Содержание

Слайд 2

Основные положения осадочно-миграционной теории нафтидогенеза: 1) Различные типы органического вещества являются

Основные положения осадочно-миграционной теории нафтидогенеза:
1) Различные типы органического вещества являются источниками

нефти и газа в осадочной оболочке Земли.
2) Стадийность нефтегазообразования в литогенезе.
Основные этапы эволюции нафтидогенеза (Конторович, 2004)
4-3.5 млрд. лет назад уже существовали организмы-автотрофы,
усваивавшие на основе фотосинтеза неорганические вещества
И ещё раньше существовали гетеротрофы, питающиеся органическими веществами абиогенного происхождения.
Уже в раннем архее (3.8 – 3.4 млрд. лет назад) началось развитие
простейших организмов – прокариотов – ещё не имевших обосо-
бленного ядра, но обладавших способностью к размножению и
развитой системой обмена веществ, включая фотосинтез. При
этом две параллельные ветви – бактерии и синезелёные водорос-
ли эволюционировали независимо.
Слайд 3

. Биологическая продуктивность раннеархейской биосферы была достаточно высокой: известны углеродистые породы

.

Биологическая продуктивность раннеархейской биосферы была
достаточно высокой: известны углеродистые породы с

содержа-
нием некарбонатного углерода 10–30% (Бразилия, Канада, Ю.
Африка, Балтика, Анабарский щит).
Уже в архее живое вещество клеток прокариотов обладало осо-
бенностями, отделяющими живое от неживого: способностью
к точному воспроизведению самого себя, способностью извле-
кать из окружающей среды и преобразовывать вещество и энер-
гию (фотосинтез), способностью к эволюции
(Конторович, Г и г, 2004, 45,№7).
Уже в архее сформировался состав липидов, в главных чертах
близкий липидам современных простейших водорослей и бакте-
рий.
Конец архея – интенсивная складчатость, гранитный магма-
тизм и связанный с ними метаморфизм уничтожили м-ия
нефти и газа и привели к метаморфизму многих концент-
рированных накоплений аквауглеродистого протокариото-
генного ОВ до стадии графита.
Слайд 4

В раннем протерозое ( Конец раннего протерозоя: образование Пангеи 3 (1.6-1.7

В раннем протерозое (< 2.5 млрд. лет) развитие органической жизни характеризовалось

увеличением интенсивности и раз- нообразия (ферробактерии – месторождения железных руд практически на всех кратонах; синезелёные водоросли – формирование мощных карбонатных толщ).
Конец раннего протерозоя: образование Пангеи 3 (1.6-1.7 млрд. лет) – геодинамика, новые типы осадочных бассейнов – предгорные, пасивных и активных окраин.
На протяжении большей части истории Земли (примерно до 320 млн. лет) единственным источником нефти и УВ газов на Земле было водное (аквагенное) планктонное и бактериальное ОВ, изменение в составе которого не влияло существенно на состав генерируемых УВ. Ситуация резко изменилась с выходом живых организмов на сушу.и появления высших растений.
Конец девона, около 350-380 млн. лет – выход растительности на сушу. Резкое расширение территорий и акваторий, где протекали процессы генерации нефти и газа, появление новых типов ОВ, мощная эпоха угленакопления, расширение фаций (озёрных, озёрно-аллювиальных, озёрно-болотных и др.), появление новых генотипов нефтей, резкое усиление процессов генерации газов (Конторович, 2004).
Слайд 5

Таким образом, лишь дважды в геологическую историю Земли биосфера оказала решающее

Таким образом, лишь дважды в геологическую историю Земли
биосфера оказала решающее

влияние на эволюцию процессов
генезиса нефти и газа.
Первый раз – в архее, в эпоху зарождения жизни, когда это
событие означало создание необходимых условий для начала
генезиса нефти и газа (нафтидов).
Второй раз в позднем палеозое (верхний девон–нижний карбон),
когда растительность вышла на сушу и завоевала большую её
часть, создав огромный спектр новых ландшафтных обстано-
вок для захоронения ОВ.
Биологическая эволюция оказала решающее влияние на нефте- и
особенно газообразование - большинство гиганских газовых
месторождений на Земле есть результат диагенеза и катагенеза
ОВ, источником которого была высшая наземная
растительность. (Конторович, 2004)
Слайд 6

. Cорг (TOC ( wt. %)), прдставляет содержание органического улерода в

.

Cорг (TOC ( wt. %)), прдставляет содержание органического улерода в

1-ом кг образца породы.
Сорг (TOC) включает в себя кероген и битумы.
Измерение Сорг (TOC) используется как мера углеводородного потенциала.
Однако, это не однозначный индикатор потенциала, так как например графит состоит на 100% из углерода, но его потенциал генерации жидких углеводородов нулевой.
По этой причине водородный индекс (HI) используется вместе с параметром Сорг (TOC).
Слайд 7

ВСЕ МАТЕРИНСКИЕ ПОРОДЫ, ГЕНЕРИРУЮЩИЕ УВ, СОДЕРЖАТ КОМПОНЕНТУ ОВ, НАЗЫВАЕМУЮ КЕРОГЕНОМ. .

ВСЕ МАТЕРИНСКИЕ ПОРОДЫ, ГЕНЕРИРУЮЩИЕ УВ, СОДЕРЖАТ КОМПОНЕНТУ ОВ, НАЗЫВАЕМУЮ КЕРОГЕНОМ.

.

Кероген

- составная часть органического вещества. Например, ОВ может на 90% состоять из керогена и на 10% из битумов.
Керогены не растворимы в органических растворителях, а битумы – растворимы. Т.е. под керогеном понимается дебитуминизированная часть ОВ. Другими словами битумы – это уже готовые УВ (нефть и другие), тогда как кероген даст УВ в процессе его будущего созревания.
Кероген – это составляющая органического вещества, которая в будущем при созревании даёт жидкие и газовые УВ.
Слайд 8

Основные типы органического вещества и керогенов . Морской, озёрный и угольный

Основные типы органического вещества и керогенов

.

Морской, озёрный и угольный типы

материнских пород мира соответствуют трем типам органического вещества:
сапропелевому (водные растительность и животные; кероген типа I),
гумусовому (сухопутные растительность и животные; кероген типа III)
и смешанному гумусово-сапропелевому
(кероген типа II)
(Hunt, 1996).
Слайд 9

Трём основным типам ОВ соответствуют три типа керогена: Kероген типа I

Трём основным типам ОВ соответствуют три типа керогена:
Kероген типа I Озерное

ОВ
Keроген типа II Морское ОВ
(самое распространённое)
Kerogen Type III Terrestrial OM
Слайд 10

Тип материн-ских пород и резервуаров в мировой системе нефтегазо-носных провинций (Ziegler,

Тип материн-ских пород и резервуаров в мировой системе нефтегазо-носных провинций (Ziegler,

1996b)
Sm – морское
S* - озёрное, Sc – угольное
ОВ;
R – резерву-ары.
Слайд 11

Основные характеристики керогенов различного типа . Кероген типа I: Инертная часть

Основные характеристики керогенов различного типа

.

Кероген типа I: Инертная часть керогена

(переходящая при высоких температурах в графитоподобную структуру - кокс) здесь минимальна.
Реактивная часть керогена максимальна и лабильна, т.е. даёт при созревании нефть.
Примеры: ОВ киммерийских морских глин Северного моря; глинистые сланцы свиты Bakken в бассейне Уилстон (MacKenzie, Quigley 1988); ОВ н-м пород Новошотландского бассейна и дельты Нила (континентальный шельф), также относят к типу I.,
Кероген типа III: инертная часть керогена максимальна, а его реактивная часть минимальна и рефракционная, т.е. даёт при созревании керогена преимущественно газ.
Примеры: Палеозойские угли Европы и Северной Америки, ОВ покурской и тюменской свит Западной Сибири и др.
Кероген типа II: здесь доля инертного керогена в 2 - 3 раза выше, чем в типе I, но много ниже, чем в керогене III; реактивная часть преимущественно лабильна.
Примеры: ОВ Баженовской свиты Западной Сибири, ф-ии Green River и др.
Слайд 12

Кинетические параметры для крекинга керогена типа I с исходным протенциалом 710.0

Кинетические параметры для крекинга керогена типа I с исходным протенциалом 710.0

мг УВ/г Сорг в трёх-фракционной модели (Tissot et al., 1987; Ungerer et al., 1988).
Слайд 13

Кинетические параметры для крекинга керогена типа II с исходным протенциалом 377.3

Кинетические параметры для крекинга керогена типа II с исходным протенциалом 377.3

мг УВ/г Сорг в трёх-фракционной модели (Tissot et al., 1987; Ungerer et al., 1988).
Слайд 14

Кинетические параметры для крекинга керогена типа III с исходным протенциалом 160.0

Кинетические параметры для крекинга керогена типа III с исходным протенциалом 160.0

мг УВ/г Сорг в трёх-фракционной модели (Tissot et al., 1987; Ungerer et al., 1988).
Слайд 15

Методы определения типа керогенов (ОВ) в нефтегазоносных осадочных бассейнах Диаграмма Ван-Креветена

Методы определения типа керогенов (ОВ) в нефтегазоносных осадочных бассейнах

Диаграмма Ван-Креветена
(Van

Krevelen diagram)
Элементные отношения
H/C и O/C уменьшаются с ростом катагенеза ОВ в связи с увеличением доли углерода в конечном продукте катагенеза..
Закон уменьшения зависит от типа органического вещества
и коррелирует со значениями VR – %Rо и TAI – thermal alteration index - анализ цвета спор.
Слайд 16

Методы определения типа керогенов (ОВ) в нефтегазоносных осадочных бассейнах (2) Определение

Методы определения типа керогенов (ОВ) в нефтегазоносных осадочных бассейнах (2)

Определение типа

ОВ по диаграмме зависимости выхода УВ S2 от содержания ОВ в породе S2=F(TOC) (Langford, Blaue-Valleron, 1990).

Метод обладает тем преимуществом, что позволяет избежать ошибок, связанных с поглощением УВ матрицей породы в процессе эксперименталь-ного анализа в установках открытого пиролиза типа Rock-Eval.

Слайд 17

Кинетические параметры для крекинга керогена типа II с исходным протенциалом 377.3

Кинетические параметры для крекинга керогена типа II с исходным протенциалом 377.3

мг УВ/г Сорг в трёх-фракционной модели (Tissot et al., 1987; Ungerer et al., 1988).
Слайд 18

Стандартная процедура для определения кинетических параметров первичного и вторичного крекинга кероге-нов

Стандартная процедура для определения кинетических параметров первичного и вторичного крекинга кероге-нов

(Ungerer et al., 1988)
Открытый пиролиз при разных скоростях нагревания исполь-зуется для определения пара-метров спектра полной генера-ции УВ (верхний рисунок).
Открытый пиролиз с селектив-ными ловушками используется для определения кинетических параметров реакций первого порядка в спектрах генерации УВ в трёх и пятифракционной модели (средний рисунок). Кинетические параметры реакций вторичного крекинга определяются из экспериментов по пиролизу в замкнутых системах (нижний рисунок)
Слайд 19

Системы открытого пиролиза Пиролиз это лабораторный процесс нагревания органической материи в

Системы открытого пиролиза

Пиролиз это лабораторный процесс нагревания органической материи в

отсутствии кислорода.
В RockEval пиролизе размельчённые образцы материнской породы постепенно нагреваются в атмосфере инертного гелия.
В процессе нагревания кероген разрушается , генерируя свободные углеводороды ( C1 − C25, Karlsen and Larter, 1989)) из нерастворимой части органического вещества (керогена).
Слайд 20

Системы открытого пиролиза Продукты пиролиза выносятся непре-рывно потоком гелия при низком

Системы открытого пиролиза

Продукты пиролиза выносятся непре-рывно потоком гелия при низком

P < 138 кбар в ловушки-анализаторы.
Вначале образец нагревается в течение 3-5 минут при постоянной Т=250–300°С. Так получается пик S1. Этот пик является мерой свободных УВ, которые улетучиваются из породы без крекинга керогена. Пик S1 соответствует УВ, содержащимся в породе.
S1 (мг УВ/г породы) увеличивается по отношению к S2 с увеличением зрелости ОВ.

Затем нагревание с температурой, линейно растущей с постоянной скоростью 1–50°С/мин до конечной Т=600°С, которая выдерживается 1 мин (Lewan et al., 1995).

Слайд 21

Системы открытого пиролиза Продукты выхода в ловушках анализируются через каждые ΔТ=5

Системы открытого пиролиза

Продукты выхода в ловушках анализируются через каждые ΔТ=5

– 10°С для всего интервала 300 ≤ Т ≤ 600°С. Так получают график скорости выхода УВ от температуры, т.е. кривые S2.
S2 есть выход тяжёлых и лёгких УВ при крекинге керогена и измеряется в (мг УВ/г породы).
S2 представляет потенциал генерации УВ современной породой.
S2 есть более реальная мера потенциала материнской породы, чем Сорг (TOC), так как Сорг (TOC) включает «мёртвый углерод" , неспособный генерировать УВ.
S1 + S2 является мерой генетического потенциала или полным количеством УВ, которое могла бы генерировать порода (в пренебрежении эмиграции УВ из породы).
Проблемы: часть органического углерода остается матрице пород (инертные УВ). Пренебрегают вторичным крекингом нефти – dT/dt < 1°C/мин – группа риска.
Эмиграция: Разница между интегральными выходами УВ в экспериментах с незре- лыми и зрелыми образцами рассматривается как количество УВ, покинувшего мате- ринскую породу при её созревании - оценка эмиграции УВ (Lewan et al., 1995).
Слайд 22

Системы открытого пиролиза Геохимические параметры, описывающие генерационный потенциал мвтеринских пород (Peters and Cassa, 1994).

Системы открытого пиролиза

Геохимические параметры, описывающие генерационный потенциал мвтеринских пород (Peters

and Cassa, 1994).
Слайд 23

Системы закрытого пиролиза В замкнутых системах конечный про-дукт получается как результат

Системы закрытого пиролиза

В замкнутых системах конечный про-дукт получается как результат совмес-тного

действия реакций первичного и вторичного крекинга. Поэтому пара-метры реакций вторичного крекинга получаются обработкой результатов экспериментов на установках замкну-того гидроидного пиролиза.

Эксперимент: образец материнской породы (300-500 г) разрезается на полоски шири-ной 0.5-2 см, которые помещаются в воду в замкнутом реакторе и выдерживаются при постоянной Т=250 – 370°С от неск. часов до 3-6 дней и более. Давление внутри реактора может достигать 10, 20 и более МПа. Затем объём вскрывается для анализа состава и количества конечных продуктов пиролиза. Получают выход данной фракции в зависимости от температуры пиролиза. Зачастую получение одной точки в этой зависимости занимает около 7 часов, а таких точек для надёжного определения параметров вторичных реакций (Ai, Xio, Ei и коэффициентов Кij) необходимо набрать около 50 (Espitalie et al. 1988; Ungerer et al., 1988).
(Lewan et al., 1995):пиролиз 72 часа при Т=330°С – увеличение Р от Р=13 МПа (1.3 км глубины в. ст.) до Р=70 и 130 МПа уменьшило выход УВ на 34% и 58%, соответств.
В целом гидроидный эксперимент преувеличивает скорости созревания ОВ по сравнению с происходящими в природе и его использование ограничено.

Слайд 24

Кинетические спектры генерации УВ керогеном разного типа Tissot et al., 1987

Кинетические спектры генерации УВ керогеном разного типа




Tissot et

al., 1987
Espitalie et al.,1988
Sweeney et al.,1990
Слайд 25

Пример моделирования Северо-Прикаспийский бассейн

Пример моделирования Северо-Прикаспийский бассейн

Слайд 26

Северо-Прикаспийский бассейн

Северо-Прикаспийский бассейн

Слайд 27

Температурная история, эволюция катагенеза и реализация нефтегенерационного потенциала предполагаемых материнских свит

Температурная история, эволюция катагенеза и реализация нефтегенерационного потенциала предполагаемых материнских свит

северного борта Прикаспийской впадины

Уральская, Январцевская и Карачаганакская площади

Бурлинская, Чинарёвская, Рожковская и Павловская площади

Слайд 28

Порог эмиграции жидких УВ, оценивался по времени заполнения 20% порового пространства

Порог эмиграции жидких УВ, оценивался по времени заполнения 20% порового пространства

жидкими УВ (Espitalie et al.,1988; Makhous et al., 1997).
Во всех случаях порог достигался после отложения солевого комплекса (см. слайды 14-16). В расчётах порога учитывалось уменьшение содержания ОВ в породе по мере его созревания и эмиграции УВ. Например, для франской свиты верхнего девона (около 373 млн. лет) на Уральской площади исходное значение Сорг составляло около 2.9% при величине Сорг = 1.5%, принятой в модели для в современного разреза.
Слайд 29

Табл. Вычисленные значения степени зрелости ОВ (через эффективные Ro%), температур и

Табл. Вычисленные значения степени зрелости ОВ (через эффективные Ro%), температур и

реализации потенциала генерации УВ для предполагаемых материнских пород современного осадочного разреза северного борта Прикаспийской впадины
Слайд 30

Изменение кинетических спектров генерации УВ с ростом зрелости ОВ Эволюция формы

Изменение кинетических спектров генерации УВ с ростом зрелости ОВ




Эволюция формы S2 кривой выхода УВ и формы кинетического спектра с увели- чением зрелости ОВ (термический
крекинг керогена) (Tissot et al., 1987).
(Низкие Ei, ответственные за переднюю слева часть кривой S2, исчезают первыми при созревании. Tmax сдвигается в сторону высоких температур, а Emax - в сторону высоких энергий)

Изменение формы спектра для керогена типа III с ростом %Ro

Слайд 31

Влияния содержания серы в ОВ материнских пород на форму кинетических спектров

Влияния содержания серы в ОВ материнских пород на форму кинетических спектров

(Hunt et al.1991)


Табл. Результаты экспе-риментов в установках изотермического замк-нутого пиролиза с образ-цами, содержащими 4 стандартных подтипа ОВ типа II, различающихся содержанием серы (Hunt et al.1991). В скобках – Е в ккал/моль и А в 1/сек
Реализация потен- нциала генерации УВ керогеном II- с различ-ным содержанием серы (параметры кинетичес-ких спектров приведены в Табл. ). T(t) и %Ro(t) в истории погружения свиты показаны слева.

Слайд 32

Кероген типа II (стандартный) Кероген типа II (высокосернистый)







Кероген типа II
(стандартный)

Кероген

типа II
(высокосернистый)
Слайд 33

Кероген типа II (высокосернистый), HI=566 мг УВ/г Сорг







Кероген типа II (высокосернистый),

HI=566 мг УВ/г Сорг
Слайд 34

Восстановление спектра кинетических реакций (1) Параметры кинетических спек-тров материнских пород опреде-ляются

Восстановление спектра кинетических реакций (1)


Параметры кинетических спек-тров материнских пород опреде-ляются

математической проце-дурой восстановления спектров из результатов экспериментов по открытому и замкнутому пи-ролизу образцов материнской породы.
Слайд 35

Восстановление спектра кинетических реакций (2) Минимизируется функция ошибок χ2 σi -

Восстановление спектра кинетических реакций (2)


Минимизируется функция ошибок χ2
σi

- ошибка i-ого измерения в экспе-рименте, N - число измерений S2, a - вектор кинетических параметров, включающий M искомых исходных потенциалов реакций, Xi, и M иско-мых частотных факторов реакций, Ai при заранее выбранном наборе энергий активации Ei. Число N ≤ 80.


Обратная задача статистики линеаризуется и отклонение δam (m-той компоненты вектора a от ее предыдущего приближения) находится решением системы алгебра- ических уравнений. S2 вычисляется в согласии с формулами на слайдах 2, 4 и 9 презентации 5 для интегральной, 3-ёх и 5-ти компонентной систем, соответственно
При решении системы использовалась комбинация нелинейного метода градиент-ного спуска (Levenberg-Marquardt method: Press et al. 1986) и линейного метода подбора параметров.
Особенности модуля Г АЛО: 1) Ai ≠ const (слайд 9) и 2) Учёт геологической истории созревания ОВ в пиролизируемом образце.