ОРГАНОГЕННАЯ ВОДА И ЕЕ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ НЕФТЕГАЗОГИДРОХИМИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ

В. П. Ильченко, А. В. Бочкарев, М. И. Суббота

«Геология нефти и газа», № 7 1982. с. 57-59

В процессе преобразования ОВ при погружении пластов горных пород, в зоны все более высоких температур и давлений нарастает генерация не только углеводородных соединений, но и сопутствующих им вод. Новообразование воды при разложении различных соединений ОВ известно давно. Нами различаются два типа вод. Воды, генерирующиеся в живых организмах в процессе их жизнедеятельности в горных породах, называются биогенными, а образующиеся при метаморфизации ОВ в горных породах — органогенными (имеются в виду только новообразованные воды, а не захваченные из окружающей среды).

Если суммировать все воды, прошедшие в истории Земли через живые организмы и образуемые в процессе их жизнедеятельности, а также генерируемые при распаде ОВ, то их общий объем, по высказываниям В.И.Вернадского, превысит объем всей гидросферы. Старая гипотеза [5] органического происхождения вод нефтяных месторождений основана на представлениях о богатстве водой планктона (до 99% воды в составе живого ОВ), которая в процессе преобразования ОВ выделяется и является основной составляющей вод вблизи залежей. В специально поставленных опытах определено, что в различных илах и песках, содержащих ОВ, через месяц при разложении ОВ увеличивается количество воды. Это особенно касается богатых ОВ пород [5].

Масштабы генерации биогенной и органогенной воды были неясны. Г.М.Сухарев (1959) считал, что из-за ее малых объемов вряд ли эти воды могут иметь существенное значение в формировании запасов подземных вод. Л.Н.Капченко (1972) полагал, что по той же причине образуемая из ОВ пресная вода незначительно влияет на уменьшение минерализации пластовых вод. А.Э.Конторович и др. (1972) пришли к выводу, что органогенная вода играет существенную роль в балансе продуктов углефикации. Е.А.Рогозина [7] отмечает, что в процессе преобразования углей до начала коксовой стадии динамика генерации метана и воды аналогична: максимумы интенсивности фиксируются на одних и тех же катагенетических уровнях.

Прямых определений количества образующейся органогенной воды на разных стадиях углефикации ОВ не проводилось. Сравнительный анализ различных методик расчета образующихся летучих (Н2О, СО2, СН4, H2S, NH3) продуктов углефикации ОВ, проведенный А.Э.Конторовичем и др. (1972), показал, что наиболее обоснована методика В.А.Успенского [6]. Однако сам В.А.Успенский признавал, что его вычисления количества продуктов углефикации весьма приближенны (табл. 1). И все же для общей оценки роли органогенной воды в формировании нефтегазогидрохимических аномалий в зонах генерации УВ при поисках нефти и газа этими расчетами можно воспользоваться.

Мы исходили из того, что максимальное количество органогенной воды образуется в нефтегазоматеринских толщах при прохождении ими главных фаз нефте- и газообразования, когда породы значительно уплотнены и обезвожены, в результате чего новообразованные воды становятся максимально обогащенными растворенными нефтяными УВ, органическими кислотами и углеводородными газами.

Масштабы образования органогенной воды в процессе углефикации ОВ и ее влияния на гидрохимическую обстановку оцениваются нами на примере сравнительно хорошо изученных нижне-среднеюрских отложений Восточно-Кубанской впадины, с которыми связывается большая часть выявленных здесь запасов свободного газа. Объем ОВ в юрских породах рассчитан исходя из среднего содержания ОВ в породе, равного 1,65% [1]. Зная среднее количество продуктов углефикации (см. табл. 1), выделяющихся из 1 т ОВ, нами определены объемы образовавшейся воды на стадиях катагенеза (МКз, МК4 и AK1), которые соответствуют нижней зоне конденсатообразования и главной (глубинной) зоне газообразования [Вассоевич Н. Б., 1979 г.]. Суммарный объем органогенной воды, выделившейся из ОВ юрской материнской толщи Восточно-Кубанской впадины на этих градациях катагенеза, составляет около 12 км3 (табл.2). При этом следует отметить, что в пласт-коллектор переходит не вся органогенная вода; часть ее остается в материнской толще. Если допустить, что средняя пористость коллекторов нижне-среднеюрской толщи, составляет 5 %, то в общем объеме воды коллектора (600 км3), содержащейся в этих отложениях, примерно 2—3% будет приходиться на долю органогенной воды.

Расчеты же показывают, что эта вода при данных термодинамических условиях может вынести в пласт-коллектор значительное количество газа. Нижне-среднеюрские отложения Восточно-Кубанской впадины характеризуются АВПД. На Юбилейной площади (глубина 4945 м) пластовое давление в породах средней юры составляло 97 МПа. Для расчетов мы взяли 80 МПа, а температуру 160 °С. При этих условиях растворимость метана в 1 см3 пресной воды равна 10 см3. В 12 км3 органогенной воды может раствориться 120 млрд. м3 метана.

Полученный результат расчета растворимости метана по существу минимален. Ведь учтенные массы органогенной воды получаются тогда, когда из глин уже удалена легко отжимаемая вода и остались только полусвязанные поровые растворы. Образуемая из РОВ вода неминуемо частично сорбируется тонкодисперсными глинами и пополняет объем поровых растворов. При дальнейшем же росте нагрузки пород и пластового давления поровые растворы становятся подвижными и приобретают свойство агрессивной растворимости по отношению к углеводородным газам и ОВ [4]. Поэтому рассчитанные объемы растворимости можно повысить по крайней мере в 2 раза и более.

На наш взгляд, роль органогенной воды в процессе нефтегазообразования и формирования залежей УВ немаловажна (мы здесь не рассматриваем роль освобожденных сорбированных и возрожденных вод, которая очень велика). Вода, возникшая благодаря распаду ОВ, насыщается его продуктами и способствует эмиграции УВ в пласт-коллектор. В главных зонах нефте- и газообразования вода, обогащенная ОВ, повышает его фоновые концентрации в пластах-коллекторах. Органогенная вода способствует созданию повышенных аномалийных концентраций ОВ в пластовых водах зон генерации УВ. При этом она может оказывать некоторое опресняющее влияние на окружающую гидрохимическую обстановку недр.

Так, воды пластов-коллекторов нижне-среднеюрской толщи Восточно-Кубанской впадины характеризуются минерализацией от 13 до 55 г/л, чаще менее 35 г/л. Палеогидрогеологические условия юрских отложений были бла­гоприятными для сохранения седиментогенных вод [Карцев А.А., 1969 г.]. Климат в нижне-среднеюрский период осадконакопления был гумидным, что способствовало широкому развитию растительности и накоплению в юрских породах углистых включений. Седиментация осадков происходила преимущественно в пресноводных водоемах озерно-болотного типа, и минерализация подземных вод нижне-среднеюрских осадков в целом была небольшой. Лишь на отдельных участках, где существовала ограниченная связь с океаном, вода могла достигать солености вод последнего. Охарактеризованные палеогеографические условия осадконакопления увязываются с современной минерализацией подземных вод этих комплексов. Однако наличие изолированных зон с пониженной минерализацией не в последнюю очередь обусловлено опресняющим влиянием органогенной воды, выделяемой при катагенезе РОВ. Определяющее влияние на пластовую воду могли одновременно оказывать возрожденные воды монтмориллонитовых и гидрослюдистых пород при достижении высоких стадий катагенеза.

Таким образом, получающиеся в процессе катагенетического изменения ОВ органогенные воды способствуют эмиграции УВ в пласты-коллекторы и могут участвовать в формировании залежей УВ. Они повышают концентрацию ОВ в пласте-коллекторе и влияют на гидрохимическую характеристику водоносных горизонтов, используемую в качестве поисковых критериев на нефть и газ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Гладков В.И. Особенности условий газообразования и газонакопления в Западном Предкаказье. — Изв. АН СССР, сер. геол., 1978, № 9, с. 98—109.
  2. Гуревич А.Е., Капченко Л.Н, Кругликов Н.М. Теоретические основы нефтяной гидрогеологии. Л., Недра, 1972.
  3. Козлов В.Л, Токарев Л.В. Масштабы газообразования в осадочных толщах (на примере Донецкого бассейна). — Сов. геология, 1961, № 7, с. 19—33.
  4. Симоненко В.Ф. Роль поровых растворов в процессах нефтенакопления. — В кн: Теоретические вопросы нефтегазовой геологии. Киев, 1980, с. 98—120.
  5. Сулин В.А. Гидрогеология нефтяных месторождений. М., Гостоптехиздат, 1948.
  6. Успенский В.А. Опыт материального баланса процессов, происходящих при метаморфизме угольных пластов.— Изв. АН СССР, сер. геол., № 6, 1954, с. 94—101.
  7. Этапы газообразования и их влияние на распределение нефти и газа / Е.А.Рогозина, В.Д.Наливкин, С.Г.Неручев и. др. — В кн.: Генезис углеводородных газов и формирование месторождений. М., 1977, с. 36—43