ОЦЕНКА РЕСУРСОВ УВ И ПОПУТНОГО ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЫРЬЯ В НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКАХ УГЛЕВОДОРОДОВ (НА ПРИМЕРЕ ДОМАНИКИТОВ ТИМАНОПЕЧОРСКОЙ НГП) И.Р. Макарова, А.А. Суханов, О.М. Прищепа, А. В. Кончиц, С.С. Челышев, Ф.Ф. Валиев, А.И.Зиппа Методический аспект Оценка ресурсов УВ доманикитов и сланцев по методу А.А. Суханова проводится на основе количественных показателей зрелости органического вещества, плотности генерации и эмиграции УВ, гамма-активности урана и тория в породах в сочетании с данными ГИС Доманикоидные породы Понятие обобщенное стратиграфический аспект (горизонт) литолого-фациальный аспект (условия) геохимический аспект (содержание Сорг) Что предшествовало инициативной работе – защищенные патентные разработки авторского коллектива под руководством генерального директора ФГУП «ВНИГРИ» О.М.Прищепы 1.Способ определения палеотемператур катагенеза (о/микроскопия) 2. Способ определения зон генерации УВ (ГИС + ИК-спектроскопия) 3. Способ определения зрелости сапропелевого ОВ (ИК-спектроскопия ) СПЕЦИФИЧНОСТЬ – ДОМАНИКОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ = ГЕОФЛЮИДАЛЬНАЯ СИСТЕМА (ГФС) ЭЛЕМЕНТЫ ГФС СОВМЕЩЕНЫ В ОТЛОЖЕНИЯХ ДОМАНИКОВОГО ГОРИЗОНТА НЕФТЕМАТЕРИНСКИЕ ПОРОДЫ ЗОНЫ МИГРАЦИИ КОЛЛЛЕКТОР ПОКРЫШКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА СГЕНЕРИРОВАННЫХ УВ НЕОБХОДИМА ОЦЕНКА ЗРЕЛОСТИ ОВ НЕФТЕМАТЕРИНСКИХ ПОРОД В ОЧАГЕ ГЕНЕНЕРАЦИИ ИЗУЧЕНИЕ ПОРОД ДОМАНИКА ДЛЯ ОЦЕНКИ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ БАЗОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ СОСТАВ ЗРЕЛОСТЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА Типы и подтипы ОВ ДАННЫЕ ПИРОЛИЗА Градации катагенеза Достоверная оценка нефтеносности доманиковых отложений возможна только на основе результатов исследования пород (керна, шлама) А именно необходимо знать: Состав ОВ (различают типы и подтипы ОВ или керогена) Зрелость ОВ (оценивается каиагенетическая зрелость ОВ на уровне градаций катагенеза На этой основе уточняются расчетные значения по данным пиролиза МЕТОДЫ ФГУП «ВНИГРИ» ОПТИИКОСПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ СОСТАВА И ЗРЕЛОСТИ ОВ МИКРОСКОПИЯ В ВИДИМОЙ И ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СВЕТА ИК-СПЕКТРОСКОПИЯММ м Разработанный во ФГУП «ВНИГРИ» комплекс оптико-спектроскопических методов, позволяет осуществить количественную оценку таких параметров, а именно: состав ОВ и его зрелость Методы: Микроскопия в видимой и инфракрасной области. ИК-спектроскопия ТИПОМ И ПОДТИПАМИ ОВ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ: Начальные условия для генерации УВ; Генетический потенциал ОВ; Общее количество генерируемых УВ. ПРИМЕР РАЗЛИЧИЙ НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ НЕФТЕ- И ГАЗООБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ РАЗНЫХ ТИПОВ ОВ ПО ЗНАЧЕНИЯМ Тmax в процессе пиролиза (ПО Л.А. АНИЩЕНКО И ДР., 2004 с изменениями) ТИП КЕРОГЕНА I (альгинитовое) СОСТАВ ЗОНА «НЕЗРЕЛОГО » ОВ, 0С альгинитовое 400-440 440-450 450 до 425 425-450 450 до 435 435-470 467 ОВ II (сапропелево- ЗОНА НЕФТЯНОГО ОКНА, 0С ГАЗОВАЯ ЗОНА, 0С гумусовое) III (гумусовое) Отсутствует в доманике значение Tmax 425 - 435 0с для I (альгинитового), III (гумусового) типа керогена характеризует ОВ как незрелое, но эти же температурные условия - обеспечивают условия «нефтяного окна» для керогена II типа ПРИМЕР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ С КЕРОГЕНОМ II-ГО ТИПА НА ПОДТИПЫ, СОСТАВ ОВ ОПРЕДЕЛЯЕТ ГЕНЕРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОРОД (показатель водородного индекса HI различается от 600 до 100) силур, девон - Тимано-Печорской НГП керогена ПОДТИП II-1 Сапропелевое ОВ (II тип керогена) керогена граптолитовых сланценосных отложений Калининградской области распределяется на три подтипа в зависимости от биофаций. Подтип II-1 (преобладают граптолиты, ось ординат),близок по пиролитическим 1в данным к керогену I типа, для которого характерны водоросли. Подтип II-2 (преобладают водоросли, ось абцисс) сходен с керогеном III типа, для которого керогена присутствие характерно гумусового ОВ. ПОДТИП II-3 Мат . КРИВЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛЯ КЕРОГЕНОВ ери РАЗНОГО ао1ТИПА, УСТАНОВЛЕНО, что подтипы КЕРОГЕНА II типа - II-1 II-2 совпадают с областями распространения для гумусового ( и ар ВНИГРИ ПРИМЕР АНАЛОГИЧНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОВ НА ПОДТИПЫ В ДОМАНИКИТАХ (КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ, СИЛУР ) Подтип II-1 HI мг/г 700 I тип II тип Подтип II-3 600 500 а 400 1в 300 а б III тип 200 1а б а 100 0 1б в 0 25 50 75 100 125 125 OI мг/г - скв. Южно-Приморская-2, а-кембрий, б-нижний силур, в- верхний силур - скв. Южно-Калининградская-1, а - нижний силур, б - верхний силур - скв. Малиновская-2, нижний силур - скв. Северо-Мамоновская-3, нижний силур - скв. Восточная-1, нижний силур Подтип II-2 Области распределения значений пиролиза для подтипов ОВ (керогена второго типа) совпадают с областями распространения значений для первого и третьего типов керогена, что ведет к искажению представлений о составе ОВ в отсутствии визуального оптического контроля Приведенная выше таблица и рисунки следующИХ 2-х слайдов иллюстрируют важное условие достоверности получаемых данных: Для того, чтобы проводить расчеты по генерации УВ необходимо контролировать исходный тип ОВ и подтипы ОВ, от которых зависят температурные условия начала («запуска») процесса генерации УВ и общее количество генерируемых УВ ЗРЕЛОСТЬ ОВ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПО КОЛИЧЕСТВЕННЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ИК-СПЕКТРОВ ДЛЯ КАЖДОГО ТИПА ОВ (по характеристическим полосам поглощения - СН - С-ОН групп С-О-С связей и их интенсивности ФИТОПЛАНКТОН Г) 420 0,99 Поглощение 1626 1672 1609 1550 1711 1406 1516 1464 1746 0,90 1225 1370 1285 471 1140 1103 1043 1010 584 959 0,81 650 831 Absorption (СЛ-54-2) 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 Волновые числа, см-1 400 ЗООПЛАНКТОН 1,6 1587 1528 Поглощение 1492 1455 1423 1392 1,4 Г) 1280 1240 1092 1051 1033 1473 1181 1,2 1209 420 598 582 465 1,0 absorption (Бч1_1-2) 453 1800 1600 1400 1200 1000 800 -1 Волновые числа, см 600 400 РАЗЛИЧИЯ ИК-СПЕКТРОВ ОВ РАЗЛИЧНОГО ТИПА И ЗРЕЛОСТИ Особенности спектров ОВ приведены в публикации Суханов А. А. с соавторами/ Углеродное вещество керогена сапропелитов: зависимость структурных характеристик от биоценотического типа органического вещества и степени его катагенеза// Геохимия, 2011, № 9, с. 957-970 СПЕКТРЫ ОВ НА НАЧАЛО КАТАГЕНЕЗА (МК1) 1609 зоопланктонА) 1 1584 1695 Поглощение 0,7 1708 1381 1617 1,1 1283 1421 1458 1457 1207 0,6 465 421 1089 0,5 578 1044 511 835 781 895 0,4 1700 599 1112 1033 472 999 600 0,9 696 836 МК1 МК1 0,8 Absorption (73/63_2-1) 1400 1200 1000 800 Волновые числа, см 600 1500 -1 400 1621 1608 1574 1547 1521 1390 1451 0,84 1117 474 1038 1672 1711 525 599 1550 1406 1516 1464 1746 1225 1370 1285 МК5 1600 1400 1200 1000 800 Волновые числа, см -1 0,81 600 400 471 1140 1103 1043 1010 838 762 1600 584 959 МК4 1800 420 1609 0,90 577 937 фитопланктон 0,99 1626 1060 0,77 500 -1 Г) В) зоопланктон 1190 1234 1000 Волновые числа, см Поглощение 1600 1800 420 1046 1247 0,2 Поглощение 1138 1402 1,0 ABSORBANCE 0,70 А) 1314 762 0,3 1700 фитопланктон 1636 1245 Поглощение 0,8 650 831 Absorption (СЛ-54-2) 1400 1200 1000 800 Волновые числа, см-1 600 СПЕКТРЫ ЗРЕЛОГО ОВ (В - зоопланктон катагенез МК-5, Г- фитопланктон, катагенез МК-4) 400 МЕТОД РАСЧЕТА ГЕНЕРАЦИИ И ЭМИГРАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ ФГУП «ВНИГРИ» СОГЛАСНО НАШИМ РАЗРАБОТКАМ HI0 рассчитывается для каждого конкретного объекта в зависимости от типа органического вещества и его зрелости. Значение HI0 на начало катагенеза, возможно, не так важно для геофлюидальных систем, где очаг генерации и зоны аккумуляции разделены в пространстве зоной миграции УВ. ГФС – ДОМАНИК – ЭТО где все элементы совмещены в одной толще, поэтому для оценки содержания УВ возможно более точные и достоверное определение эмигрировавших УВ. ОЦЕНКА ЭПИГЕНЕТИЧНОСТИ БИТУМОИДОВ В ГЕОФЛЮИДАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ (ДОМАНИКИТАХ) АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ СТАНДАРТНОГО БИТУМИНОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ + АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИК-СПЕКТРОВ ГРУППОВОЙ ФРАКЦИИ БИТУМОИДОВ, НОВ ОЦЕНКА ДОЛИ ЭПИГЕНЕТИЧНЫХ БИТУМОИДОВ В ОСАДОЧНОЙ ПОРОДЕ ПО МЕТОДУ ГЛЕБОВСКОЙ – СУХАНОВА В РАЗРЕЗАХ ДОМАНИКА (СКВАЖИНЫ, ОБНАЖЕНИЯ) УСТАНОВЛЕН «КАТАГЕНЕТИЧЕСКИЙ РАЗРЫВ», в толщах доманика отмечаются «катагенетические окна» «Катагенетические окна» - пространственные области в толще доманикитов, где нарушена глубинная катагенетическая зональность. (определение предложено О.М. Прищепой ) «Катагенетический разрыв» интервал разреза, в котором нарушена монотононность изменения степени катагенеза ОВ с глубиной (определение предложено А.А. Сухановым). Вариации катагенеза ОВ, наблюдаемые в пределах первых десятков метров доманиковой толщи, достигают нескольких градаций Пример представления результатов определения зрелости ОВ в кремнисто-глинисто-карбонатной толще №обр Интервал , м Литотип TOC0 f- степень конверсии ,% органичес кого вещества в УВ Значения катагенеза по данным ИК-спектроскопии Шкала катагенеза Вассоевича, Неручев, Лопатина (1976) Градации в единицах отражательно способности витринита, R0 Значения зрелости ОВ по шкале на основе данных ИКспектоскопии Уточненные значения, R0 3 3342,25 кремнеаргиллит 2,94 0,22 МК4-5 1,55 -2,0 97,2 1,80 -2,0 5 3343,40 кремнеизвестняк 4,54 0,23 0,3 - 0,5 18,9 0,3 - 0,35 15 3350,60 фтанит 1,63 0,26 ПК3 МК2 0,65 - 0,85 60,7 0,75 - 0,85 19 3355,80 кремнеаргиллит 6,32 0,39 МК2 0,65 - 0,85 60,9 0,75 - 0,85 21 3356,85 силицит 4,64 0,37 МК3 0,85 - 1,15 69,9 0,95 - 1,0 22 3359,95 сланец 11,90 0,30 ПК3 0,3 - 0,5 22,0 0,3 - 0,5 24 3362,95 силицит 13,60 0,33 МК1-МК2 0.5-0.85 48,2 0,60 - 0,70 25 3364,45 силицит 3,64 0,22 МК4-5 1,55 - 2,0 94,8 1,75 – 1,80 ПРОБЛЕМА Отсутствовала четкая корреляция между содержанием Сорг и величинами гамма-активности по гамма-каротажу (ГК). В результате проведения экспериментальных работ по измерению активности урана в образцах пород из верхнедевонских отложений и оценки зрелости выделенного из пород органического вещества ИКспектроскопическим методом А.А. Сухановым с соавторами [1] были установлены две зависимости: - прямая зависимость между γ-активностью пород и содержанием ОВ при одинаковой зрелости органического вещества; - обратная зависимость между величиной γактивности пород и уровнем катагенетической преобразованности ОВ. ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ применялись два метода определения радиоактивности пород. Первый метод состоял в измерении общей гаммаактивности с помощью сцинциляционного датчика при ГИС в скважине, которая пересчитывается на мощность дозы излучения (мкр/ч). Второй метод заключался в лабораторных исследованиях образцов пород (керна) на гамма-спектрометре с полупроводниковым HPGe-детектором с определением аетивности урана, тория. НОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ - соотношение активности урана к активности тория ГК(мкр/ч)/A(U)(Бк); - соотношение гамма – активности по ГИС к активности урана ГК(мкр/ч)/A(U)(Бк) БЫЛИ СОПОСТАВЛЕНЫ с показателем соотношения содержания урана к содержанию С орг Что это дало Выявлены пять уровней с повышенным содержанием и активностью урана в скважине (мощность интервала 25 м), отвечающие началу 5 ритмов уранонакопления. Эти ритмы имеют, по всей вероятности, широкое появление по площади, так как прослежены на удалении в Печороколвинском авлакогене и рагее установлены С.Г. Неручевым в стратотипическом районе доманика. «УРАН И ЖИЗНЬ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ» С.Г. НЕРУЧЕВ ЧТО НОВОГО: В пределах каждого ритма уранонакопления степень катагенеза НОВ изменяется от ПК3 –МК1 до МК4-МК5 В результате проведенных работ установлена следующая закономерность: активность и содержание урана в морских глубоководных осадках, обогащенных органическим веществом, изменяется в обратной зависимости от степени преобразованности ОВ, которая определяется комплексом физических и гидрогеологических показателей, а также исходным типом ОВ, его содержанием и составом минеральной матрицы породы. Эту закономерность можно назвать по праву приоритета как закономерность А.А.Суханова. ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШАЯ ПРЕРСПЕКТИВА ОЦЕНКИ РЕСУРСОВ УВ СВЯЗАНА С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ КОЛИЧЕСТВА СГЕНЕРИРОВАННЫХ УВ В ДОМАНИКИТАХ НА ЛОКАЛЬНОМ УРОВНЕ Особенности распределения содержания ОВ и его зрелости в доманиковых отложениях ТПП - высокое содержание ОВ в пределах небольших (20-50 м) интервалах глубин; - крайне неравномерное распределение органического вещества; - нарушение глубинной катагенетической зональности Особенности распределения содержания ОВ и его зрелости в доманиковых отложениях ТПП Необходимость обеспечения максимальной достоверности оценки ресурсов на лицензионных участках Необходимость применения новых методических подходов для выявления, характеристики и оценки зон генерации и аккумуляции углеводородов в доманиковых отложениях ТПП К методике оценки ресурсов УВ в доманике 1. Сложность оценки плотности эмиграции УВ домаником в депрессионных фациях связана с наличием в одном интервале разреза (до 40-60 м) пород одновременно и с генерационными и аккумуляционными свойствами пород вследствие различной зрелости ОВ. Это ограничивает применение результатов пиролиза для оценки генерационного потенциала нефтематеринских пород, т.к. необходимо исключить интервалы пород с эпигенетичными битумоидами и аккумулрованными УВ. 2. Разработан способ оценки генерации и плотности эмиграции УВ доманикитами Методы количественной оценки нефтематеринских пород, основанные на имеющихся моделях генерации УВ Содержание Сорг Тип керогена Зрелость ОВ Модель генерации УВ Количество и тип УВ, генерированного к данному моменту ИК- метод определения зрелости сапропелевого органического вещества нефтематеринских пород ИК – спектр НОВ Анализ ИКспектра НОВ Состав НОВ Зрелость НОВ в единицах R0 Зрелость НОВ в шкале ВассоевичаНеручеваЛопатина Методы количественной оценки нефтематеринских пород, основанные на результатах пиролитического анализа пород. Значения пиролитических показателей определяемые экспериментально: TOCx, HIx, PIx. Значения пиролитических показателей, относящиеся к началу катагенеза ОВ, принимаемые априорно: TOC0, HI0, PI0. Балансовый расчёт Плотность эмиграции УВ Количественная оценка нефтематеринских пород с использованием модифицированного балансового расчёта Значения пиролитических показателей определяемые экспериментально: TOCx, HIx, PIx. Модифицированный Балансовый расчёт Значения пиролитических показателей, относящиеся к началу катагенеза ОВ Плотность эмиграции УВ Значения показателей, отражающих состав ОВ Исходные значения пиролитических показателей: S1, S2,TOCx, HIx, PIx. Оценка доли сингенетичных и эпигенетичных битумоидов в исследуемых образцах Исправленные значения пиролитических показателей Катагенез; Результаты битуминолог ического анализа Значения показателей, отража-ющих состав ОВ Модифицированный Балансовый расчёт значения пиролитических показателей, относящиеся к началу катагенеза ОВ Плотность эмиграции УВ Генерационная модель Неручева Жидкие УВ УВ - газы Оценка эмиграции УВ основана на расчетном значении показателя водородного индекса (HI0), уточненного на основе типа ОВ и определения его зрелости В методе К. Петерса и др. ( Peters, Walters, Moldovan, 2005) расчёт УВ, эмигрировавших из исследуемой нефтематеринской породы начинается с вычисления параметра «f», характеризующего глубину процесса нефтеобразования степень конверсии органического вещества в УВ. Он вычисляется по следующей формуле: HI X {1200 [ HI 0 /(1 PI 0 )]} f 1 0 HI {1200 [ HI X /(1 PI X )]} Где HIx - водородный индекс, измеренный в исследуемой породе. HI0 - водородный индекс, характерный для ОВ исследуемой породы в начале катагенеза. PI0 and PIX - соответственно исходный и экспериментально определяемые (методом RockEval) показатели продуктивности [PI = S1/(S1+S2)]. Здесь значение величины PI° принимается равным 0,02 для совершенно не преобразованных керогенсодержащих пород. Следует отметить что зарубежными коллегами HI0 в формулу вводится априорно, субъективно, что ведет к достаточно грубой оценке количества генерируемых и эмигрировавших УВ, Так, расхождения HI0 для доманика у разных специалистов составляют от 1100 до 600 мг/г. МЕТОД РАСЧЕТА ГЕНЕРАЦИИ И ЭМИГРАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ ФГУП «ВНИГРИ» СОГЛАСНО НАШИМ РАЗРАБОТКАМ HI0 рассчитывается для каждого конкретного объекта в зависимости от типа органического вещества и его зрелости. Значение HI0 на начало катагенеза, возможно, не так важно для геофлюидальных систем, где очаг генерации и зоны аккумуляции разделены в пространстве зоной миграции УВ. ГФС – НО ДОМАНИК –ЭТО где все элементы совмещены в одной толще, поэтому для оценки содержания УВ возможно более точные и достоверное определение эмигрировавших УВ. о н 0,1 0,3 0,0 ПК ПК 0,1 ПК 0,30 0,40 0,5 0,55 0,6 0,65 ПК МК1 МК1 МК1 МК1 ПК ПК МК1 МК1 МК1 МК1 МК2 ПК ПК МК1 МК1 МК1 МК2 МК2 МК1 МК1 МК1 МК2 МК2 0,55 МК2 МК2 МК2 МК2 МК2 0,65 МК3 МК3 МК3 МК3 МК3 0,70 МК4 МК4 МК4 МК4 МК4 0,75 МК4 МК4 МК4 МК4 МК5 МК5 0,50 0,82 0,85 0,67 0,7 0,72 0,8 0,82 0,85 МК4 МК5 МК5 МК5 МК5 МК5 МК5 МК5 МК5 МК5 МК5 МК5 МК5 0,87 0,95 1,0 АК АК АК Соответствие показателей H и O, полученных из ИК- спектров коллекции образцов НОВ, их значениям степени катагенеза (Патентная разработка №3) Определение значения на начало катагенеза: HI0, при котором значение f, полученное по формуле, HI X {1200 [ HI 0 /(1 PI 0 )]} f 1 0 HI {1200 [ HI X /(1 PI X )]} совпадёт со значением той же величины, полученным в ходе определения зрелости органического вещества породы на основе анализа его ИК – спектра.. Экспертная оценка зрелости ОВ, характеристика нефтематеринских толщ, очагов генерации и фазового состава УВ, путей миграции и потенциальных зон нефтегазонакопления, прогнозная оценка ресурсов УВ локального объекта Осуществляется в ПЯТЬ ЭТАПОВ РАБОТ ЭТАПЫ 1-4 1. Определение состава и зрелости органического вещества на уровне градаций катагенеза (оптико-спектроскопический методы) 2. Определение эпи-и и сингенетичных битумоидов для оценки генерационного потенциала и степени превращенности ОВ в УВ (пиролиз и химико-битуминологический метод) 3. Оценка генетической связи: органическое вещество, битумоиды, тип нефти, определение направленности миграции УВ (оптикоспектроскопические химикобитуминологический методы, пиролиз, хроматомассспектрометрия) 4. Комплексирование полученных данных лабораторных исследований с данными ГИС (калибровка, корреляция) ЭТАП. 5 . Оценка плотности генерации и эмиграции УВ по модифицированной расчетной модели К. Петерса с использованием уточненных данных количественной оценки зрелости ОВ и исключением из расчета пиролитических значений из пород с миграционными битумоидами План проведения работ по экспертной оценке, отражаемый в техническом задании 1. Ознакомление с материалами Заказчика, их анализ и выбор образцов для дальнейшего исследования, отбор образцов 2. Лабораторная обработка образцов 3. Заключение по результатам лабораторных исследований. 4. Представление результатов их сопоставление с имеющимися данными Заказчика. Подготовка рекомендаций 5.Прогнозная оценка ресурсов УВ локального объекта. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!