипергенного ряда.

Микробиальное =Биохимическое окисление • Основные группы МО участвующие в биодеградации нефти: • Существует более 30 родов и 100 видов бактерий, грибов и дрожжей разрушающих один или несколько видов УВ. Метаболизм УВ-окисляющих бактерий является первым звеном в цепи процессов приводящим к биодеградации нефти. УВ окисляются через серию ферментативных реакций с образованием окисленных производных: спиртов, ЖК, кетонов, фенолов и т. д. , которые затем окисляются до СО 2. Эти кислородные соединения в дальнейшем используются в метаболизме других анаэробных бактерий. • УВ-окисляющие бактерии, метаногенерирующие. • • бродильные, сульфатредуцирующие, Бродильные бактерии - это обобщающий термин, включающий в себя несколько групп прокариот, объединенных способом получения энергии. Они широко распространены в нефтяных пластах, были обнаружены в залежах с Т от 20 до 92°С на глубине до 2100 м. Брожение считается наиболее примитивным способом получения энергии, в процессе которого происходит расщепление углеродного скелета молекулы субстрата. Бродильные бактерии растут анаэробно, потребляя (разрушая) органические соединения без использования молекулярного кислорода, нитратов, сульфатов. Используют различные органические субстраты, образуя в процессе жизнедеятельности более простые органические вещества - органические кислоты, спирты, ацетон, Н и СО 2. Анаэробные бродильные бактерии, являются широко распространенными в составе биоценозов нефтяных пластов и участвуют в анаэробной деградации УВ нефти и входят в состав синтрофных ассоциаций с другими аэробами и анаэробами.

Биохимическое окисление • • • Сульфатредуцирующие бактерии — одна из наиболее часто встречающихся физиологических групп МО в нефтяных месторождениях. В температурных условиях, не превышающих 100°С, абиогенное восстановление сульфатов в природе практически не имеет места. Присутствие даже следовых количеств сульфатов в воде способствует распространению сульфатвосстанавливающих бактерий. Сульфатредуцирующие бактерии могут использовать, следующие органические соединения в качестве источника С: 1) органические продукты аэробной биодеградации нефти - органические кислоты и спирты; 2) органические вещества, продукты жизнедеятельности бродильных бактерий, которые разлагают органические вещества до более мелких органических молекул, включая органические кислоты или спирты; 3) СО 2, ; 4) только некоторые штаммы сульфатвосстанавливающих бактерий способны окислять алкановые и ароматические УВ. Эти штаммы были выделены недавно из нефти и вод нефтяного месторождения - умеренно термофильный штамм в чистой культуре использовал н-алканы нефти при восстановлении сульфата до сульфида. Мезофильные виды использовали ароматические УВ. • Развитие сульфатредукции в нефтяных залежах может приводить к осернению нефти за счет последующего окисления серными бактериями (род Tiobacillus) Н 2 S до элементарной S, которая хорошо растворяется в УВ нефти, что приводит к осернению нефтей.

Биохимическое окисление • • • Метаногенерирующие бактерии завершают анаэробное брожений ОВ. Широко распространены в анаэробных экосистемах, таких как иловые отложения рек, озер, прудов, в осадках морей и океанов, в болотах и заболоченной почве. Кроме того, эти микроорганизмы - важные компоненты желудка жвачных, содержатся в пищеварительном тракте ряда других животных, а иногда и человека. Преобразование УВ с образованием СН 4 отличается от метаногенного распада других органических субстратов тем, что первая ступень должна быть аэробной. Метанобразующие бактерии относятся к архебактериям (архи). Все метанобразующие бактерии строгие анаэробы. Большинство является мезофилами с оптимальными температурами для роста 30 -40°С, но есть и термофилы. Оптимальное значение р. Н для роста большинства метаногенов 6, 5 -7, 5. Среди них встречаются галофилы. При биодеградации нефти в залежи происходит последовательное участие главных групп МО: УВ-окисляющие бактерии, бродильные, сульфатредуцирующие, метаногенерирующие. МО в нефтяных залежах живут в сообществах с конкурентными или комплементарными метаболическими потребностями. Конечным продуктом совместной деградации в трофических цепях могут быть Н, СН 4, СО 2 и Н 2 S. СН 4 образуется в результате действия анаэробов бродильщиков и метаногенов. Метаболизм сульфатредуцирующих бактерий приводит к образованию Н 2 S, сульфидов металлов и элементарной серы, а в качестве побочного продукта кальцита. • В результате биодеградации в нефтяных залежах уменьшается содержание углеводородных газов С 2+ и даже метана, жидких алканов, ароматических УВ, уменьшаются газовые шапки, • увеличивается содержание серы, если она присутствовала в исходной нефти, азота, ванадия, никеля, нефть становиться тяжелой и вязкой.

Изменение свойств нефти в гипергенезе • При воздействии совокупности факторов (все виды «выветривания» ) на нефть в зоне гипергенеза изменяются физико-химические характеристики нефти: увеличивается плотность нефти, вязкость и содержание САВ • уменьшается количество легких фракций. НК- 216°С

• Ведущие геохимики А. А. Карцев, Ал. А. Петров, Н. Б. Вассоевич, В. А. Успенский, Дж. Филиппи и другие, придерживается мнения, что «первичная» нефть имеет метановый или нафтено-метановый состав, а циклические нафтеновые и ароматико-нафтеновые нефти образуются в зоне гипергенеза в результате химического и биохимического окисления и физических процессов «сгущения» нефти.