К вопросу о прогнозе геохимических свойств нафтидов в доюрских отложениях северных территорий Западной Сибири

Пунанова С.А.

Институт проблем нефти и газа РАН

Статья посвящена проблеме прогноза геохимических свойств
углеводородных (УВ) скоплений доюрских залежей в отложениях северных регионов Западной Сибири. Прогноз характеристик флюидов основывается
на ранее разработанных закономерностях, связанных с вертикальной геохимической зональностью флюидов в связи с изменением глубин и давлений, а также с типизацией нефтей различных стадий онтогенеза
по физико-химическим свойствам и микроэлементным (МЭ) показателям. Рекомендованный анализ был осуществлен на примере доюрских скоплений, прогнозируемых нами в глубоких горизонтах Ямальского полуострова
на основе данных Rock-Eval. Прогнозируется высокопреобразованный характер нафтидов с накоплением в них легких подвижных металлов.
Отмечается возможная экономическая целесообразность
извлечения металлов из прогнозируемых УВ объектов.

Введение

Западная Сибирь по праву является основным нефтедобывающим регионом России. Известно, что основные запасы УВ сосредоточены в юрско-меловом комплексе на глубинах от 2 до 4 км. Однако на современном этапе развития нефтегазового комплекса страны отмечается явная тенденция сокращения запасов и истощения недр на этих глубинах, что вызывает необходимость привлекать в разработку новые, более глубокозалегающие отложения доюрского комплекса, включая и палеозойские [1]. Исследования, связанные с прогнозом нефтегазоносности более глубоких горизонтов, таким образом, являются востребованными и актуальными. Имеются благоприятные геологические условия для формирования средних и крупных по запасам месторождений УВ, такие как наличие структурных и неструктурных ловушек, коллекторских интервалов в разрезе, региональных и локальных флюидоупоров, благоприятных геохимических и гидрогеологических условий [2–4]. И особую значимость в этой связи приобретают оценка качества ожидаемых скоплений, их физико-химические свойства и микроэлементный состав.
Целью исследования является прогноз геохимических свойств УВ скоплений доюрских залежей в отложениях северных регионов Западной Сибири. Подобный прогноз состава флюидов основывается на ранее разработанных закономерностях, связанных с вертикальной геохимической зональностью флюидов, а также с типизацией нефтей различных стадий онтогенеза по физико-химическим свойствам и МЭ показателям. В осадочном разрезе земной коры, согласно вертикальной эволюционной зональности образования УВ, связанной с увеличением глубины, температурного градиента, давления и типа исходной органики, происходит трансформация состава генерированных в их недрах УВ систем — от незрелых (тяжелых) на малых глубинах к преобразованным зрелым и сверхзрелым (легким) нефтям и конденсатам на больших глубинах. Онтогенез нафтидов, охватывающий процессы генерации, аккумуляции, консервации и разрушения скоплений нефти и газа, обусловлен геодинамическим напряжением в земной коре, которое и является одним из решающих факторов, приводящих к разнообразию свойств нефтей и металлогенической специализации нефтегазоносного бассейна (НГБ). Анализ литературного и экспериментального материала по геологии и геохимии нафтидов НГБ мира различного тектонического строения достаточно определенно свидетельствует, что физико-химические свойства нефтей, УВ состав, содержание и соотношение в них МЭ определяются особенностями исходного органического вещества (ОВ), лито-фациальными условиями его захоронения, последующей аккумуляцией и разрушением скоплений, результатами геодинамических эндогенных и экзогенных процессов [5–8].
Рассмотренный анализ был осуществлен на примере доюрских скоплений, прогнозируемых нами в глубоких горизонтах Ямальского полуострова на основе данных Rock-Eval. Прогнозируется высокопреобразованный характер нафтидов с накоплением в них легких подвижных редкоземельных металлов. Характеристика качества нефти и, в частности, ее металлогения в прогнозируемых ловушках — важнейшая компонента при оценке рентабельности разработки месторождения. В зависимости от состава добываемого сырья, содержания металлов в нем могут меняться методика разведки и разработки, технология переработки и осуществляться различные мероприятия по охране окружающей среды.

Обоснование перспектив нефтегазоносности рекомендованных объектов в Ямальской нефтегазоносной области (НГО)

Апробация научно-методических решений прогноза поисков мегарезервуарных скоплений нефти и газа проведена на нескольких перспективных объектах. Представляют интерес в плане выявления крупных скоплений УВ доюрские и палеозойские отложения на площадях Восточно-Бованенковская и Тарминская и нижнесреднеюрские и доюрские отложения, также включая и палеозойские, на площадях Малыгинская и Сядорская (по представленным данным, опубликованным в работах ранее [5, 6] с применением геохимических методов Rock-Eval и математической обработки программы «Выбор» [2]). Обзорная карта и рекомендованные объекты показаны на рисунке 1 (выделены красными линиями и красным шрифтом в условных обозначениях).
Рис. 1. Обзорная схема Карско-Ямальского региона [9]
с рекомендованными нами перспективными объектами
Возможность высоких перспектив обнаружения скоплений УВ в доюрских и нижнесреднеюрских и палеозойских отложениях на рекомендованных перспективных объектах обосновывается следующими благоприятными показателями. 1. Величинами Тмах: ОВ отложений на рекомендованных площадях приурочено на значительных глубинах (3 700 м) к зоне «нефтяного окна» (Тмах до 465 оС) или к зоне нефтегазоконденсатных (НГК) скоплений на глубинах 4 000 м (Тмах до 480 оС). 2. Типами ОВ отложений: сапропелево-гумусовый и гумусово-сапропелевый. 3. Стадийностью катагенетического преобразования ОВ (зависимость Коннон-Кассоу): на этих достаточно больших глубинах — зоны средней степени преобразованности.
На площадях Малыгинская и Сядорская разрабатываются залежи в К1ач и в J1-2 отложениях (в последних — уникальные по запасам скопления). Исходя из геохимических данных (ОВ в ачимовских отложениях на площадях Малыгинская и Сядорская соответствует зоне «нефтяного окна» на глубинах до 3 800 м, высокий генерационный потенциал, гумусово-сапропелевый тип ОВ), на этих площадях прогнозируется обнаружение как нефтяных скоплений, так и НГК в зоне более повышенных палеотемператур на больших глубинах в доюрских и палеозойских комплексах. На Бованенковской (уникальные по запасам скопления в J1-2 отложениях и гигантские в К1ач) и Тарминской площадях (на глубинах 3 600–3 700 м дифференцируются в нефтяной зоне) прогнозируются НГК и газовые скопления на больших глубинах в доюрском комплексе, включая палеозойский (табл. 1).
Табл. 1. Оценка стадийности катагенеза и продуцирующие толщи

Прогноз качества нефтей в природных резервуарах

В зонах значительного катагенеза при сильной дислоцированности территорий их тектоническая активность провоцирует формирование ловушек в большей мере неантиклинального, комбинированного типа. Именно в этом типе ловушек сосредоточены основные запасы месторождений УВ, открываемых в настоящее время с использованием метода сейсморазведки 3D. Часто встречаются тектонически экранированные залежи, что связано со спредингом на окраинах континентов. Ловушки подобного типа могут быть насыщены нефтями повышенной катагенной преобразованности, они значительнее подвержены процессам глубинной переработки. Кроме того, возможно, претерпели и миграционные существенные изменения.
При поисках и оконтуривании ловушек обязательно встает вопрос о прогнозе как типа нефти, заполняющей природный резервуар, ее состава, так и фазового состояния флюидов. Проанализировав влияние геохимического фактора на свойства нафтидов, насыщающих комбинированные ловушки в различных НГБ мира с позиции теории онтогенеза нафтидов, нами была показана возможность прогнозировать физико-химические свойства, углеводородный состав, металлогеническую специализацию и фазовое состояние флюидов, заполняющих природные резервуары различного морфологического типа. Химический состав нефтей, их физические свойства и содержание МЭ функционально связаны с геологической историей развития региона
и в каждом типе бассейнов будут специфическими и отвечать вертикальной зональности флюидогеохимической модели нефтегазообразования осадочного бассейна. Учитывая это, можно трактовать наличие нефтей определенного генетического типа, определенных физико-химических свойств в ловушках, закартированных в нефтегазоносных регионах на определенном уровне этой зональности.
Однако этот постулат будет справедлив, если ловушки заполнялись в одно время (период), и тогда нефти должны быть одного генетического типа сообразно своему онтогенезу. Если геологическая история формирования ловушек более сложна, и их образование происходило в разные геологические эпохи, и источники нефти были разными, то тогда можно констатировать многофазное заполнение ловушек нефтью нескольких генераций. В таких ситуациях возможна дополнительная миграция УВ в уже сформировавшуюся ловушку, которая имеет, как правило, комбинированный, осложненный тип (несколько фаз процессов нефтеобразования) [7]. Нефти содержат другой набор МЭ, токсичных и летучих, ассоциированных с более легкими нефтяными компонентами, часть из которых, вероятно, связана с глубинными процессами в недрах земли (As, Hg, Al, Sb, B, Li, РЗЭ и др.). Была установлена некоррелированность изменения в различных пробах нефтей концентраций предположительно биогенных (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn) и глубинных (Li, Be, La, Sm, Eu) элементов (рис. 2).
Рис. 2. Модель распределения различных генетических типов МЭ в разновозрастных нефтях Ромашкинской группы месторождений (по аналитическим данным Маслов и др., 2015); биогенные — ∑ (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn), глубинные — ∑ (Li, Be, La, Sm, Eu)
При этом такая несогласованность неуникальна. Она выявлена для Ромашкинского месторождения, а также аналогичные выводы были нами получены при сравнении различных генетических групп МЭ по нефтям месторождений Ханты-Мансийского региона. Некоррелированность содержания в нефтях биогенных и глубинных элементов свидетельствует
о независимом поступлении элементов в нафтиды из различных источников [7].
Исходя из высказанных соображений, можем получить при оценке свойств нефтей в рекомендованных залежах Ямальской НГО следующие значения. В прогнозируемых зонах повышенного катагенеза в тектонически и литологически экранированных ловушках в разрезе доюрского и палеозойского возраста могут быть выявлены нефти химических типов А-1 (сверхзрелая) и А-2 (зрелая). Нефти легкие и очень легкие (ρ = 0,80–0,85 г/см3), малосернистые (S = 0–0,2 %), парафинистые и высокопарафинистые (7–40 %), малосмолистые (0,3–10 %), с высоким выходом светлых фракций (НК-300 °С) от 50 до 100 %. В групповом составе фракций НК-430 °С доля алкановых УВ может достигать 90 %. Во фракции 200–430 °С н-алканы (5–25 %) доминируют над изопреноидными УВ (0,05–6,0 %), содержание циклоалканов изменяется от 15 до 45 %, а ароматических УВ — от 10 до 70 %. Благоприятный прогноз для обнаружения при жестких термобарических условиях газоконденсатных и нефтегазоконденсатных скоплений. Нефти, как правило, никелевой металлогении, значительно обедненные МЭ, связанными с тяжелыми компонентами, и обогащены МЭ, ассоциированными с более легкими масляными фракциями As, Hg, Al, Sb, B, Li, РЗЭ и др. [7].

Некоторые сведения об обогащенности каустобиолитов микроэлементами

В настоящее время одной из приоритетных задач промышленного освоения УВ скоплений является комплексный подход к месторождению углеводородов как к рудному телу. В этом контексте становится актуальной предварительная оценка содержаний МЭ в добываемом сырье, излагаемая в настоящей статье.
В ниже приводимых таблицах иллюстрируются важные данные о содержании МЭ в различных каустобиолитах, приводятся данные о максимальных и минимальных величинах их концентраций, рентабельных для извлечения металлов из определенного сырья. В таблице 2 показаны характеристические элементы, рассчитанные по их средним содержаниям для месторождений углей, сланцев (горючих и черных) и нефтей [10].
Табл. 2. Характеристические МЭ в различных каустобиолитах
О высоких концентрациях промышленно важных металлов в высокомолекулярных УВ компонентах матричной нефти Оренбургского месторождения сообщается в [12–14]. Некоторые металлы, например титан, никель, хром, свинец, цинк, ванадий, галлий, содержатся в матричной нефти в промышленных концентрациях (в 1 т матричной нефти может содержаться до 3 кг титана, до 1,5 кг никеля и хрома, до 1 кг ванадия, до 200 г галлия). При ценах на галлий 500–1 500 долларов за 1 кг (на 2012 г.) добыча матричной нефти, ее глубокая переработка, в том числе с выделением чистого галлия, делают производство более устойчивым и рентабельным.
В таблице 3 сравниваются по экспериментальным усредненным данным содержания промышленно ценных МЭ в расчете на золу каустобиолитов, дающие ориентир для возможной экономической целесообразности их извлечения [15].
Табл. 3. Локально высокие содержания промышленно ценных МЭ в расчете на золу каустобиолитов (СiАmax) и минимальные их содержания (СiАmin), обусловливающие целесообразность их извлечения (Сmах ≥ Cmin)
Несмотря на условность величин Cmin, вполне оправдан вывод о том, что при переработке каустобиолитов, обеспечивающих Cmin в побочных продуктах, целесообразно их рассматривать
в качестве потенциального промышленного сырья для извлечения соответствующего МЭ. Как минимальные, так и, в большей мере, максимальные концентрации элементов являются ориентировочными и будут уточняться в последующих исследованиях [15].
Пунанова С.А.

Институт проблем нефти и газа РАН, Москва, Россия

s_punanova@ipng.ru
Фактический и экспериментальный материал по особенностям физико-химических свойств, углеводородного и микроэлементного состава доюрских скоплений углеводородных залежей Ямальского полуострова. Сравнительная оценка микроэлементных показателей (металлогении) нафтидов различного генезиса. Оценка катагенетических условий нефтегенерации в глубоких отложениях и прогноз свойств флюидов в ловушках сложного строения.
Ямальский полуостров, Западная Сибирь, нафтиды,
микроэлементы, глубокие горизонты, доюрские залежи
Пунанова С.А. К вопросу о прогнозе геохимических свойств нафтидов в доюрских отложениях северных территорий Западной Сибири // Экспозиция Нефть Газ. 2025. № 4. C. 36–40.
DOI: 10.24412/2076-6785-2025-4-36-40

03.06.2025
УДК 622.276
DOI: 10.24412/2076-6785-2025-4-36-40
Рекомендуемые статьи
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (855) 222-12-84