Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 3
МИГРАЦИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ И ГЕОХИМИЯ ИХ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ (Литературный обзор) 9
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЛЬТРАЦИИ НЕФТЕЙ
И ИЗМЕНЕНИЯ ИХ СОСТАВА 33
Методика эксперимента и исследования продуктов фильтрации нефтей 33
Закономерности изменения состава нефтей в зависимости от условий опыта 52
Влияние вещественного состава пород 52
Влияние физико-химического состава нефти 69
2.2.8. Влияние степени увлажненности смесей и ми
нерализации пластовой воды 83
Влияние газонасыщенности нефти 88
Влияние объемов нефти, многократно превышающих поровые 93
Выводы 95
8. О МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ СОРБЦИИ 103
4. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ВТОРИЧНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРЕОБ
РАЗОВАНИЯ НЕФТЕЙ 109
4.1. Процессы катагенеза нефтей и отражение их в
МЭ составе 112
4.2. Процессы гипергенеза нефтей и отражение их в
МЭ составе 114
5. ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ СОСТАВА НЕФТЕЙ КАК ОТРАЖЕНИЕ ПРОЦЕС
СОВ ИХ МИГРАЦИИ (на примере месторождений Восточно
го Предкавказья и Волгоградского Поволжья) 120
Восточное Предкавказье 121
Волгоградское Поволжье 131 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 142 ЛИТЕРАТУРА 144
Введение к работе
Актуальность работы. Директивами ХХУІ съезда КПСС предусмотрен неуклонный прирост запасов нефти и газа в целом по стране. Повышению эффективности геолого-поисковых работ способствует быстрое и широкое внедрение в практику новейших достижений науки и техники. К числу последних относятся и геохимические методы оценки перспектив нефтегазоносное недр. Особое место в успешном решении поисковых задач принадлежит изучению закономер-
ностей процессов миграции углеводородных (УВ) систем в недрах и формирования их залежей. Вопросы, связанные с этой проблемой, освещены в работах таких исследователей, как А.А.Бакиров, А.И.Богомолов, И.О.Брод, Т.А.Ботнева, Н.Б.Вассоевич, А.Г.Габри-элян, Э.М.Галимов, М.ф.Двали, Н.А.Еременко, Т.П.Іузе, М.К.Калинко, А.А.Карцев, А.Л.Козлов, А.Э.Конторович, А.Я.Кремс, С.П.Максимов, А.Г.Милешина, С.Г.Неручев, Г.И.Сафонова, Т.П.Сафронова, В.А.Соколов, Й.С.Старобинец, О.Ф.Стасова, Р.А.Твердова, А.А.Тро-фимук, В.А.Успенский, С.Ф.Федоров, В.А.Чахмахчев, Б.Бэйкер, Д.Вельте, С.Сильвермэн, В.Тиссо, Дж.Хант, Дж.Ходжсон и др..
На современном этапе процессы миграции УВ систем достаточно глубоко изучены на основе всестороннего анализа их углеводородного, компонентного и изотопного $С nSs** ) составов. Вместе с тем недостаточно внимания исследователей уделялось микроэлементам (МЭ), как информативным показателям процессов массопе-реноса УВ в недрах. Известно, что миграция нефти сопровождается сорбцией породами ее полярных высокомолекулярных соединений и МЭ, связанных с этими компонентами. В результате процессов перемещения нефти по пути миграции обедняются микроэлементами, концентрирующимися в тяжелых УВ фракциях и гетероатомных компонентах. Одновременно УВ флюиды обогащаются МЭ, связанными с более
легкими углеводородными фракциями, за счет их относительного накопления в мигрирующих системах. Это перераспределение дает возможность судить о миграционных процессах по соотношению опреде- ' ленных МЭ в нефтях. С развитием аналитической техники количественного определения МЭ стало возможным изучать процессы миграции нефтей по особенностям изменения их микроэлементного состава. Однако применение МЭ как показателей миграционных процессов в практике геолого-поисковых работ должно базироваться на глубоко обоснованных теоретических и экспериментальных представлениях о природе их концентрационных изменений в нафтидах. С этих позиций определенный научный и практический интерес вызывают экспериментальные исследования особенностей изменения МЭ состава нефтей в процессе их фильтрации через пористые среды.
Цель работы. На основе экспериментальных исследований в совокупности с природными наблюдениями разработать рациональный комплекс информативных геохимических критериев (по УВ, компонентному, изотопному 1$С**1 и микроэлементному составам нефтей), определяющий условия, пути и направление вторичной миграции газонефтяных систем.
Основные задачи исследований.
Разработать и создать установку, лишенную металлических коммуникаций и узлов, позволяющую воспроизводить процессы фильтрации нефти с последующим достоверным изучением ее микроэлементного состава.
Выявить особенности изменения физико-химических свойств фильтруемых нефтей (плотности, компонентного, углеводородного, изотопного и микроэлементного составов) в зависимости от минералогического состава модельных сред, их влажности, типа флюида, его газонасыщенности и прокачиваемых объемов.
Установить отличительные признаки воздействия миграцион-
tHHx, гипергенетических и катагенетических процессов на свойства нефтей по особенностям преобразования их МЭ состава.
4-.Изучить характер изменения МЭ состава и свойств нефтей при их вторичной миграции на примере месторождений Восточного Предкавказья и Волгоградского Поволжья.
Научная новизна:
Сконструирована специальная установка, позволившая впервые комплексно узучать при процессе фильтрации нефтей измене-ния ее микроэлементного состава в совокупности с компонентным, углеводородным и изотопным.составами.
Разработан комплекс наиболее информативных геохимических показателей процессов вторичной миграции нефтей (оптическая плотность, содержание смол, асфальтенов, концентрации микроэлементов ]/ , М , Со , Си* и их соотношений уУс S/си, ^Ч&і, f0/^-
С применением теории размерностей обоснована правомерность изучения сорбционных процессов, сопутствующих миграции нефти в недрах.
Разработанный комплекс критериев использован на примере месторождений нефтегазоносных областей Восточного Предкавказья и Волгоградского Поволжья.
Практическая ценность работы состоит в разработке комплекса критериев, характеризующих условия латеральной и вертикальной миграции газонефтяных систем и закономерности их пространственного размещения. В частности, на основе выявленных геохимических показателей реконструированы возможные процессы межпластовых вертикальных перетоков и на конкретных геологических объектах определены флюидоупорные свойства отдельных покрышек и межпластовых глинисто-карбонатных разделов. Выявленные геохимические критерии, характеризующие фильтрационные процессы в пластах, могут быть рекомендованы в качестве контролирующих параметров при изучении
динамики перемещения нефтяных контуров в ходе разработки залежей.
Практическая реализация работы. Комплексные геохимические показатели, определенные автором на основе экспериментальных исследований при апробации на природных объектах*в совокупности с другими геологическими данными позволили получить дополнительную новую информацию, способствующую повышению эффективности нефтепоисковых работ по ряду площадей (Жирновско-Бахметьевская и др.) Волгоградского Поволжья. Разработанная экспериментальная аппаратура и комплексные аналитические исследования позволили создать научно-методическую основу для определения других геохимических объектов или показателей (порфирины, реликтовые УВ и т.д.) характеризующих процессы массопереноса УВ систем в природных фильтрующих средах.
Указанные прикладные положения работы нашли соответствующее внедрение в ряде организаций, что отражено в документах Производственного объединения "Нижневолжскнефть" Миннефтепрома и Института нефти СО АН СССР (г.Томск, ).
Защищаемые положения:
Методические приемы изучения МЭ при фильтрации нефти через пористые среды.
Рациональный комплекс геохимических критериев, характеризующий условия и направление миграции нефти.
Реализация полученных критериев при реконструкции путей миграции и особенностей формирования отдельных залежей на месторождениях Восточного Предкавказья и Нижнего Поволжья.
Апробация работы. Результаты исследований диссертации докладывались:
- на конференции молодых ученых ИГиРГЙ, г.Москва, 1978г., (доклад удостоен диплома ),
на всесоюзном симпозиуме по стабильным изотопам углерода ГЕОХИ,г.Москва, 1980г.,
на всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной ХХУІ съезду КПСС "Молодежь и научно-технический прогресс в нефтяной и газовой промышленности1,1 МИНХиГП, г «Москва, 1981г.,
на всесоюзном совещании по геохимии углерода, ГЕОХИ, г.Москва, 1981г.,
на совещании "Ядерно-физические методы элементного анализа ...у Ужгород, 1981г.
Основные материалы диссертации отражены в трех научно-исследовательских отчетах лаборатории геохимии осадочных пород и происхождения нефти (ИГиРГИ) и десяти опубликованных работах.
* Фактический материал. Основой диссертационнной работы послужили экспериментальные исследования, проведенные автором в 1977-1979гг. согласно утвержденному темплану. Объектом исследований являлись нефти Тимано-Печорской, Волго-Уральской и Пред-кавказской провинций. Процессы фильтрации изучены на примере 20 модельных пластов разного минералогического состава. Исследовано более 300 фильтратов, в которых определялись оптическая и физическая плотности, коэффициент преломления, компонентный, УВ, изотопный (по углероду) и микроэлементный составы. Кроме того, использованы и обобщены опубликованные и фондовые работы по геохимии нефтей Волгоградского Поволжья и Восточного Предкавказья.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на і$ц. страницах машинописного текста. Содержит Г7 таблиц, иллюстрирована 16 рисунками. Список литературы включает 192 наименований.
Работа выполнялась в очной аспирантуре при лабораториях
геохимии осадочных пород и происхождения нефти и увеличения пластовой отдачи нефти и газа (ИГиРГИ).
Экспериментальная и аналитическая части работы проводились в тесном сотрудничестве с кандидатами геолого-минералогических наук С.А.Пунановой и Р.А.Твердовой.
В процессе работы над диссертацией автор пользовался консультациями доктора технических наук В.Н.Мартоса, кандидатов наук А.А.Акимовой, Т.Л.Виноградовой, В.А.Завьялова, Б.Е.Киселенко, А.Я.Куклинского, й.Ф.Лосицкой, В.З.Митрофанова, В.Н.Михальковой, Е.Я.Поделько, В.И.Тихомирова, В.П.Филиппова, З.В.Якубсон, ст.ин-женера С.Ф.Орленко и др.. Всем указанным лицам автор выражает искреннюю благодарность.
Автор считает также своим приятным долгом выразить благодарность всему коллективу лабораторий за доброжелательное отношение и помощь в работе.
Особую признательность автор выражает научным руководителям доктору геолого-минералогических наук В.А.Чахмахчеву и доктору технических наук, профессору Ю.В.Желтову за научно-методическую помощь на всех этапах проведения работ, а также доктору геолого-минералогических наук, профессору Л.А.Гуляевой, во многом содействовавшей постановке настоящей темы.
