СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗРЕЛЫХ УГЛЕСОДЕРЖАЩИХ НЕФТЕМАТЕРИНСКИХ ПОРОД И УТОЧНЕНИЯ ИХ КАТАГЕНЕЗА

Изобретение относится к области геологии, включая поисковую геохимию на нефть и газ. Оно может быть использовано при оценке перспектив территорий на нефтегазоносность.

Известен способ определения зрелых нефтематеринских пород по результатам пиролиза нефтематеринских пород в инертной атмосфере (Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти и газа. М.: Мир, 1981, 501 с.). Недостаток этого способа заключается в том, что данный способ неточен для образцов пород, имеющих различную окисленность органического вещества.

Известен также способ, основанный на определении детального состава веществ, а именно анализ соотношения различных легких углеводородов бензиновой фракции (Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти и газа. М.: Мир, 1981, 501 с.). Недостатком этого способа является отсутствие легких углеводородов в керне, обусловленное потерей при хранении.

Известен способ, основанный на определении нормальных и изопреноидных алканов (Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти и газа. М.: Мир, 1981, 501 с.). Способ прост в исполнении. К недостаткам следует отнести большое влияние на его величину особенностей литологического состава пород, экстракты из одной и той же нефтематеринской породы показывают различную зрелость.

Известен также способ, основанный на определении четных и нечетных н-алканов (Хант Дж. Геохимия и геология нефти и газа). Способ также прост в исполнении. Недостаток этого способа заключается в существенной зависимости состава алканов от типа нефтематеринского органического вещества, кроме того, способ достаточно чувствителен к содержанию в породе эпигенетичного битумоида.

Известен способ, основанный на определении фенантрена и изомеров метилфенантрена (Radke M., Welte D.H. The methylphenanthrene ndex (MPI): A maturity parameter based on aromatic hydrocarbons. (Eds. M. Bjoroy et al.) In: Advances in Organic Geochemisry, 1981, Wiley, Chichester, p. 504-512). Недостаток этого способа заключается в неточности по отношению к породам с различной окисленностью органического вещества.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ определения зрелых углесодержащих нефтематеринских пород по показателю отражательной способности витринита, который является одним из основных критериев катагенеза углесодержащих пород.

Способ включает в себя отбор образцов, изготовление аншлиф-брикетов или аншлиф-штуфов, измерение отражения витринита в масле R_o или в воздухе R_a (ГОСТ Ρ 55659-2013), на основании которого судят о катагенезе органического вещества (Неручев С.Г., Вассоевич Н.Б., Лопатин Н.В. О шкале катагенеза в связи с нефтегазообразованием // Горючие ископаемые. М., 1976. - С. 47-62).

При показателе отражательной способности витринита в масле R_o в интервале от 0,60 до 1,15% фиксируют главную фазу нефтеобразования, которая практически полностью охватывает три градации мезокатагенеза (MK₁ - R_o от 0,50 до 0,65%, МК₂ - R_o от 0,65 до 0,85%, МК₃ - R_o от 0,85 до 1,15%). Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Недостаток данного способа заключается в том, что замеры отражательной способности витринита имеют существенную погрешность, связанную со степенью окисленности или восстановленности мацералов группы витринита, хранением и отбором образцов, неправильной идентификацией нужных мацералов и некачественной пробоподготовкой и полировкой аншлифов (Сарбеева Л.И., 1968; Sykes R., 2004; Peters К.Ε. еt al., 2005; Wilkins R.W.T. and George S.С., 2002). Все эти факторы являются основными причинами больших различий получаемых значений отражательной способности витринита для одних и тех же образцов в разных лабораториях и разными операторами (Dembicki G.Jr., 1984) и затрудняют использование этого параметра в узких диапазонах катагенеза, в частности в пределах главной фазы нефтеобразования. Кроме того, это не прямой метод, поскольку отражательную способность витринита нельзя измерить в нефтях, т.к. витринита в них нет.

Задача изобретения заключается в создании менее сложного в исполнении, экспрессного и более точного способа определения зрелых углесодержащих нефтематеринских пород и уточнения катагенеза пород в пределах первой половины мезокатагенеза, а также получения возможности прямой корреляции нефтей и нефтематеринских пород на основе близости значений их зрелости.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении достоверности и экспрессности определения зрелых углесодержащих нефтематеринских пород путем более точного ранжирования углесодержащих пород по катагенезу в пределах главной фазы нефтеобразования.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения зрелых углесодержащих нефтематеринских пород, включающем отбор породы, выделение органического вещества, растворимого в органических растворителях, его хроматографический анализ с определением абсолютного или относительного содержания бензо[b]нафто[2,1-d]фурана, бензо[b]нафто[1,2-d]фурана и бензо[b]нафто[2,3-в]фурана. По результатам анализа рассчитывают бензофурановое отношение BNFR по формуле

и при значении BNFR больше 0,62 нефтематринскую породу считают зрелой. При этом при значениях BNFR от 0,40 до 0,72 фиксируют стадию зону начального мезокатагенеза, соответствующую градации MK₁ (по шкале Неручева, Вассоевича, Лоптина), при значениях BNFR от 0,72 до 1,14 фиксируют зону среднего мезокатагенеза МК₂, а при значениях BNFR 1,14 и более фиксируют зону глубинного мезокатагенеза МК₃.

Сущность изобретения заключается в том, что для определения зрелых углесодержащих пород и уточнения их катагенеза в пределах первой половины мезокатагенеза анализируют органическое вещество, растворимое в органических растворителях (битумоид), полученное экстракцией полярным органическим растворителем (наиболее распространенные хлороформ, дихлорметан, смесь спирта и бензола). Проводят хроматографический анализ битумоида и определяют абсолютное или относительное содержание изомеров бензонафтофурана.

Бензонафтофурановое отношение (BNFR) определяют по отношению абсолютных или относительных концентраций бензо[b]нафто[2,1-d]фурана, бензо[b]нафто[1,2-d]фурана и бензо[b]нафто[2,3-d]фурана, полученных в результате анализа битумоида. О зрелости нефтематеринской породы судят по бензонафтофурановому отношению - BNFR, которое определяют исходя из значений абсолютных или относительных концентраций бензо[b]нафто[1,2-d]фуран и бензо[b]нафто[2,3-d]фуран, определяемых по результатам хроматографического анализа экстрактов из пород, по формуле (1), при этом породу считают зрелой, если это отношение больше 0,62, т.к. минимальные значения параметра BNFR, определенные для нефтей, больше этого значения.

Пример выполнения заявленного способа

Для определения зрелости и уточнения катагенеза углесодержащих нефтематеринских пород Западной Сибири была подобрана коллекция кернового материала углей. В коллекцию кернового материала включены площади, отличающиеся глубиной залегания пластов углей и пластовой температурой, являющейся ведущим фактором созревания. Для всех образцов была определена отражательная способность витринита по ГОСТ 12113-94 (ISO 7404-5) в трех независимых лабораториях.

Отобранные образцы кернового материала углей подвергают механическому дроблению и истиранию до размера зерен менее 0,5 мм, далее гильзы из фильтровальной бумаги, заполненные измельченной породой, помещают в аппарат Сокслета, в котором проводят извлечение органических веществ из породы при помощи экстракции хлороформом. Окончание экстракции контролируют сменой растворителя в экстракционной колбе, если свежая порция растворителя после 10-12 часов экстракции приобретает слабую по сравнению с начальной окраску, операция считается оконченной. Далее после отгона растворителя проводят анализ полученных экстрактов.

При анализе с целью определения изомерного состава используют хроматограф Hewlett Packard 6890, снабженный масс-селективным детектором HP 5973 MSD, и применяют программное обеспечение системы ChemStation для сбора и обработки результатов анализа.

Используют капиллярную колонку типа HP-1-MS (30m × 0,25mm); фаза - 100% диметилполисилоксан. Микрошприцем пробу в количестве 0,2 мкл вводят в испаритель хроматомасс-спектрометра, в котором устанавливают температуру 350°С. Одновременно через испаритель продувают газ-носитель гелий со скоростью 0,7 мл/мин. Анализируемую смесь направляют в капиллярную колонку хроматографа, в которой предварительно с помощью термостата колонки устанавливают начальную температуру 45°С. Время анализа при этой температуре составляет 3 мин. Задают скорость повышения (программирования) температуры 3°С/мин, доводят температуру термостата колонки до 310°С. Время термостатирования при этой температуре 30 мин.

После капиллярной колонки хроматографа компоненты анализируемой смеси направляют в масс-селективный детектор. Идентификацию пиков бензо[b]нафто[2,1-d]фурана, бензо[b]нафто[1,2-d]фурана и бензо[b]нафто[2,3-d]фурана осуществляют путем построения масс-фрагментограммы по 218 массе, соответствующей молекулярному иону для изомеров бензонафтофурана и дальнейшего сопоставления спектрограммы интересующего вещества со спектрограммой, считанной из библиотеки. По результатам хроматомасс-спектрометрического анализа определяют значения бензонафтофуранового отношения (BNFR).

Материалы, поясняющие сущность изобретения, приведены на рисунке и в таблице.

Рисунок 1. График зависимости отражательной способности витринита в масле (R₀) от BNFR для углей.

Таблица 1. Значения параметра BNFR для нефтей генетически связанных с органическим веществом углесодержащих пород.

На рисунке 1 приведен график зависимости отражательной способности витринита в масле (R_o) от BNFR экстрактов из углей, на котором точками обозначены значения R_o витринита при соответствующем значении BNFR, а также получена прямая линейной корреляции.

На вертикальной оси графика обозначена шкала зон катагенеза органического вещества пород, соответствующих градациям мезокатагенеза MK₁, МК₂ и МК₃ по шкале Неручева С.Г., Вассоевича Н.Б., Лопатина Н.В. (Неручев С.Г., Вассоевич Н.Б., Лопатин Н.В. О шкале катагенеза в связи с нефтегазообразованием // Горючие ископаемые. М., 1976. - С. 47-62). Используя линейную зависимость (рисунок 1) отражательной способности витринита (R_o) от молекулярного параметра BNFR и шкалу катагенеза по отражательной способности витринита, были получены пограничные значения градаций мезокатагенеза по BNFR. На рисунке видно, что градации MK₁ соответствуют значения BNFR от 0,40 до 0,72, градации МК₂ соответствуют значения BNFR от 0,72 до 1,14, градации МК₃ соответствуют значения BNFR от 1,14 и более.

Минимальным значением BNFR, при котором углесодержащая порода является зрелой, следует считать минимальную величину этого параметра, определенную в нефтях месторождений изучаемого региона, генетически связанных с органическим веществом углесодержащих нефтематеринских пород (таблица 1). Из таблицы 1 видно, что нет нефтей со значением параметра BNFR меньше 0,62. Значит, при значении параметра BNFR>0,62 углесодержащая нефтематеринская порода является зрелой, т.к. начала генерировать нефть в количествах, достаточных для образования промышленных залежей.