Введение к работе
?
Актуальность проблемы. В настоящее время в России остро стоят проблемы увеличения добычи природных ресурсов. Для повышения эффективности геолого-поисковых работ необходимо использование новых геохимических методов поисков нефтяных и газовых месторождений. Разработан геохимический метод раздельного прогноза нефтегазоносности продуктивных горизонтов в пределах локальных структур и отбраковки непродуктивных горизонтов по составу и распределению различных ароматических соединений (моно-, би- и полициклических углеводородов (ПАУ), составляющих класс полиаренов, а также неуглеводородов) органического вещества (ОВ) подземных вод, который способствует получению достоверной информации, так как базируется на научно-обоснованных и установленных корреляционных связях полиаренов ОВ подземных вод с полиаренами нефти, газоконденсатов, ОВ пород.
Осуществление такого принципиально нового подхода к решению задач нефтегазопоисковой органической геохимии связано также с разработкой другого высокочувствительного и селективного метода тонкоструктурной люминесцентной спектроскопии (ТЛС) для определения большого числа полиаренов в одной пробе без разделения ее на отдельные фракции. Актуальность конкретной работы обусловлена также тем, что этот метод может быть применен в регионах с различными геологическими условиями, поскольку опробование его проводилось не только на нашем материке, от западных границ до восточных России и стран СНГ - (Предкарпатская НТО, Днепровско-Припятская ГНП, Прикаспийская и Лено-Тунгусская НГГТ), но и на другом континенте (восточная окраина Африки, Занзибарский НГБ).
Разработка геохимического метода ранговой классификации для прогноза ожидаемого флюида из продуктивных горизонтов и отбраковки непродуктивных горизонтов в пределах локальных структур различных
нефтегазоносных провинций на основе выявленного комплекса полиаренов ОВ подземных вод как показателя нефтегазоносности, а также корреляционных связей полиаренов ОВ подземных вод с полиаренами других природных объектов (нефть, конденсат, ОВ пород), определяемых единым методом тонкоструктурной люминесцентной спектроскопии (ТЛС), с учетом теоретической и практической значимости их является решением крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Целью исследования является повышение эффективности геологопоисковых работ на нефть и газ на основе увеличения достоверности прогноза фазового состояния углеводородов в продуктивных горизонтах (нефть, газоконденсат, газ) с параллельной отбраковкой непродуктивных горизонтов в пределах локальных структур различных нефтегазоносных провинций с различными геохимическими условиями и геологическим строением: Предкарпатской НТО (кайнозойский НТК), Днепровско-Припятской ГНП (палеозойский НТК), Прикаспийской НГП (палеозойский НТК), Лено-Тунгусской НГП (рифейский, вендский и кембрийский НТК), а также Занзибарской НГБ (постбайосский, мезозойский НТК).
Для достижения намеченной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
-
Разработать методологический подход и единый метод ТЛС для исследования проб нефтей, газоконденсатов, ОВ подземных вод и пород на содержание в них большого числа полиаренов;
-
Опробовать разработанный метод ТЛС для качественного и количественного определения приоритетных (токсичных и канцерогенных) полиаренов на примере определения их в н-парафинах, технических растворителях, белково-витаминном комплексе;
-
Выявить генетические связи между полиаренами ОВ подземных вод и полиаренами нефти, конденсатов, ОВ пород;
-
Установить информативный комплекс полиаренов ОВ подземных вод, который можно рассматривать в качестве принципиально нового критерия нефтегазоносное;
-
Разработать теоретические и практические основы геохимического метода ранговой классификации для раздельного прогноза продуктивных горизонтов и отбраковки непродуктивных горизонтов в пределах локальных структур различных нефтегазоносных провинций с единых методических позиций на основе исследования закономерностей изменения состава и распределения полиаренов во всех природных объектах;
-
Провести отбраковку непродуктивных горизонтов, а так же осуществить раздельный прогноз продуктивных горизонтов в пределах локальных структур различных нефтегазоносных провинций с разной степенью изученности от западных границ до восточных России и стран СНГ (Предкар пате кой НТО, Днепровско-Пригопской ГНП, Прикаспийской и Лено-Тунгусской НГП), а также Занзибарского НГБ.
Для решения поставленных задач были проведены анализы методом ТЛС. Набор имевшихся проб природных объектов обеспечил необходимые сведения для получения достоверной и надежной информации. Анализ каждой пробы проводили сразу на тридцать два соединения, без разгонки проб на отдельные фракции; в этом случае исключены потери органических соединений. Метод ТЛС рассчитан на определение малых количеств анализируемого вещества (до 10"s мг/мл).
Научная новизна работы заключается в разработке геохимического метода прогноза фазового состояния УВ в продуктивных горизонтах и отбраковки непродуктивных горизонтов по информативному комплексу полиаренов ОВ подземных вод, способствующего существенному повышению эффективности геолого-псисксвых работ па нефть и газ и обеспечивающего достижение высокой достоверности прогноза (до 96%).
С этой целью автором впервые были:
- разработан метод ТСЛ для исследования большого числа
полиаренов в одной отдельно взятой пробе нефти и газа, конденсата,
ОВ подземных вод и пород, то есть на основе единой
технологической базы приведены к сертифицированной системе
стандартных образцов; так, достигается их надежность и
достоверность, что до сих пор не было реализовано в практике
аналитических работ в области геохимии и гидрогеологии;
разработаны методики количественного определения одиннадцати приоритетных полиаренов в ОВ подземных вод, получены уравнения регрессии и графики зависимости интенсивности флуоресценции полиарена от его количества в пробе;
разработаны технические решения многих задач и выполнены на уровне изобретений (А.С. № 468137 (1975 г), А.С. № 913316 (1982 г), А.С. № 1695249 (1991 г), патент№ 2006286 (1994 г);
изучен состав и распределение полиаренов в системе нефть-конденсат-ОВ подземных вод и пород различных НТК с единых методических позиций, что позволило установить генетические связи полиаренов ОВ подземных вод с полиаренами нефти, газоконденсатов, ОВ пород, а также теоретически и практически обосновать наличие информативного комплекса полиаренов в ОВ подземных вод, что является принципиально новым подходом к гидрогеохимическим критериям прогноза нефтегазоносности в условиях различных НГП;
изучены состав и распределение полиаренов в ОВ подземных вод продуктивных и непродуктивных горизонтов Предкарпатской НТО, Днепровско-Припятской ГНП, Прикаспийской, Лено-Тунгусской НГП и Занзибарского НГБ, а также установлены индивидуальные наборы полиаренов для них.
Установлено, что ПАУ, тяжелее фенантрена, могут быть "биологическими метчиками", показателями нефтегазоносное.
На примере вод Предкарпатской НТО и Днепровско-Припятской ГНП показано, что в глубинных маломинерализованных водах полиарены имеют концентрации выше, чем в рассолах.
Практическая значимость работы определяется разработкой теоретических основ, операционной и технической базы технологии геохимического метода ранговой классификации раздельного прогноза продуктивности горизонтов в пределах локальных структур отбраковки непродуктивных горизонтов, что обеспечило достижение высокой достоверности и надежности поисков залежей. Это привело к существенному повышению эффективности геолого-поисковых и разведочных работ на нефть и газ.
На базе исследования состава и распределения полиаренов в ОВ подземных вод получены новые и расширенные по набору гидрогеохимические характеристики, как показатели нефтегазоносное, проведен прогноз перспективных на нефть и газ локальных структур и отбракованы непродуктивные горизонты в широком региональном плане: Предкарпатской НТО, Днепровско-Припятской ГНП, Прикаспийской НГП и Лено-Тунгусской НГП.
На основании выполненных исследований сформулированы и обоснованы научные положения, совокупность которых можно квалифицировать как новое перспективное решение крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Результаты анализа состава и распределения полиаренов в ОВ подземных вод и пород, нефтей и конденсатов получены на основе единой технологической базы и проведена сертификация стандартных образцоя. Этим достигается их надежность и сопоставимость, что до сих пор
практически реализуется в практике аналитических работ в области поисковой органической гидрогеохимии и гидрогеологии.
Разработанный автором метод позволяет определять 32 полиарена непосредственно в пробах ОВ подземных вод с высокой чувствительностью и селективностью, а также экспрессностью без потерь вещества, так как не нужна предварительная подготовка образца к анализу и разделение его на фракции, что экономит время и средства. Разработанная технология может быть применена для отбраковки непродуктивных горизонтов в пределах локальных структур и продуктивных горизонтов на всех стадиях разведки.
Разработанный комплекс гидрогеохимических показателей при наличии специально отобранных проб подземных вод позволяет проследить направление миграции УВ, тип органического вещества, оконтурить углеводородную залежь и описать гидрогеохимическую модель месторождения, а также сделать заключение о качестве флюидов. Выявленные генетические связи состава полиаренов ОВ пород и нефтей необходимы для корректировки результатов прогноза нефтегазоносное.
Определение токсичных и канцерогенных полиаренов методом ТЛС использовано в различных областях народного хозяйства как способ контроля водных сред. В электронике (проверка качества деионизованных вод, которые необходимы для промывки микросхем), для изготовления товаров народного потребления и прецизионного оборудования, используемого в различных областях науки и техники), в химической (качество растворителей), в нефтеперерабатывающей промышленности (чистота н-парафинов и ионнобменных смол), в пищевой промышленности (биологически-витаминные комплексы (БВК) для откорма скота и птицы), а также получения экологически чистых продуктов, в которых канцерогенные полиарены не должны превышать предельно-допустимые концентрации (ПДК). Экологический аспект реализуется определением методом ТЛС некоторых
полиаренов, в том числе токсичных и канцерогенных, в различных водных средах (вода океаническая, морская, озерная, речная, сточная, питьевая).
Реэлизация работы. Разработанные теоретические основы, методология и метод раздельного прогноза продуктивности локальных структур по составу и распределению полиаренов в ОВ подземных вод были использованы при планировании основных направлений геолого-поисковых работ на территориях Предкарпатской ГНО, Днепровско- Припятской ГНП, Прикаспийской и Лено-Тунгусской НГП и Занзибарского НГБ.
Основные положения и результаты диссертационной работы вошли в отчеты: проблемной лаборатории НИР по исследованию нефтегазоносности Восточной Сибири, кафедры теоретических основ поисков нефти и газа ГАНГ им. И.М.Губкина (г. Москва), ВостСибНИИГиМС(а) (г. Иркутск), ИГиГГ Укр.АН (г. Львов), в соавторстве с другими исследователями оформлены в качестве методических рекомендаций и внедрены в различных организациях Мингео СССР: ПГО "ВостСибнефтегазгеология", ПО "Тенгизнефтегаз", ПГО "Актюбнефтегазгеология" (г. Актюбинск), Астраханская НРЭ (г. Астрахань), ПГО "Нефтегазгеология" (г. Гурьев).
Полученные результаты исследования состава и распределения полиаренов в ОВ подземных вод позволили: дать рекомендации для повторного испытания ликвидированных в 1984 году разведочных скважин Лено-Тунгусской НГП, сделать прогноз о нефтегазоносности продуктивных горизонтов различных разведочных площадей Предкарпатской ГНО и Днепровско-Припятской ГНП и провести отбраковку непродуктивных горизонтов, что привело к сокращению затрат на бурение.
Разработанная автором методика исследования полиаренов в водных средах применена для экологических целей как контроль канцерогенных, мутагенных полиаренов и ядов I и II поколения: в н-парафинах, в препаратах (БВК), в растворителях, в продуктах питания, в деионизованных водах, в
речных водах и других водных средах. Целесообразность таких работ оценена производственными коллективами: нефтеперегонного завода (г. Кременчуг), электронного завода (г. Ульяновск), электронного завода (г. Москва), п/я "Гибрид" (г. Москва).
На Всесоюзном семинаре "Использование гидрогеологических и гидрогеохимических исследований на различных этапах поисково-разведочных работ на нефть и газ" в Перми в 1989 г. метод ТЛС рекомендован наряду с другими методами для практического внедрения.
Результаты исследования состава и распределения полиаренов методом ТЛС в образцах конденсатов, вод и пород Танзании (восточные окраины Африки) использованы при открытии месторождения Сонго-Сонго и совпадают с результатами, полученными французской фирмой, которая проводила работы на территории Танзании, другими методами (химическими, хроматографическими и геофизическими).
Результаты авторских разработок в дальнейшем могут найти применение в других институтах и ведомствах, где проводятся исследования по гидрогеохимии и геологии. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при чтении учебных курсов в Государственных Университетах и ВУЗ(ах) для студентов и аспирантов.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Международных конференциях: "Экологическая геофизика и геохимия" М., Дубна, 1998; "Новые идеи в науках в Земле" М., 1999; "Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа" М., 1999; на Всесоюзных конференциях: "Методы и направления исследований ОВ подземных вод", М., 1975; "Системный подход в геологии" (теоретические и прикладные аспекты), М., 1986, 1989; "Критерии и методы установления генетических связей в системе: нефть - конденсат - ОВ пород и вод", М., 1988; "Интергео" (Проблемы геологии и геофизики), Баку, 1988; на Всесоюзных совещаниях и семинарах:
"Спектральные методы анализа"', Одесса, 1985; "Аналитика Сибирн-86", Красноярск, 1986; "Вопросы оптимизации прогноза, поисков и разведки месторождений нефти и газа на Сибирской платформе" (поисковый и теоретический аспект), Иркутск, 1987; "Маломинерализованные воды глубоких горизонтов нефтегазоносных провинций", Львов, 1985; "Использование гидрогеологических и гидрогеохимических исследований на различных этапах поисково-разведочных работ на нефть и газ", Пермь, 1989; "Современные методы аналитического контроля качества продуктов", М., 1989; "Современные контрольно-аналитические методы на промышленных предприятиях", М., 1990 г.; "Аналитические методы контроля окружающей среды", М, 1991 г.; "Химический анализ пищевых продуктов и загрязнений окружающей среды", М., 1992 г; на научно-технических конференциях: "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазоносного комплекса России", М, 1994 г.; "Фундаментальные проблемы нефти и газа", М., 1996 г.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы: в 82 печатных работах, в том числе, двух монографиях (без соавторов), 1 патенте, 3 авторских свидетельствах СССР (одно из них без соавторов), 7 обзорах (без соавторов). Статьи и тезисы докладов публиковались в журналах Известия АНСССР, Геология нефти и газа, Известия ВУЗ(ов) серия "Нефть и газ", Нефтяная промышленность, Газовая промышленность, Нефтегазовая геология и геофизика, Геохимия АН Укр., в сборниках трудов ИГиРГИ, ВИНИТИ, ГАНГ(а), сборниках докладов и тезисов Международных и Всесоюзных конференций, совещаний и семинаров.
Использованные материалы и личный вклад. Диссертация является итогом тридцатипятилетних исследований автора в области гидрогеологии и геохимии - изучение состава и распределения полиаренов в ОВ подземных вод, а позднее в единой системе нефть-конденсат-ОВ пород сначала в ИГиРГИ АНСССР (г.Москва) в 1979 года, а позднее на кафедре
теоретических основ поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений в РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, в котором была продолжена работа по программе "Нефть" тема №20-87, Приказ № 3114 от "8" июня 1987 г. "Создание научных основ и рекомендаций, технических решений и технологий, обеспечивающих повышение эффективности поисково-разведочных работ и разработки нефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений на территории Прикаспийской мегасинеклизы".
Другая разработка - изучение состава и распределения полиаренов в системе: нефть-конденсат-ОВ пород - была выполнена по плану важнейших и приоритетных научно-исследовательских работ в соответствии с координационным планом АНСССР по направлениям: "Нефтехимия" и "Реактив", Приказ №330 Минвуза РСФСР - 1982 г., утвержденный Постановлением №555 ГКНТСССР - 1985 г.
Экспериментальной основой диссертации послужил большой фактический материал в виде образцов нефтей, конденсатов, подземных вод и пород, отобранных различными организациями из разных нефтегазоносных провинций. Весь фактический материал по исследованию 153 образцов, что составило около 6000 квазилинейчатых спектров флуоресценции, был получен и обобщен лично автором, а результаты анализов были отправлены организациям, приславшим эти образцы, для дальнейшего использования их в практике геологоразведочных работ. Помимо представленного аналитического материала в процессе работы, диссертант критически обработал и обобщил литературный материал, опубликованный в отечественной и зарубежной печати, в том числе, находящийся в фондовых библиотеках для оценки патентной чистоты выбранной тематики.
Выполнение данной работы на протяжении последних пяти лет было бы невозможно без существенной финансовой поддержки, оказанной автору как руководителю научных тем и программ такими организациями как:
\Ъ
Министерство природных ресурсов РФ, Министерство науки и технической политики РФ, ОАО "Газпром"', ООО "ВНИИГАЗ", ВНИГНИ, ВНИИгеосистем.
Большое влияние на становление автора как специалиста в области гидрогеохимии, на формирование его научных интересов и стиля работы оказали его учителя, замечательные геологи-геохимики - профессор Б.А.Соколов, профессор Ал.А.Петров, гидрогеологи - профессора Е.А.Барс и Л.М.Зорькин, академик РАН А.Н.Дмитриевский.
Большую роль в развитии научных представлений автора сыграло его участие в конференциях и семинарах под руководством: Бакирова Э.А., Барс Е.А., Гусевой А.Н., Ерёменко Н.А., Зорькина Л.М., Карцева А.А., Соколова Б.А., а также внимание и неоценимая поддержка этих выдающихся ученых.
При выполнении отдельных частей диссертационной работы полезное содействие автору оказали его коллеги и соавторы.
В процессе написания диссертации существенную помощь оказали ученые РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, Гидрохимического института, 000 "ВНИИГАЗ", ВНИГНИ, ВНИИгеосистем, которые внимательно прочитали несколько вариантов работы и сделали много ценных замечаний, позволивших улучшить ее содержание и изложение.
Автор выражает глубокую признательность и сердечную благодарность всем.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Она содержит 30{страниц текста, иллюстрируется 26 таблицами, и рисунками. Список литературы включает -442 работу отечественных и зарубежных авторов.