Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

Диссертация на соискание ученой степени

типы нефтей территории Колтогорского прогиба и особенности распределения в них ароматических соединений

02.00.13 - нефтехимия

Белицкая Елена Александровна

Томск 2008

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ограниченность и невосполнимость запасов нефти во всем мире, и возрастающие темпы потребления нефтепродуктов различными отраслями народного хозяйства диктуют необходимость поиска новых месторождений нефти и газа. Свойства нефти определяют направление ее переработки и влияют на продукты, получаемых из нефти. Увеличение объема производства нефтепродуктов, расширение их ассортимента и улучшение качества - основные задачи, поставленные перед нефтеперерабатывающей промышленностью в настоящее время.

Колтогорский прогиб, расположенный в центральной части Западно-Сибирской НГП, является частью Колтогорско-Уренгойского желоба и ограничен с запада Варьеганско-Тагринским мегавалом и Нижневартовским сводом, с востока - Александровским мегавалом, на юго-западе - Каймысовским сводом, а на юге сочленен с Нюрольской впадиной. В пределах прогиба и граничащих с ним склонов положительных структур нефтеносными являются коллекторы нижнего мела - ванденской (готерив-баррем,) и мегионской (валанжин- берриас) свит, верхней (баженовская и васюганская свиты), средней (малышевский горизонт) и нижней (шараповский горизонт) юры. Обширный набор нефтенасыщенных пластов в пределах относительно небольшой территории позволяет проанализировать особенности состава нефтей практически по всему характерному для Западной Сибири нефтеносному разрезу от нижней юры до позднего нижнего мела включительно, а наличие залежей нефти в пределах положительных и отрицательных структур - влияние на состав нефти тектонической приуроченности залежей.

Комплексное исследование состава алканов, цикланов и ароматических УВ может позволить получить наиболее достоверную информацию о природе исходного нефтематеринского вещества, уточнить представления о процессах нефтеобразования и послужить основой для прогнозирования состава нефтей новых территорий и геологических комплексов. Выявление признаков, которые могут использоваться как инструмент для предсказания распространенности нефтей с определенными характеристиками в малоизученных районах, где нефтегазовые месторождения еще не открыты или находятся на этапе разведки, является наиболее актуальной задачей, поставленной в настоящее время.

Цель работы. Изучение закономерностей распределения в нефтях территории Колтогорского прогиба Западной Сибири ароматических соединений, взаимосвязи их состава с составом насыщенных УВ и определение совокупности характеристических признаков генетического типа нефти для прогноза качества нефтяного сырья новых месторождений со сходными условиями образования.

Основные задачи исследования:

1. Выявить отличительные признаки нефтей различного генетического типа по составу насыщенных и ароматических соединений и оценить их химическую степень преобразованности.

2. Провести сопоставление состава ароматических соединений рассеянного органического вещества пород и нефтей в разрезе нижняя юра - нижний мел.

3. Проанализировать закономерности изменения состава насыщенных и ароматических соединений нефтей в зависимости от территориальной приуроченности залежей, типа исходного ОВ, глубины залегания нефти и возраста вмещающих отложений и на этой основе дать прогноз качества нефти, как сырья для нефтехимии.

Научная новизна. На основании комплексного изучения группового и индивидуального состава насыщенных и ароматических соединений широкого круга нефтей, залегающих в коллекторах юрского и мелового нефтегазоносных комплексов, определена совокупность признаков состава насыщенных УВ и ароматических соединений, различающих генетический тип и преобразованность нефтей. На основе выявленных характеристичных признаков нефти разделены на естественные группы. Сделан прогноз качества нефтей данной территории.

Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяют рассматривать нефтяные ароматические соединения в качестве дополнительных маркеров типа исходного нефтематеринского вещества, условий его превращения в процессе нефтеобразования и последующей деградации нефти в залежи. Использовать совокупность признаков по составу ароматических соединений для проведения корреляций материнская порода - нефть и нефть - нефть, для прогнозирования продуктивности отложений, качества нефтяного сырья новых территорий и оптимальные схемы их транспортировки и переработки.

Защищаемые положения:

- нефти района Колтогорского прогиба имеют различную природу и отличаются типом и условиями накопления исходного нефтематеринского вещества;

- нефти различного типа, территориальной и стратиграфической приуроченности характеризуются специфическими признаками распределения ароматических соединений, что позволяет сделать прогноз качества нефтей еще не открытых месторождений этой территории;

- выявленные особенности состава ароматических соединений нефтей позволяют установить сходство и различия нефтей и РОВ.

Реализация работы. Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института химии нефти СО РАН в рамках тем «Изучение влияния фациальных условий формирования современных и древних осадочных толщ на состав рассеянных в них и концентрированных форм органического вещества» - № ГР 01200011868, «Разработка научных основ прогноза состава и свойств углеводородного сырья Сибири по данным о природе нефтей и родственных объектов, глубокой переработки тяжелого нефтяного сырья и нефтяных попутных газов с применением новых методов инициирования химических реакций» - № ГР 01200404459.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Школе-Семинаре "Масс-спектрометрия в химической физике, биофизике и экологии" (Звенигород, 2002 г), V и VI Международной конференциях «Химия нефти и газа» (Томск, 2003, 2006), Научно-практической конференции "Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевого комплекса и производительных сил Томской области" (Томск, 2004), VII и VIII Международной конференциях «Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа» (Москва, 2004, 2005), 22-ой и 23-ей Международной конференциях по органической геохимии (Севилья, Испания, 2005, Торки, Англия, 2007), II Съезде ВМСО и Всероссийской конференции с международным участием «Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы» (Москва, 2005).

Основные положения и результаты исследований отражены в 14 научных работах, в том числе в 3 статьях в научных журналах и материалах 6 и тезисов 5 докладов на конференциях различного уровня.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, приложения и списка использованных источников из 145 наименований. Полный объем диссертации составляет 131 страницу, включая 53 рисунка и 21 таблицу.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Состояние проблемы и задачи исследования

В первой главе обобщены современные достижения в изучении индивидуального состава насыщенных УВ и ароматических соединений, проанализированы современные представления об их эволюции в осадочной толще, зависимости изменения их состава от геологических условий залегания нефти.

Исследованиям в этой области посвящены многие работы, выполняемые в России под руководством А.Э. Конторовича (ИГНГ СО РАН), М.В. Дахновой (ВНИГНИ), Ал.А. Петрова (ИГИРГИ), Г.Н. Гордадзе (РГУ), О.К. Баженовой (МГУ), Т.В. Белоконь и М.Г. Фрик (КамНИИКИГС), Н.В. Лопатина (ВНИИгеосистем), А.В. Рылькова (ЗапСибНИГНИ), И.В. Гончарова (ТомскНИПИнефть), А.К. Головко (ИХН СО РАН).

Исследованию нефтей Западной Сибири большое внимание уделялось в работах А.Э. Конторовича, В.С. Вышемирского, Н.П. Запивалова, А.Н. Гусевой, О.Ф. Стасовой, А.С. Фомичева, И.Д. Поляковой, Л.С. Борисовой, А.К. Головко, И.В. Гончарова, В.П. Даниловой, В.И. Москвина, Н.И. Ларичкиной и др.

При бесспорных достижениях, большинство исследований направлено на изучение отдельных групп соединений и практически отсутствует информация о взаимосвязях состава и распределения в нефтях различных классов гетероатомных органических соединений, насыщенных и ароматических УВ, совокупности признаков их распределения в нефтях различного генезиса и преобразованности. В связи с этим в данной работе рассматриваются особенности состава насыщенных УВ и ароматических соединений широкого круга нефтей из разновозрастных отложений, различного генетического типа и глубины залегания.

Глава 2. Характеристика объектов и методов исследования

Были изучены 24 образца нефти, отобранные с 14 площадей (рис. 1) в районе Колтогорского прогиба, залегающие в разрезе отложений нижняя юра - нижний мел в интервале глубин 1800 - 3292 м (табл.1).

нефть ароматический сырье углеводород

 А Б

Рисунок 1 - Схема расположения исследованных нефтеносных площадей (А) и фрагмент тектонической карты фундамента Западно-Сибирской плиты (Б): 1 - глубинные разломы, разграничивающие складчатые системы; 2 - разломы, разграничивающие структурно-формационные зоны; 3 - раннемезозойские грабен-рифты

Таблица 1 - Характеристика исследованных образцов нефтей

Состав РОВ разреза юра - нижний мел исследован на примере 21 образца аргиллитов из скв. 2 и 4 Куль-Еганской, скв. 1 Саймовской и скв. 9 Квартовой площадей в интервале глубин от 2375 до 3274 м.

Совокупность методов экстракции, жидкостной и газожидкостной хроматографии, электронной спектроскопии, а также газовой хромато-масс-спектрометрии (рис. 2), использованные для характеристики состава нефтей и РОВ пород, позволили получить данные о составе и распределении в нефтях и РОВ гетероциклических ароматических соединений, насыщенных и ароматических УВ.

Рисунок 2 - Общая схема выделения и исследования насыщенных УВ и ароматических соединений в нефтях и РОВ..

Глава 3. Типизация нефтей района Колтогорского прогиба по составу насыщенных углеводородов

По классификации Ал. Петрова согласно концентрациям нормальных и изопреноидных алканов все исследованные нефти относятся к типу А¹, т.е. нефтям парафинового и нафтено-парафинового основания. Исключение составляет нефть из нижнемеловых отложений Северной площади. По групповому составу эта нефть относится к нефтям нафтенового или нафтено-ароматического основания, т.е. нефтям типа Б¹.

Для уточнения источника, обстановок накопления и последующей термической истории исходного нефтематеринского вещества были определены параметры состава общепринятых биомаркеров - алканов, стеранов и терпанов, присутствующих в нефтях типа А¹. В составе идентифицированных соединений преобладают алканы, а стераны, терпаны и ароматические УВ находятся в подчиненных количествах. Максимальное содержание насыщенных УВ установлено в нефтях Каймысовского и Нижневартовского сводов, а минимальное - в нефтях Колтогорского прогиба (табл. 2). Следовательно содержание насыщенных УВ в нефтях увеличивается от прогнутых участков территории к положительным структурам.

Алканы. Содержание алканов изменяется от 52 до 83 % от суммы идентифицированных соединений (табл. 2). В их составе присутствуют алканы нормального строения от С₁₀ по С₃₂ включительно и низкомолекулярные алканы изопреноидного строения i-С₁₃ - i-С₂₀.

По составу н-алканов нефти типа А¹ района Колтогорского прогиба можно разделить на два генетически различных типа. Это нефти с повышенным содержанием С₁₅ и С₁₇ гомологов, генерированные видимо ОВ, сформированным преимущественно за счет фитопланктона (тип I). Для них характерно унимодальное распределение н-алканов с максимумом в области С₁₃-С₁₅. В составе исходного ОВ нефтей II типа, наряду с фитопланктоном, присутствовали наземные растения, для которых характерно преобладание С₂₇ и С₂₉ н-алканов и прибрежные водоросли - С₂₁, С₂₃. ММР н-алканов в них бимодально с максимум в области С₁₃-С₁₅ и дополнительным максимумом в области С₂₁-С₂₃.

Таблица 2 - Групповой углеводородный состав нефтей района Колтогорского прогиба

К нефтям I типа относится основная масса нефтей Каймысовского и Нижневартовского сводов (исключение составляют нефти Приколтогорской и скв. 7 Квартовой площадей). К нефтям II типа - Варъеганско-Тагринского и Александровского мегавалов (за исключением нефтей Ю. Александровской и скв. 33 Вахской площадей). В отдельную группу выделена биодеградированная нефть типа Б¹.

Отношение Pr/Ph, в определенной мере отражающее окислительно-восстановительные условия в бассейне седиментации исходного нефтематеринского вещества, изменяется в исследованных нефтях от 0,9 до 4,2. Для большинства нефтей Нижневартовского свода и Вахской площади Александровского мегавала величина Pr/Ph < 1,2, что свидетельствует о восстановительных условиях в бассейне седиментации ОВ, генерировавшего впоследствии указанные нефти. Исключение составляет нефть Приколтогорской площади, для которой величина Pr/Ph составляет 4,2 (окислительные условия). Значения этого показателя для остальных исследованных нефтей >1,2<2,0 отвечают субокислительной обстановке накопления их исходного ОВ.

Отношение изопреноидных алканов к нормальным Pr+Ph/С₁₇+С₁₈ (Кi) изменяется в большинстве нефтей от 0,31 до 0,92. Малое содержание низкомолекулярных гомологов н-алканов на фоне повышенной концентрации изопреноидных (Кi = 3,12) зафиксировано в нефти типа Б¹ из меловых отложений Северной площади (табл. 3) и может быть следствием ее биодеградации в залежи.

Циклоалканы. Содержание стеранов и терпанов в нефтях изменяется в пределах 3 - 9 % отн от суммы идентифицированных соединений (табл. 2). Максимальное содержание этих соединений обнаружено в нефтях Александровского мегавала.

Таблица 3 - Усредненные величины параметров состава алканов нефтей отдельных групп

В большинстве нефтей стераны преобладают над гопанами. Исключение составляют нефти Северо-Хохряковской, Приколтогорской, скв. 79 Тагринской и Куль-Еганской площадей. Низкое содержание стеранов по отношению к гопанам в них может быть следствием повышенного вклада наземных растений в состав исходного ОВ, либо активной микробиальной деятельности при накоплении исходного ОВ, генерировавшего эти нефти. Гопаны преобладают над стеранами и в нефти типа Б¹ (скв. 389 Северной площади).

Отношение содержания диастеранов к регулярным в исследованных нефтях изменяется в пределах от 0,32 до 0,62, что указывает на генерацию нефтей преимущественно глинистыми породами. Согласно составу изостеранов нефти, отнесенные нами к I типу, за исключением нефти из меловых отложений Нивагальской площади, попадают на диаграмме (рис. 3) в область открытого моря. В эту же область ложатся три нефти II типа (нефти Северной и скв. 79 и 69 Тагринской площадей), но основная масса нефтей этой группы представлена нефтям мелководно-морского генезиса. К дельтово-континентальным отложениям тяготеет нефть нижней юры Приколтогорской площади.

Значения отношения содержания трициклических терпанов к пентациклическим изменяются в нефтях от 0 до 0,18. Отсутствие трициклических терпанов в нефтях Варъеганско-Тагринского и Александровского мегавалов, а также нефти Приколтогорской площади может быть обусловлено континентальным генезисом этих нефтей. О том, что нефти Варъеганско-Тагринского мегавала и Приколтогорской площади имеют континентальный генезис, свидетельствует также повышенная (? 0,2) величина отношения диагопана к гопану С₃₀. Высокое значение этого отношения зарегистрировано также в нефти скв. 7 Квартовой площади.

Для остальных нефтей значения отношения диагопана к гопану С₃₀ меняются от 0 до 0,1. 28,30-Бисноргопан обнаружен не во всех нефтях. В основном он отсутствует в нефтях II типа. Значения его отношения к гопану С₃₀ в нефтях изменяются от 0 до 0,2. Максимальные значения отмечены в нефтях Ю. Матюшкинской, Хвойной, скв. 3 Квартовой площадей и нефти типа Б¹. Источники этого УВ в настоящее время еще не выяснены, тем не менее, наличие терпанов такого типа может являться первичным признаком биодеградации нефти.

Рисунок 3 - Состав стеранов нефтей на диаграмме W.J. Huang and W.G. Meinschein: 1-24 - шифр нефти см. табл. 1

В основной массе исследованных нефтей величина отношения гопана к адиантану > 1,5, что отвечает нефтям, генерированным в толще глинистых пород. Это подтверждает заключение, сделанное на основании данных о содержании в нефтях диастеранов.

Пониженные значения отношения гопана к адиантану (0,9-1,4) в нефтях Нижневартовского свода указывают на возможную примесь карбонатной составляющей в генерировавших их породах. Усредненные параметров для отдельных типов нефтей приведены в табл. 4.

Таблица 4 - Генетические параметры и показатели зрелости по составу стеранов и терпанов Углеводородные показатели

Для большинства нефтей I типа характерно наличие трициклических терпанов, 28,30-бисноргопана и низкое содержание или отсутствие диагопана. Среди регулярных стеранов преобладают стераны состава С₂₇. Соотношение стеранов состава С₂₇:С₂₈:С₂₉ соответствует значениям 38:30:32.

В нефтях II типа отсутствуют трициклические терпаны, содержание диагопана повышено. Соотношение стеранов состава С27:С28:С29 в этих нефтях составляет 34:30:36 и свидетельствует о незначительном доминировании С29 стеранов.

В нефти III типа отсутствуют трициклические терпаны, содержание диагопана низкое, а 28,30-бисноргопана, напротив, высокое. Соотношение стеранов состава С₂₇:С₂₈:С₂₉ соответствует значениям 33:32:36.

Таким образом, нефти района Колтогорского прогиба по данным о составе насыщенных УВ подразделяются на три типа, два из которых различаются своим генезисом, а третий - особенностями вторичного преобразования в залежи. I тип слагают нефти, в которых доминируют С₁₃-С₁₅ н-алканы, Pr/Ph составляет в среднем 1,3, Ki < 1, содержание стеранов выше, чем гопанов, среди регулярных стеранов преобладают стераны С₂₇, содержание прегнанов, трициклических терпанов и 28,30-бисноргопана высокое, а диагопана - низкое или он отсутствует. Это нефти, сформированные за счет ОВ - продукта фоссилизации в основном фитопланктона, накапливавшегося преимущественно в восстановительных условиях.

Нефти II типа характеризуются повышенным вкладом высокомолекулярных гомологов н-алканов, Pr/Ph составляет в среднем 1,8, Ki < 1, среди регулярных стеранов повышено содержание стеранов С₂₉, диагопана и отсутствуют трициклические терпаны. Нефти этой группы генерированы ОВ, заметный вклад в который вносила прибрежная флора, а условия его седиментации были субокислительными и окислительными.

В нефти III типа мала доля низкомолекулярных н-алканов, Pr/Ph составляет 1,6, Ki > 3, содержание гопанов выше, чем стеранов, среди регулярных стеранов преобладают стераны С₂₉, отсутствуют трициклические терпаны, содержание диагопана низкое, а 28,30-бисноргопана, напротив, высокое.

Глава 4. Состав ароматических соединений нефтей района Колтогорского прогиба

Выполненные исследования позволили идентифицировать в нефтях широкий спектр ароматических УВ ряда бензола (АБ), фитанилбензола (ФтБ), нафталина (Н), бифенила (БФ), флуорена (Фл), фенантрена (Ф), флуорантена (Флу), пирена (Пир), бензантрацена (БАн), хризена (Хр), бензфлуорантенов (БФлу), бенз(а,е)пиренов (БП), перилена (Прл). Среди гетероцикличиклических ароматических соединений - производные дибензотиофена (ДБТ) и дибензофурана (ДБФ).

В основной массе нефтей содержание отдельных групп ароматических УВ снижается с увеличением числа конденсированных ароматических циклов в молекуле. Эта закономерность нарушается только в нефтях Северной, Нивагальской, Северо-Хохряковской и Куль-Еганской площадей. В этих нефтях содержание фенантренов превышает содержание нафталинов. Максимальная концентрация тетраароматических УВ зафиксирована в нефтях Александровского мегавала. Пентаароматические УВ отсутствуют в нефтях Варьеганско-Тагринского мегавала и Каймысовского свода, а также в нефтях юго-западного склона Александровского мегавала и прилегающей части Колтогорского прогиба. В то же время, нефти центральной части и северной оконечности Александровского мегавала обогащены УВ с пятью конденсированными ароматическими ядрами.

Сопоставление состава ароматических соединений в пределах выделенных ранее типов нефтей показывает следующие различия (табл. 5). Для нефтей I типа характерно повышенное содержание дибензотиофенов и алкилбензолов. Это может быть связано с восстановительной обстановкой на начальных этапах преобразования ОВ, генерировавшего в последствии эти нефти.

Нефти II типа, в исходное ОВ которого заметный вклад вносила прибрежная флора, а условия его седиментации были субокислительными и окислительными, отличаются высоким содержанием кислородсодержащих соединений - дибензофуранов и аренов с тремя и более ароматическими циклами. Нефть III типа характеризуется максимальным содержанием дибензофуранов и трициклических УВ - фенантренов.

Таблица 5 - Групповой состав ароматических УВ и гетероциклических ароматических соединений в нефтях различного генетического типа

Нефти трех выделенных типов различаются также по индивидуальному составу ароматических соединений. В смеси ароматических УВ нефтей I типа н-АБ представлены непрерывным рядом от С₉ до С₂₅, характерна высокая концентрация этил-АБ (ЭАБ), монометил- и этилзамещенных соединений нафталина, голоядерных и монометилзамещенных полиаренов, незамещенных дибензотиофена и дибензофурана. Производные флуорантена и пирена преобладают над бензантраценом и хризеном.

В нефтях II типа зафиксирован более длинный ряд н-АБ от С₉ до С₃₂. Характерно пониженное содержание ЭАБ, повышенная доля триметил- и тетраметилзамещенных гомологов нафталина, бифенила и его монометилзамещенных гомологов, ретена, диметилзамещенных полиаренов, метилзамещенных соединений дибензтиофена и дибензофурана. Хризен и бензантрацен преобладают над флуорантеном и пиреном.

В нефти III типа отсутствуют ЭАБ, нефть обогащена фитанилбензолом (ФтБ), содержание триметилнафталинов значительно превышает концентрацию диметилзамещенных гомологов, повышенно содержание фенантрена и его триметизамещенных гомологов, ретена, монометилзамещенныых флуоренов, незамещенного ДБТ при пониженной суммарной концентрации дибензотиофенов. Все эти особенности представлены в табл. 6.

Таблица 6 - Основные отличия в составе ароматических соединений нефтей разных типов

Таким образом, нефти трех выделенных групп существенно различаются по содержанию отдельных представителей ароматических соединений.

В пределах выделенных групп нефти, залегающие в коллекторах различного геологического возраста, также имеют некоторые особенности состава аренов (рис. 4). Вниз по стратиграфическому разрезу к средней юре намечается тенденция увеличения в нефтях относительного количества тетрациклических ароматических УВ с повышенным содержанием бензантраценов и хризенов. В этом же направлении несколько возрастает содержание фенантренов. Обратный характер имеет распределение нафталинов, и в нефтях из средней юры их содержание ниже, чем фенантренов. В составе фенантренов нефтей из среденеюрских отложений доминируют ТМФ, в нефтях других горизонтов - ДМФ. Эти нефти отличаются также пониженным содержанием МН и высоким - ТМН, максимальным среди остальных содержанием ТеМН.

Высоким содержанием ретена характеризуются нефти из средней и нижней юры. Вниз по стратиграфическому разрезу в нефтях фиксируется закономерное увеличение содержания в смеси бифенилов ДМБФ и снижение незамещенного БФ, снижается величина отношения 4-метилпирена к 1-метилпирену.

Максимальная концентрация пентааренов установлена в нефтях из коллекторов баррема (верхнего нефтенасыщенного горизонта нижнего мела), где эти соединения доминируют среди всех конденсированных УВ, и средней юры. При этом нефти из средней юры отличаются повышенным содержанием монометилзамещенных гомологов, в нефти из барремской толщи доминируют голоядерные структуры. В нефти из отложений баррема и некоторых нефтях верхней юры среди пентааренов обнаружены перилены.

Рисунок 4 - Особенности распределения аренов в нефтях из отложений различного возраста

Таким образом, нефти из отложений различного возраста имеют характеристические особенности состава ароматических соединений. В коллекторах средней юры залегают нефти с повышенным содержанием три- и тетраметилзамещенных нафталинов при общей низкой концентрации этих соединений, высоким содержанием ретена и полициклоароматических УВ. Нефть из отложений баррема отличается повышенным содержанием пентааренов с доминированием в смеси голоядерных структур. Нефти I типа, залегающие в отложениях верхней юры, характеризуются, в отличие от остальных, преобладанием дибензотиофенов над дибензофуранами.

Отличия в составе ароматических УВ наблюдаются и по территории исследованного района. Нефти центральной и юго-западной частей (Каймысовский, Нижневартовский свод и Колтогорский прогиб) характеризуются высокими концентрациями моноаренов и довольно низкими - полиаренов. На севере и северо-востоке (Александровский и Варъеганско-Тагринский мегавал) в составе ароматических соединений нефтей снижается содержание моноаренов, увеличивается доля три-, тетрааренов и концентрация соединений ряда флуорена. Такое распределение ароматических соединений по территории возможно связано с условиями накопления и преобразования исходной биомассы этих нефтей.

В субокислительных и окислительных условиях степень ненасыщенности непредельных кислот выше, чем в восстановительных условиях, что благоприятствует образованию полиароматических УВ, а восстановительные условия способствуют циклизации преимущественно моноароматических УВ. Нефти II типа по качественному составу более легкие малосернистые парафинистые, с высоким цитановым числом, а нефти I типа более тяжелые сернистые, с высоким содержанием смол и асфальтенов. Известно, что свойства нефти определяют направление ее переработки и влияют на продукты, получаемые из нефти. Для нефтей II типа наиболее подходят такие процессы переработки, как гидрокрекинг и пиролиз, а для нефтей I типа - топливно-масляная переработка, направленная на получение горюче-смазочных материалов.

Таким образом, отличия нефтей различного типа, выявленные по составу ароматических соединений, могут успешно использоваться как дополнительный критерий определения качества нефтей на еще неразведанных участках этой территории. В северной части исследованного района, в частности, в пределах Варъеганско-Тагринского мегавала и северной части Александровского мегавала, могут быть обнаружены легкие малосернистые парафинистые нефти, а в центральной и юго-западной частях Колтогорского прогиба - более тяжелые сернистые с высоким содержанием смол и асфальтенов (рис. 5). Различия нефтей по составу позволяют рекомендовать различные пути их переработки для получения качественных нефтепродуктов.

Рисунок 5 - Схема изменения качественного состава нефтей территории Колтогорского прогиба. Зоны распространения нефтей: 1 - тяжелые сернистые смолистые; 2 - легкие малосернистые парафинистые

Глава 5. Термическая преобразованность нефтей по данным о составе насыщенных УВ и ароматических соединений

Термическая преобразованность (зрелость) нефтей была оценена с помощью большого числа параметров, рассчитанных по составу насыщенных УВ (алканы, стераны, гопаны) и ароматических соединений (нафталины, фенантрены, пирены, дибензотиофены). Установлено, что ни один из этих показателей не зависит от глубины залегания нефти (величина достоверной аппроксимации не превышает 0,3).

Величины расчетной отражательной способности витринита Rc, определенные по данным о составе фенантренов показывают, что по усредненным значениям преобразованность нефтей в разрезе юры растет с увеличением возраста вмещающих отложений (рис. 6). Тем не менее, фиксируется повышенная преобразованность нефтей из меловых отложений.

Рисунок 6 - Изменение расчетной отражательной способности витринита нефтей по нефтеносному разрезу

Анализ распределения величин Rc по площади в пределах одновозрастных коллекторов указывает на повышенную термическую преобразованность нефтей севера исследованной территории, а также в пределах и непосредственной близости к Колтогорскому прогибу. Основная масса исследованных меловых нефтей приурочена к северному участку, и их повышенная термическая преобразованность по сравнению с нефтями из более древних отложений юга исследованной территории обусловлена видимо, наличием на севере крупных разломов (рис. 1Б), являющихся источником дополнительного поступления глубинного тепла на этом участке.

Анализ величин показателей зрелости нефтей двух генотипов показывает, что обе группы содержат нефти, различающиеся зрелостью. В целом, по большинству показателей, рассчитанных по составу насыщенных УВ, нефти достаточно четко разделяются на две совокупности (рис. 7).

Наиболее четкое разделение фиксируется в плоскости отношений Ph/nC₁₈ и С₂₉Ts/C₂₉ (рис. 7 Б). В меньшей степени для этой цели служат ароматические соединения. Хотя совместное использование параметров насыщенных и ароматических УВ (рис. 7 В, Г), ароматических УВ и дибензотиофенов (рис. 7 Д) также дает хорошие результаты. В соответствие со всеми рассчитанными параметрами (за исключением К²зр, DNR1, DNR2 и TNR3) наиболее термически преобразованы нефти Варьеганско-Тагринского мегавала.

По большинству параметров снижение степени термического преобразования нефтей происходит в ряду: Варьеганско-Тагринский мегавал > Александровский мегавал > Колтогорский прогиб > Нижневартовский свод > Каймысовский свод. Аналогично меняется преобразованность нефтей внутри групп, выделенных по источнику исходного ОВ.

Независимо от типа нефти, в пределах каждой генетической группы увеличение степени термической преобразованности приводит к увеличению содержания в смеси моноаренов н-АБ и 1,2-МАБ. Снижается содержание 1,3-МАБ и ДМФтБ. Среди нафталинов возрастает относительное содержание нафталина, суммы 2,3- и 1,4-ДМН, 1,2,6-, 2,3,6- и суммы 1,4,6- и 1,3,5-ТМН, суммы 1,2,5,6- и 1,2,3,5-ТеМН, 1,2,6,7-ТеМН и суммы 1,2,5,7- и 2,3,6,7-ТеМН. Снижается содержание метилнафталинов, 2-ЭН и 1,5-ДМН. В составе флуоренов снижается содержание МФл и увеличивается - ДМФл.

Рисунок 7 - Распределение нефтей в плоскости величин параметров зрелости, рассчитанных по составу насыщенных и ароматических УВ: 1-24 - шифр нефти см. табл. 1

В смеси фенантренов увеличивается содержание 2,7-, 1,7-, 1,3-, 3,9-, 2,10-, 3,10-ДМФ, 1,3,6-, 1,3,9-, 1,6,9-, 1,6,7-ТМФ и тетраметилфенантренов. Снижается - Ф, 2-МФ, 9-МФ, 1-МФ и ретен. Среди тетрааренов снижается содержание суммы 7-, 1- и 3-МФлу, увеличивается - 2- и 4-MПИР. В составе дибензофуранов снижается содержание 4-МДБФ, дибензотиофенов - ДБТ, 1- МДБТ и суммы 2- и 3-МДБТ, увеличивается доля 4-ЭДБТ и 4,6-ДМДБТ.

Глава 6. Сравнительная характеристика состава ароматических соединений нефтей и РОВ

В большинстве образцов РОВ пород разреза нижняя юра - нижний мел присутствуют все группы ароматических соединений, идентифицированных в изученных нефтях. Однако, в отличие от нефтей, РОВ характеризуется меньшим содержанием моноаренов по сравнению с нафталинами и фенантренами, что может быть обусловлено потерей их в процессе миграции флюидов.

Нижний мел. В верхней части исследованного разреза в РОВ тарского горизонта (tar) мегионской свиты среди конденсированных ароматических УВ в равной максимальной концентрации зафиксированы нафталины и фенантрены, среди гетероциклических соединений - дибензофураны. Флуорантены и пирены преобладают над хризенами и бензантраценами. Среди пентациклических УВ доминируют голоядерные структуры и присутствуют перилены. В РОВ куомзинского горизонта (klm) отсутствуют флуорены, доминируют нафталины, хризены и бензантрацены преобладают над флуорантенами и пиренами, дибензофураны - над дибензотиофенами (табл. 7).

Верхняя юра. В баженовской свите (bg) чередуются слои, где в РОВ доминируют фенантрены и нафталины, но по всему разрезу хризены и бензантрацены преобладают над флуорантенами и пиренами, а среди гетероциклических соединений доминируют дибензотиофены. В верхней части разреза отсутствуют флуорены. В РОВ васюганской свиты (vs) дибензофураны преобладают над дибензотиофенами. В РОВ Саймовской площади среди тетрациклических УВ доминируют флуорантены и пирены, а содержание фенантренов значительно превосходит концентрацию нафталинов, в РОВ Куль-Еганской площади нафталины преобладают над фенантренами, а хризены и бензантрацены - над флуорантенами и пиренами.

Средняя юра. По всему разрезу средней юры фенантрены преобладают над нафталинами, хризены и бензантрацены - над флуорантенами и пиренами, а среди гетероциклических соединений дибензофураны - над дибензотиофенами. В составе пентааренов содержание монометилзамещенных гомологов превышает концентрацию голоядерных. Максимальным содержанием три-, тетра- и пентааренов выделяется РОВ вымского (vm) горизонта, а в РОВ малышевского (ml) горизонта отсутствуют гетероциклические соединения, а среди ароматических УВ доминируют бифенилы.

Нижняя юра. В отложениях китербютского (kt), шараповского (srp) и зимнего (zm) горизонтов Куль-Еганской площади фенантрены преобладают над нафталинами, а в надояхском (nd) горизонте этой площади и шараповском горизонте Квартовой, наблюдается обратная картина. Хризены и бензантрацены преобладают над флуорантенами и пиренами в РОВ большинства горизонтов, за исключением шараповского и зимнего Куль-Еганской площади. Дибензофураны доминируют над дибензотиофенами, за исключением РОВ пород зимнего горизонта, в котором дибензофураны отсутствуют.

Таблица 7 - Распределение ароматических соединений в РОВ пород разреза нижняя юра - нижний мел

Для зимнего горизонта характерно высокое содержание бифенилов. Повышенными концентрациями пентааренов отличаются породы надояхского и китербютского горизонтов. Концентрация монометилзамещенных гомологов пентааренов ниже содержания незамещенных в РОВ большинства горизонтов, за исключением китербютского, в котором монометилзамещенные гомологи преобладают над голоядерными. Особенности распределения отдельных групп ароматических соединений в РОВ пород различного возраста демонстрирует рис. 8.

Рисунок 8 - Распределение ароматических соединений в РОВ разреза нижняя юра - нижний мел

Сопоставление полученных данных с составом ароматических соединений нефтей, залегающих в отложениях соответствующего возраст...