Файл: Кудряков, В. А. Гидрогеологические факторы, влияющие на формирование нефтяных и газовых месторождений обзор.pdf

В зависимости от степени развития окислительных процессов

на стадии седиментогенеза органические вещества горнetc пород и

подземных вод (включая углеводороды) достигают разной стадии разрушения. Общей тенденцией этого процесса является образование органических кислот, углекислоты, метана, аммиака и других более простых, по сравнению с исходными, органических соединений.

Формы перехода органических веществ в водный раствор раз­

личны. Молекулы неполярных низкомолекулярных органических соеди­ нений внедряются в полости льдоподобных каркасов, при этом свя­

ся в воде по типу заполнения - по мере заполнения полостей в структуре водных растворов увеличивается растворимость жидких

углеводородов. Дальнейшее увеличение содержания этих молекул в воде приводит к разрушению водородных связей, т .е , рост насыщен­ ности вод жидкими углеводородами на стадии седиментогенеза

ограничен.

При растворении в воде органических веществ, содержащих

карбоксильную или гидроксильную группы, неполярная часть их мо­ лекул заполняет пустоты льдоподобных каркасов, а полярная >- заме­

щает молекулы воды в каркасах. Однако полярная часть молекул (в отличие от молекул воды) не способна к образованию водородных

связей, поэтому прочность каркаса ослабевает и структура'водных растворов разупорядочивается. Поскольку низкие давления способ­ ствуют упорядочению структуры водных растворов, переход в них отрицательно гидратирующих ионов, как овили являются органические анионы, существенно облегчается, хотя в условиях низких темпера­ тур также ограничен.

Таким образом, на стадии седиментогенеза низкие давления '

способствуют растворению жидких углеводородов и органических кислот и препятствуют растворению газообразных углеводородов, од­

- 25 -

нако низкие температуры и малая минерализация вод сглаживают этот эффект. В результате в водах содержание органических кислот повышается, а углеводородов - понижается(особенно при учете пре­ образованияорганических веществ в органические кислоты и сорби­ рования углеводородов органическим веществом осадкоЩ

Стадия диагенеза

На стадии диагенеза в условиях пониженных температур сохра­ няется довольно высокий процент водородных связей в структуре

водных растворов, благодаря чему в последних растворяются ионы с отрицательной гидратацией. Разупорядочение структуры водных раст­ воров с ростом давления и минерализации может обусловить выпада­

ние в осадок наименее растворимых солеи - карбонатов кальция и

магния и сульфата кальция. Переход в воду иолов с положительной и малой отрицательной гидратацией(при уменьшении содержания ионов кальция, магния, гидрокарбоната и сульфата) определяет тенден­ цию формирования преимущественно хлоридно-натриевых вод повышен­ ной минерализации,

Учитывая продолжение сорбции углеводородов органическим ве­ ществом пород, можно предполагать, что насыщение вод углеводоро­

дами на ст адии диагенеза остается низким, хотя и несколько повы­ шенным в более минерализованных водах.

Стадия катагенеза

Подстадия протокатагенезиса. Благодаря росту температур, постепенно теряется способность ионов к отрицательной гидратации и все ионы становятся положительно гидратирующими. Поскольку с ростом температуры и давления (последнего до определенных преде­

ный раствор. Вследствие взаимодействия сульфатов с органическими веществами происходит образование карбонатов натрия и магния.

Все это способствует формированию вод преимущественно хлориднонатриевого состава. Упорядочивая структуру водных растворов, в

них переходят органические кислоты и десорбируемые углеводороды;

насыщенность вод и рассолов углеводородами начинает постепенно нарастать.

- 26 -

Процессы, протекающие на стадиях седиментогенеза и диагене­

за и подстадии протокатагенеза, могут быть оценены в качестве ус­

ловий подготовительной фазы и биохимической зоны нефтегазообразо-

сокой температуре стабилизируют ее структуру. Однако при высоком содержании солей , газов и органических веществ водные.раствор]

преобразуются в соответствующий солевой расплав [53] , -благодаря

чему, а также и появлению пресных дегидратационных вод , сохраня­ ется тенденция растворения большинства содей и нарастания их

'Рис.З. Зависимость минимума вязкости воды от температуры и давления (по Хорну и

Джонсону, 1966)

- 27 -

В результате десорбции углеводородов при деструкции органических веществ пород и

преобразовании воднорастворен-

ных органических веществ насы­ щенность водных растворов не­ которыми углеводородами начина­

препятствует десорбции углеводородов (тормозящее действие связан­ ной породы установлено лишь для монтмориллонитовых глин). Однако,

как показали эксперименты [ 2 J , даже при полиминеральном составе глин температурный максимум десорбции углеводородов наступает после удаления сорбированной воды (р и с .4 ).

При повышении концентрации углеводородов более чем на 2 моль/л

они начинает разупорядочивать структуру водного раствора и те­ рять способность к растворению. Первыми этого предела достигают новообразованные и десорбированные высокомолекулярные жидкие углеводороды, как более способные к отрицательной гидратации по сравнению с газообразными. Это предопределяет возможности фазово­ го обособления жидких углеводородов в подземных водах и непосред­ ственного их накопления в поровом пространстве пород, минуя стадию водного раствора. Таким образом, имеются предпосылки для нефте-

накопления как в самих нефтегазопроизводящих породах, так и при миграции насыщенных водных растворов в коллекторы и зоны пьезо-

минимумов»

- 28 -

Еще бояее благоприятны условия для нефтеобразования и нефте-

накопления на орущем этапе м е з о к а т а г е н е з а _ () , в связи с даль­ нейшим увеличением объемов новообразованных углеводородов и нара­ станием минерализации и жесткости подземных вод. Своеобразие ионно-солевого состава рассолов на этом этапе заключается в по­ явлении хлоридао-кальциевых вод среди хлоридно-натряево-кальцие-

вых вследствие катионного обмена и метасоматических процессов

(хлоритизации, образования гидрослюд и д р .). Хлоридаость вод повы­ шается при ионной фильтрации водных растворов через спонтанно

заряженные глинистые толщи. Кроме т о го , при высоких температурах активизируется процесс растворения газообразных углеводородов и степень насыщенности ими вод приближается к предельной; появля­ ется возможность газонакопления и миграции нефти в газоконден­ сатном растворе.

Таким образом, начальный и средний этапы мезокатагенеза оце­

ниваются как главная фаза нефтегазообразования и соответствуют нефтегазовой термокаталитяческой подзоне [зо ] .

На_поздаем_этале_ м е з о к а т а г е н е з а _ () в условиях дальнейше­

го увеличения температуры и давления и появления возрожденных конституционных вод развивается деструкция углеводородов, хотя главное значение имеет деструкция неуглеводородной части органи­ ческого вещества и новообразование углеводородов. Рост температу­ ры и появление пресных водных растворов с измененной структурой облегчают растворение в них образующееся газообразных углеводо­ родов.

В-О-Детадия апокатагенеза. Преобладание деструкции углеводо­

родов на стадии апокатагенеза обусловливает развитие процесса преимущественного газообразования и газонакопления.

Такам образом, поздний этап мезокатагенеза и подстадия апо­ катагенеза являются главными в газообразовании и соответствуют метановой термокаталитической подзоне [ 2 ,35]

Стадия метагенеза

На стадии метагенеза исчерпываются возможности образования углеводородов за счет органического вещества пород и вод, происхо­ дит полное разупорядочение структуры водных растворов и потеря

- 29 -

их растворяющей способности, в результате чего в пустотах выпада­ ет однообразный парогазовый флюид.

В процессе э л и з и о н н о г о в о д о о б м е н а подземные воды мигрируют в зоны пьезоминимумов, где, в связи с

уменьшением давления _и температуры, продолжением роста минерали­ зации и метаморфизации и уменьшением доли возрожденных вод снижается растворимость углеводородов, начинается их фазовое обособление. Благодаря всплыванию углеводородов происходит их

движение в свободной фазе по восстанию пластов, причем из зоны апокатагенеза преимущественно в газообразном состоянии.

Преобладание процессов нефтеили газонакопления определяется,

вероятно, не только сапропелевым или гумусовым характером исход­ ного органического вещества и его содержанием, но и степенью ноти­

фикация в различных зонах нефтегазообразования, откуда мигрируют жидкие и газообразные углеводороды. Миграция подземных вод, пре­ дельно насыщенных углеводородами, и свободных углеводородов из зон нефтегазообразования обеспечивает формирование залежей нефти и газа в ловушках, расположенных на путях миграции к зонам пьезо­ минимумов, а при отсутствии ловушек и наличии открытой разгруз­ ки - вынос флюидов на поверхность земли и разрушение углеводоро­

различных стадиях литификации, проникают поверхностные воды, ко­ торые обладают повышенной растворяющей способностью, особенно по отношению к газообразным углеводородам и органическим кислотам.

Учитывая это обстоятельство и проявление процессов биохимическо­ го окисления углеводородов за счет кислорода и сульфатов поверх­

ностных вод, можно полагать, что инфильтрационные воды оказывают преимущественно разрушающее действие на углеводороды, сконцент­ рированные в залежах, рассеянные в горных породах и растворенные в подземных водах.

По мере проникновения инфильтрационных вод в глубь водона­ порной системы, благодаря увеличению давления, возрастает раство­ римость газообразных углеводородов, а благодаря росту температур -

и жидких. Попадая в зоны нефтегазообразования и нефтегазонакоп-

ления, поверхностные воды насыщаются углеводородами, причем сте­ пень их насыщения повышается за счет роста минерализации по пути

- 30 -