От потенциала органического вещества к потенциалу нефтегазоносного бассейна

Всестороннее и полноценное рассмотрение проблемы П_нм нефтегазоматеринских свит возможно только при системном под­ходе.

Рассмотрев проблему НГМ-свит с системных позиций, обра­тимся к проблеме нефтегазоматеринского потенциала (П_нгм) объ­ектов разного уровня от ОВ до НГБ. Подчеркнем, что П_нгм породы определяется П_нгм содержащегося в ней ОВ; П_нгм свиты де­терминируется, в свою очередь, совокупным П_нгм пород, класси­фицируемых как нефтегазоматеринские, а П_нгм того или иного очага нефтегазообразования (ОНГО) следует оценивать не по ва­ловому содержанию ОВ, а по совокупности П_нгм НГМ-свит; П_нгм любого НГБ определяется, как сумма П_нгм ОНГО.

В настоящее время для практики нефтегазопоисковых работ, для оценки прогнозных ресурсов углеводородных флюидов того

или иного объекта (зоны, НГБ в целом и т.д.) необходима ин­формация о реализованном П_нгм объектов всех уровней, образую­щих в итоге оцениваемый объект, т.е. необходимо знать, сколько жидких и газообразных УВ генерировалось и эмигрировало в пределах данного объекта к настоящему времени. Суммарная масса УВ является верхним пределом количества способных к ак­кумуляции флюидов. Этот предел в природе, по существу, никог­да не достижим, но именно от него (и только от него) можно и должно рассчитывать долю аккумулировавшихся УВ. Любой НГБ — сочетание объектов более низких рангов, в которых ОВ находится на различных градациях катагенеза (имеет разную сте­пень зрелости). Поэтому необходимо знать: 1) сколько УВ (жид­ких и газообразных) генерирует ОВ конкретного типа к началу (или концу) градации данного катагенеза; 2) какая доля УВ эмиг­рирует к этому же моменту из породы, содержащей определенное количество ОВ данного типа. Первое характеризует реализован­ный П_нгм ОВ, второе — реализованный П_нгм породы. Для вычис­ления указанных величин применяется расчетное моделирование, которое предполагает количественное воспроизводство нефтега-зогенерации в масштабе геологического времени в зависимости от геологической истории региона. Оно позволяет уточнить ста­дийность генерации флюидов, положение их генерационных мак­симумов по отношению к тем или иным глубинам (палеоглуби-ны) и градациям катагенеза ОВ, что является одним из критериев раздельного геохимического прогнозирования флюидов. Расчет­ное моделирование в целях воспроизведения генерации УВ впер­вые было применено одним из создателей органической геохи­мии В.А. Успенским (1954) во ВНИГРИ. Им была рассчитана ге­нерация газов при катагенезе («метаморфизме») гумусовых углей. В дальнейшем методики расчетного моделирования нефтегазооб-разования развивались (также в основном во ВНИГРИ) С.Г. Не-ручевым, Е.А. Рогозиной, Т.К. Баженовой. В расчетах оценивает­ся генерация битумоидов хлороформенной (ХБА) и спиртобен-зольной (СББ) фракций, легких УВ (ЛУВ), углеводородных газов (УВГ), «кислых» газов (СО₂, H₂S, N₂) и воды. Принципиальная схема балансовой модели изложена в работе С.Г. Неручева и др. (1976). Расчет моделей показывает импульсивность и стадийность генерации УВ в катагенезе и палеоглубинные (градационные) границы этого процесса.

В качестве примера ниже приводятся результаты расчетного моделирования нефтегазогенерации в палеозое-допалеозое Си­бирской платформы.

От начала катагенеза к метагенезу, к графиту сапропелиты доманикоидных концентраций, биоценотическую основу которых образуют планктонные цианобактерии и акритархи с незначи-

тельной примесью альгобентоса, суммарно генерируют 36,2% нефти (ХБА+ЛУВ), около 16% УВГ, 22,6% кислых компонентов (куда относятся не только кислые газы, Н₂О, но и СББ) и 26,2% ОВ остается in situ в породе в виде графита, т.е. «полезных ком­понентов» (нефти и газа) суммарно образуется 51,2% от ОВ нача­ла катагенеза. Оксисорбосапропелиты невысокой степени окис-ленности с той же биоценотической основой дают примерно 35% «полезных компонентов». В случае сокращенной катагенетичес-кой шкалы применительно к палеозою-допалеозою Сибирской платформы около 2/3 нефти (62%) генерируется в интервале 1,53 км, выше (0,5-1,5 км) — около 10% и ниже (34,5 км) — око­ло 28% (конденсат). Двухимпульсный интервал 1,53 км, очевид­но, и следует выделять как главную зону нефтеобразования (ГЗН). Приведенные величины 51,2 и 35% и представляют исчер­пывающий П_нгм соответственно сапропелевого и оксисорбосап-ропелевого ОВ палеозоя и допалеозоя Сибирской платформы. Раздельный П_нм и П_гм сапропелитов этого региона соответствен­но 35,2 и 16%.

В последнее время для определения так называемого генети­ческого потенциала породы широко используется пиролитичес-кий метод в варианте Rock-Eval. Пиролитические пики S₁ и S₂ (первый примерно соответствует содержанию битумоида в поро­де, второй — суммарному количеству жидких и газообразных УВ, еще способных генерироваться содержащимся в породе ОВ) в сумме характеризуют остаточный нефтегазоматеринский потен­циал породы, сохранившийся к данной градации катагенеза, на которой находится ОВ данной породы. Этот остаточный потен­циал измеряется в мг/г, г/кг, кг/т, т.е., по существу, в ‰.

Выше уже говорилось, что реализованные П_нм и П_гм поро­ды — это количество УВ, генерированное и отданное породой, содержащей определенное количество ОВ, к данному этапу ката­генеза. Для того чтобы перейти от потенциала ОВ к потенциалу породы, вводится параметр концентрации ОВ в породе (в %). Введем обозначения q^H и q^r, характеризующие реализованный П_нм и П_гм породы. Тогда

где q^H и q^r — реализованный потенциал породы соответственно на жидкие продукты (нефть) и газ; и количества ХБА и ЛУВ, генерированные к данному этапу (в %) на исходное

OB начала катагенеза; К^ХБА и К^ЛУВ— соответствующие коэффи­циенты эмиграции данного этапа, т.е. , а т.е. суммарное количество эмигрировавших жидких УВ; у — количество газообразных УВ, генерированных и эмигрировавших к данному этапу (в вес.%) на исходное ОВ нача­ла катагенеза. Исследования сорбированных породой и ОВ УВ-газов показали, что их остается ничтожное количество по сравнению с объемом генерированных и в расчетах этим можно пренебречь. Коэффициенты эмиграции УВ-газов (К^г) имеет смысл вводить только, начиная с доманикитных концентраций С_орг > 5% (К^г > 0,9). Однако поскольку в процессе катагенеза происходит расход ОВ на образование летучих продуктов, то в каждом конкретном случае аналитически определимое его коли­чество в породе (С_орг) заведомо меньше исходной величины на­чала катагенеза. В расчетном моделировании вычисляется вели­чина, называемая степенью сохранности ОВ, или остаточной ре­ликтовой массой (RM). На каждой градации

где ΣKГ — сумма кислых газов СО₂, H₂S и N₂.

В связи с этим величины β и γ необходимо привести к ОВ данной градации, т.е. исходя из элементарной пропорции β и γ, следует умножить на 100 и разделить на величину RM. Для УВ-газов эта приведенная величина обозначается γ^г (%). Для эмигрировавших жидких УВ такой операции можно не произво­дить, так как изначально в каждом конкретном случае имеется первичная величина β_ост, т.е. количество остаточного битумоида (аналитически определенного) в % на ОВ данной градации, и именно эта величина вводится в расчетную модель как од­на из основных. В данном случае остается только выразить коли­чество эмигрировавших битумоидов (β_эм =β_исх· К) через коли­чество остаточных (β_ост):

В отличие от для большинства анализируемых образцов мы не располагаем параметром

Из этих уравнений получаем β_эм:

, поэтому поправку на лег­кие УВ приходится вводить исходя из расчетной модели. Обозна­чим ее δ^Л:

т.е. это величина, на которую надо умножить , чтобы полу-чить сумму .

Величина δ^Л безмерная и варьирует в пределах 1,1-1,9. Напомним, что ОВ=(С_орг/С_г)·100%, где С_г – содержание углерода в ОВ. Тогда

Для того чтобы перейти от весовых процентов к чисто весо­вым величинам, вводим параметр ρ — плотность породы (т/м³). Исходя из пропорции, получаем

Это и есть реализованный П_нм и П_гм породы в весовых еди­ницах. Для УВ газов от весовых единиц можно перейти к объем­ным. По правилу, грамм-молекула любого газа в нормальных условиях имеет объем 22,4 л. Вес грамм-молекулы метана 16 г,

этана 30 г, пропана 44 г. Условно можно принять вес грамм-мо­лекулы среднего горючего газа — метана с примесью тяжелых УВ за 22,4 г. Тогда 1 т такого газа при нормальных условиях будет иметь объем 1000 м³ (10³ м³). Отсюда:

обычно употребляется обозначение нм³ («нормальные» м³), т.е. объем при нормальных условиях.

Перейдем от П_нм и П_гм пород к НГМ потенциала свиты. Для этого надо знать мощность НГМ-свиты и площадь развития, т.е. ее объем, находящийся в очаге.

Поскольку в пределах отдельных очагов НГО и тем более в пределах всего НГБ ни толщина НГМ-свиты, ни концентрации С_орг в ее породах, ни катагенез ОВ не остаются постоянными, для характеристики реализованного П_нм и П_гм НГМ-свит вводит­ся понятие плотности эмиграции жидких и газообразных УВ (Q^H и Q^r). Это понятие характеризует количество эмигрировавших УВ из НГМ-свиты определенной мощности (м) с площади 1 км² и имеет размерность т/км² для жидких ОВ и нм³/км² для газообраз­ных УВ. Для того чтобы перейти от q^H и q^r к Q^H и Q^r, подставля­ем в формулы параметры h (толщина, м) и единичную площадь в 1 км² = 10⁶ м². Отсюда:

Для подсчета масштабов эмиграции УВ со всей площади раз­вития НГМ-свиты, т.е. для определения целостного реализован­ного ее П_нм и П_гм, составляются карты осредненных концентра­ций С_орг. Карты накладываются друг на друга и в результате вы­деляются участки, где все параметры принимаются неизменными. Для этих участков подсчитываются площади (S₁, S₂, S₃,..., S_n), перемножением Q^H и Q^r на S получаем потенциал участка. Сумма этих потенциалов и дает П_нм и П_гм НГМ-свиты.

где и реализованный П_нм и П_гм НГМ-свиты в це­лом. Суммируя значения и для отдель­ных НГМ-свит, легко перейти к потенциалу очага НГО и НГБ в целом.