Нефть

строением, с резким различием правого и левого антиподов.
Такого характера соединения

углерода создаются только в биосфере и только живым существом» - В.И. Вернадский

«Скопления нефти начали образовываться со времени возникновения нормальных осадочных образований и накопления в них осадочного материала» И.М. Губкин

«Следовательно, точкой отсчёта при анализе эволюции нафтидогенеза следует считать время зарождения биосферы - 3.8 – 4.0 млрд. лет, т.е. ранний архей.» А.Э.Конторович
Нефть – это детище литогенеза (Н.Б. Вассоевич)

источниками нефти и газа в осадочной оболочке Земли.
2) Стадийность нефтегазообразования

в литогенезе.
Основные этапы эволюции нафтидогенеза (Конторович, 2004)
4-3.5 млрд. лет назад уже существовали организмы-автотрофы,
усваивавшие на основе фотосинтеза неорганические вещества
И ещё раньше существовали гетеротрофы, питающиеся органическими веществами абиогенного происхождения.
Уже в раннем архее (3.8 – 3.4 млрд. лет назад) началось развитие
простейших организмов – прокариотов – ещё не имевших обосо-
бленного ядра, но обладавших способностью к размножению и
развитой системой обмена веществ, включая фотосинтез. При
этом две параллельные ветви – бактерии и синезелёные водорос-
ли эволюционировали независимо.

с содержа-
нием некарбонатного углерода 10–30% (Бразилия, Канада, Ю.
Африка, Балтика,

Анабарский щит).
Уже в архее живое вещество клеток прокариотов обладало осо-
бенностями, отделяющими живое от неживого: способностью
к точному воспроизведению самого себя, способностью извле-
кать из окружающей среды и преобразовывать вещество и энер-
гию (фотосинтез), способностью к эволюции
(Конторович, Г и г, 2004, 45,№7).
Уже в архее сформировался состав липидов, в главных чертах
близкий липидам современных простейших водорослей и бакте-
рий.
Конец архея – интенсивная складчатость, гранитный магма-
тизм и связанный с ними метаморфизм уничтожили м-ия
нефти и газа и привели к метаморфизму многих концент-
рированных накоплений аквауглеродистого протокариото-
генного ОВ до стадии графита.

характеризовалось увеличением интенсивности и раз- нообразия (ферробактерии – месторождения железных

руд практически на всех кратонах; синезелёные водоросли – формирование мощных карбонатных толщ).
Конец раннего протерозоя: образование Пангеи 3 (1.6-1.7 млрд. лет) – геодинамика, новые типы осадочных бассейнов – предгорные, пасивных и активных окраин.
На протяжении большей части истории Земли (примерно до 320 млн. лет) единственным источником нефти и УВ газов на Земле было водное (аквагенное) планктонное и бактериальное ОВ, изменение в составе которого не влияло существенно на состав генерируемых УВ. Ситуация резко изменилась с выходом живых организмов на сушу.и появления высших растений.
Конец девона, около 350-380 млн. лет – выход растительности на сушу. Резкое расширение территорий и акваторий, где протекали процессы генерации нефти и газа, появление новых типов ОВ, мощная эпоха угленакопления, расширение фаций (озёрных, озёрно-аллювиальных, озёрно-болотных и др.), появление новых генотипов нефтей, резкое усиление процессов генерации газов (Конторович, 2004).

решающее влияние на эволюцию процессов
генезиса нефти и газа.

Первый

раз – в архее, в эпоху зарождения жизни, когда это
событие означало создание необходимых условий для начала
генезиса нефти и газа (нафтидов).

Второй раз в позднем палеозое (верхний девон–нижний карбон),
когда растительность вышла на сушу и завоевала большую её
часть, создав огромный спектр новых ландшафтных обстано-
вок для захоронения ОВ.

Биологическая эволюция оказала решающее влияние на нефте- и
особенно газообразование - большинство гиганских газовых
месторождений на Земле есть результат диагенеза и катагенеза
ОВ, источником которого была высшая наземная
растительность. (Конторович, 2004)

в 1-ом кг образца породы.

Сорг (TOC) включает в себя

кероген и битумы.

Измерение Сорг (TOC) используется как мера углеводородного потенциала.
Однако, это не однозначный индикатор потенциала, так как например графит состоит на 100% из углерода, но его потенциал генерации жидких углеводородов нулевой.
По этой причине водородный индекс (HI) используется вместе с параметром Сорг (TOC).

Кероген - составная часть органического вещества. Например, ОВ может на

90% состоять из керогена и на 10% из битумов.
Керогены не растворимы в органических растворителях, а битумы – растворимы. Т.е. под керогеном понимается дебитуминизированная часть ОВ. Другими словами битумы – это уже готовые УВ (нефть и другие), тогда как кероген даст УВ в процессе его будущего созревания.

Кероген – это составляющая органического вещества, которая в будущем при созревании даёт жидкие и газовые УВ.

типы материнских пород мира соответствуют трем типам органического вещества:

сапропелевому

(водные растительность и животные; кероген типа I),
гумусовому (сухопутные растительность и животные; кероген типа III)
и смешанному гумусово-сапропелевому
(кероген типа II)
(Hunt, 1996).

Озерное ОВ
Keроген типа II

Морское ОВ
(самое распространённое)
Kerogen Type III Terrestrial OM

(Ziegler, 1996b)


Sm – морское
S* - озёрное, Sc –

угольное
ОВ;
R – резерву-ары.

керогена (переходящая при высоких температурах в графитоподобную структуру - кокс)

здесь минимальна.
Реактивная часть керогена максимальна и лабильна, т.е. даёт при созревании нефть.
Примеры: ОВ киммерийских морских глин Северного моря; глинистые сланцы свиты Bakken в бассейне Уилстон (MacKenzie, Quigley 1988); ОВ н-м пород Новошотландского бассейна и дельты Нила (континентальный шельф), также относят к типу I.,
Кероген типа III: инертная часть керогена максимальна, а его реактивная часть минимальна и рефракционная, т.е. даёт при созревании керогена преимущественно газ.
Примеры: Палеозойские угли Европы и Северной Америки, ОВ покурской и тюменской свит Западной Сибири и др.
Кероген типа II: здесь доля инертного керогена в 2 - 3 раза выше, чем в типе I, но много ниже, чем в керогене III; реактивная часть преимущественно лабильна.
Примеры: ОВ Баженовской свиты Западной Сибири, ф-ии Green River и др.

710.0 мг УВ/г Сорг в трёх-фракционной модели (Tissot et al.,

1987; Ungerer et al., 1988).

377.3 мг УВ/г Сорг в трёх-фракционной модели (Tissot et al.,

1987; Ungerer et al., 1988).

160.0 мг УВ/г Сорг в трёх-фракционной модели (Tissot et al.,

1987; Ungerer et al., 1988).

Ван-Креветена
(Van Krevelen diagram)
Элементные отношения
H/C и O/C уменьшаются с ростом катагенеза

ОВ в связи с увеличением доли углерода в конечном продукте катагенеза..
Закон уменьшения зависит от типа органического вещества
и коррелирует со значениями VR – %Rо и TAI – thermal alteration index - анализ цвета спор.

типа ОВ по диаграмме зависимости выхода УВ S2 от содержания

ОВ в породе S2=F(TOC) (Langford, Blaue-Valleron, 1990).

Метод обладает тем преимуществом, что позволяет избежать ошибок, связанных с поглощением УВ матрицей породы в процессе эксперименталь-ного анализа в установках открытого пиролиза типа Rock-Eval.

377.3 мг УВ/г Сорг в трёх-фракционной модели (Tissot et al.,

1987; Ungerer et al., 1988).

кероге-нов (Ungerer et al., 1988)

Открытый пиролиз при разных скоростях

нагревания исполь-зуется для определения пара-метров спектра полной генера-ции УВ (верхний рисунок).
Открытый пиролиз с селектив-ными ловушками используется для определения кинетических параметров реакций первого порядка в спектрах генерации УВ в трёх и пятифракционной модели (средний рисунок). Кинетические параметры реакций вторичного крекинга определяются из экспериментов по пиролизу в замкнутых системах (нижний рисунок)

в отсутствии кислорода.

В RockEval пиролизе размельчённые образцы материнской породы постепенно

нагреваются в атмосфере инертного гелия.

В процессе нагревания кероген разрушается , генерируя свободные углеводороды ( C1 − C25, Karlsen and Larter, 1989)) из нерастворимой части органического вещества (керогена).

низком P < 138 кбар в ловушки-анализаторы.
Вначале образец нагревается

в течение 3-5 минут при постоянной Т=250–300°С. Так получается пик S1. Этот пик является мерой свободных УВ, которые улетучиваются из породы без крекинга керогена. Пик S1 соответствует УВ, содержащимся в породе.
S1 (мг УВ/г породы) увеличивается по отношению к S2 с увеличением зрелости ОВ.

Затем нагревание с температурой, линейно растущей с постоянной скоростью 1–50°С/мин до конечной Т=600°С, которая выдерживается 1 мин (Lewan et al., 1995).

ΔТ=5 – 10°С для всего интервала 300 ≤ Т ≤

600°С. Так получают график скорости выхода УВ от температуры, т.е. кривые S2.
S2 есть выход тяжёлых и лёгких УВ при крекинге керогена и измеряется в (мг УВ/г породы).
S2 представляет потенциал генерации УВ современной породой.
S2 есть более реальная мера потенциала материнской породы, чем Сорг (TOC), так как Сорг (TOC) включает «мёртвый углерод" , неспособный генерировать УВ.
S1 + S2 является мерой генетического потенциала или полным количеством УВ, которое могла бы генерировать порода (в пренебрежении эмиграции УВ из породы).
Проблемы: часть органического углерода остается матрице пород (инертные УВ). Пренебрегают вторичным крекингом нефти – dT/dt < 1°C/мин – группа риска.
Эмиграция: Разница между интегральными выходами УВ в экспериментах с незре- лыми и зрелыми образцами рассматривается как количество УВ, покинувшего мате- ринскую породу при её созревании - оценка эмиграции УВ (Lewan et al., 1995).

(Peters and Cassa, 1994).

совмес-тного действия реакций первичного и вторичного крекинга. Поэтому пара-метры реакций

вторичного крекинга получаются обработкой результатов экспериментов на установках замкну-того гидроидного пиролиза.

Эксперимент: образец материнской породы (300-500 г) разрезается на полоски шири-ной 0.5-2 см, которые помещаются в воду в замкнутом реакторе и выдерживаются при постоянной Т=250 – 370°С от неск. часов до 3-6 дней и более. Давление внутри реактора может достигать 10, 20 и более МПа. Затем объём вскрывается для анализа состава и количества конечных продуктов пиролиза. Получают выход данной фракции в зависимости от температуры пиролиза. Зачастую получение одной точки в этой зависимости занимает около 7 часов, а таких точек для надёжного определения параметров вторичных реакций (Ai, Xio, Ei и коэффициентов Кij) необходимо набрать около 50 (Espitalie et al. 1988; Ungerer et al., 1988).
(Lewan et al., 1995):пиролиз 72 часа при Т=330°С – увеличение Р от Р=13 МПа (1.3 км глубины в. ст.) до Р=70 и 130 МПа уменьшило выход УВ на 34% и 58%, соответств.
В целом гидроидный эксперимент преувеличивает скорости созревания ОВ по сравнению с происходящими в природе и его использование ограничено.

et al., 1987
Espitalie et al.,1988
Sweeney et al.,1990

свит северного борта Прикаспийской впадины
Уральская, Январцевская и Карачаганакская площади
Бурлинская,

Чинарёвская, Рожковская и Павловская площади

пространства жидкими УВ (Espitalie et al.,1988; Makhous et al., 1997).

Во всех случаях порог достигался после отложения солевого комплекса (см. слайды 14-16). В расчётах порога учитывалось уменьшение содержания ОВ в породе по мере его созревания и эмиграции УВ. Например, для франской свиты верхнего девона (около 373 млн. лет) на Уральской площади исходное значение Сорг составляло около 2.9% при величине Сорг = 1.5%, принятой в модели для в современного разреза.

и реализации потенциала генерации УВ для предполагаемых материнских пород современного

осадочного разреза северного борта Прикаспийской впадины

Эволюция формы S2 кривой выхода УВ и формы

кинетического спектра с увели- чением зрелости ОВ (термический
крекинг керогена) (Tissot et al., 1987).
(Низкие Ei, ответственные за переднюю слева часть кривой S2, исчезают первыми при созревании. Tmax сдвигается в сторону высоких температур, а Emax - в сторону высоких энергий)

Изменение формы спектра для керогена типа III с ростом %Ro

спектров (Hunt et al.1991)




Табл. Результаты экспе-риментов в установках

изотермического замк-нутого пиролиза с образ-цами, содержащими 4 стандартных подтипа ОВ типа II, различающихся содержанием серы (Hunt et al.1991). В скобках – Е в ккал/моль и А в 1/сек

Реализация потен- нциала генерации УВ керогеном II- с различ-ным содержанием серы (параметры кинетичес-ких спектров приведены в Табл. ). T(t) и %Ro(t) в истории погружения свиты показаны слева.

Кероген типа II
(высокосернистый)

типа II (высокосернистый), HI=566 мг УВ/г Сорг

опреде-ляются математической проце-дурой восстановления спектров из результатов экспериментов по открытому

и замкнутому пи-ролизу образцов материнской породы.

σi - ошибка i-ого измерения в экспе-рименте, N - число

измерений S2, a - вектор кинетических параметров, включающий M искомых исходных потенциалов реакций, Xi, и M иско-мых частотных факторов реакций, Ai при заранее выбранном наборе энергий активации Ei. Число N ≤ 80.

Обратная задача статистики линеаризуется и отклонение δam (m-той компоненты вектора a от ее предыдущего приближения) находится решением системы алгебра- ических уравнений. S2 вычисляется в согласии с формулами на слайдах 2, 4 и 9 презентации 5 для интегральной, 3-ёх и 5-ти компонентной систем, соответственно
При решении системы использовалась комбинация нелинейного метода градиент-ного спуска (Levenberg-Marquardt method: Press et al. 1986) и линейного метода подбора параметров.
Особенности модуля Г АЛО: 1) Ai ≠ const (слайд 9) и 2) Учёт геологической истории созревания ОВ в пиролизируемом образце.

образец покурской свиты, Уренгойская площадь. Из спектра 2 на слайде

9 (Hi=110.5 мг УВ/г Сорг) реакции.Ei=41, 42, 43 и 45 Ккал/моль могли быть в значи-тельной степени реализованы в течении геологической истории образца. Спектр 3 на слайде 9 - Hi= 121.8 мг УВ/г Сорг.

Интеграл по времени в выражении для расчёта скоростей выхода УВ (8-4) делится на две части: to ≤ t' ≤ t1 - время погружения образца материнской породы в бассейне и t1 ≤ t' ≤ t - время программируемого нагревания образца в пиролизаторе.