ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД  -  ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК НЕФТИ И ГАЗА

В.А. Кудряков

В кн. Органическая геохимия вод и поисковая геохимия. М. Наука, 1982. с.62-65.

Участие подземных вод в процессе образования углеводородов (УВ) и их залежей признается большинством исследователей. В теории органического происхождения нефти гидрогеологический фактор выступает качестве необходимого и одного из решающих — вплоть до признания нефтегазоматеринскими самих подземных вод. В гипотезах неорганического происхождения нефти подземные воды привлекаются для объяснения механизма синтеза УВ, миграции УВ в ювенильных растворах и аккумуляции УВ в коллекторах с пониженным давлением пластовых вод.

Широкое распространение в подземных водах жидких и особенно газобразных УВ, а также солюбилизаторов, способствующих растворению в воде УВ, сорбированных в органическом веществе (0В) пород, изменения растворяющей способности подземных вод в ходе литогенеза, совпадение максимумов нефтегазонасыщенности разреза и развития дегидратационных процессов, связь нефтегазообразования с элизионными этапами эволюции геогидродинамических систем, наличие признаков прохождения нефтями стадии водных растворов — все это свидетельствует о важном значении подземных вод как среды, обеспечивающей миграцию и аккумуляцию УВ.

В результате многочисленных исследований М. Е. Альтовского, Е. А. Барс, А. А. Карцева, Л. М. Зорькина, В. М. Швеца и др. существенно пополнились знания об 0В, содержащихся в подземных водах. В составе этих веществ обнаружены не только компоненты нефти и природного газа (битумоиды, масла, бензол, метан и его гомологи) и продукты их разрушения (нафтеновые кислоты, смолы, фенолы, углекислый газ), но и химические соединения, которые могут рассматриваться как исходные для нефтегазообразования. Среди последних особый интерес представляют различные органические кислоты, возможность преобразования которых в УВ доказана многочисленными экспериментами. Можно, например, указать на данные А. И. Богомолова [3] о присутствии в катализате стеариновой кислоты до 35% различных классов УВ, причем в соотношениях, свойственных парафиновым нефтям.

Весьма примечательны факты преобладания "нечетных" н-алканов в ОВ современных осадков и "четных" жирных кислот в иловых водах и выравнивание указанных соотношений по мере катагенного преобразования пород и метаморфизации подземных вод [4]. Возможно, что эти факты, объясняются декарбоксилированием "четных" жирных кислот подзем вод на начальных стадиях литогенеза и последующим декарбоксилированием "четных" и "нечетных" жирных кислот, образующихся при термокаталитическом расщеплении "четных".

Присутствие в подземных водах ОВ, аналогичных растворимой в воде части ОВ пород, позволяет предполагать одинаковую направленность их преобразования в УВ в сходных термобарических и геохимических условиях. При этом большая дисперсность ОВ в подземных водах способствует ускорению этого преобразования. В этом же направлении действует и солевой комплекс подземных вод [8], причем экспериментально установлено, что каталитическая активность минерализованных вод даже выше, чем каталитическая активность глин, рассматриваемых обычно в качестве главного катализатора при преобразовании ОВ пород [12].

Подземные воды могут обеспечить поступление водорода, необходимого для битуминизации ОВ, за счет их радиолиза, взаимодействия с окислами металлов, а также разложения воды при растворении алюмосиликатных минералов [11]. Допуская возможность внешнего источника водорода, мы провели опыт по гидрогенизации ОВ пластовой воды в нормальных условиях втечение 166 сут. В ходе опыта были установлены снижение содержания кислых аквабитумоидов от 36,5 до 24 мг/л и увеличение содержания восстановленных от 3,4 до 4,5 мг/л, а также исчезновение летучих фенолов. Эти данные свидетельствуют об изменении состава ОВ пластовой воды в сторону его приближения к составу нефти. Представляется уместным подчеркнуть, что аквабитумоиды, в отличие от битумоидов пород, нацело представлены миграционноспособными формами. В этом смысле можно допускать наличие в природе собственно нефтегазоматеринских вод. Преобладающие компоненты ОВ талассогенных вод (жирные и аминокислотные) могут служить источником преимущественно парафиновых и нефтеновых  УВ и сернисто-азотистых компонентов нефти. Гуминовые вещества, преобладающие в составе метеогенных вод, являются, по-видимому, источником циклических УВ и смолисто-асфальтеновых веществ.

Рассматривая ОВ подземных вод в качестве источника УВ, следует иметь в виду, что эти ОВ не только унаследованы от вод седиментационного бассейна, но и включают ОВ, перешедшие в подземные воды из пород: как хорошо растворимые в воде органические кислоты, так и подвижные продукты превращения РОВ. Опытами М. Е. Альтовского [7] показано, что взаимопереходы ОВ в системе вода-порода определяются соотношениями их концентраций и сорбционной способностью пород. В частности, им установлено, что гуминовые вещества и кислые смолы концентрируются преимущественно в подземных водах, а нефтяные УВ, как правило, сорбируются породой. Позже              Х. И. Нойманном экспериментально было доказано влияние на процесс сорбции гидрофильных и гидрофобных свойств минералов, причем эти свойства контролировались присутствием нафтенатов и магния. Нефтесмачивание оказалось типичным только для карбонатных пород и терригенных пород на карбонатном цементе. По данным           А. М. Акрамходжаева [1], основным сорбентом УВ являются не минеральные частицы породы, а нерастворимая часть ОВ пород, обладающая гидрофобными свойствами. Изменение содержания сорбированных УВ и ОВ пород он связывает с постепенным насыщением сорбционной емкости и последующей десорбцией УВ после удаления экранирующего слоя сорбированной воды. Масштабы процессов перехода ОВ из пород в подземные воды, по результатам опытов Е. А. Барс и др. [2], оцениваются величинами более 1% РОВ пород и более 5% битумоидов пород. В. И. Сергеевич и др. [9] установили экспериментально, что при давлении 30 МРа и темпере 100° С вода выносит из породы УВ от С9 до С30.

Таким образом, основным исходным материалом для нефтегазообразования служат компоненты животных организмов и растительности, накапливающиеся при субаквальной седиментации в илах и иловых водах. Продукты гидролитического расщепления и бактериальной переработки исходных 0В концентрируется преимущественно в подземных водах и образуют компоненты нефти и природного газа. Главным источником нефтяных УВ является РОВ осадочных пород, обеспечивающее как образование всех компонентов нефти и газа, так и поступление в подземные воды подвижных продуктов. ОВ подземных вод рассматривается в качестве дополнительного источника нефтяных УВ и одной из основных форм их миграции.

 Роль УВ подземных вод в нефтегазообразовании и нефтегазонакоплении особенно велика при генерации УВ в количестве, недостаточном полного насыщения ими подземных вод. Произведенная нами оценка масштабов генерации нефти и газа по изменению содержания и электронного состава РОВ пород в процессе литогенеза показывает, что до достижения определенного минимума содержания ОВ в породе генерируемые продукты будут частично растворяться в подземных водах, частично формировать остаточную нефтегазонасыщенность порового пространства пород, т.е. налицо будет ситуация "нефтегазоматеринских вод", при которой реализация нефтегазопроизводящих свойств пород осуществляется через подземные воды. В частности, для газов этот минимум определяется величиной в 2% от среднего этапа мезокатагенеза и 0,7% на последующих этапах. Только при превышении указанного минимума возможно преодоление "порога" фазовой проницаемости пород для УВ и превращения пород в непосредственный источник свободных УВ, причем в формировании залежей нефти помимо водорастворенных УВ начнут принимать участие и газорастворенные жидкие УВ.

В ситуации "нефтегазоматеринских вод" огромное значение имеет установление условий фазового обоснования УВ. Такими условиями мы считаем следующие: 1) резкое уменьшение растворимости в воде ОВ при их преобразовании в компоненты нефти, 2) уменьшение температуры и давления при миграции водных растворов УВ в зоне пьезоминимумов, 3) увеличение минерализации и жесткости подземных вод в процессе их метаморфизации, 4) двоякое действие фильтрационного эффекта, 5) избирательная растворимость газов в воде и нефти. Анализируя экспериментальные данные Т. П. Жузе и др. [6] с позиции строения водных растворов мы высказали предположение, что возможны условия, при которых растворимость в воде жидких УВ увеличивается с ростом газонасыщенности вод [5]. Подтверждение этого предположения в опытах Ю. И. Филяса позволяет оценивать процессы дегазации подземных вод в качестве дополнительного фактора обособления жидких УВ. Проверенное на фактическом материале Бухаро-Хивинской нефтегазоносной области совпадение типов нефтей, установленных на основе представлений об их фазовом обособлении из подземных вод и фактически присутствующих в залежах, подтверждает важную роль ОВ подземных вод как дополнительного источника формы миграции УВ [5].

ЛИТЕРАТУРА

  1. Акрамходжаев А. М. Органическое вещество - основной источник нефти и газа. Ташкент: Фан, 1973.
  2. Барс Е. А.,  Коган С. С., Селезнева Л. И.  К вопросу о полном извлечении водорастворимого органического вещества горных пород. - Тр. ВСЕГИНГЕО, 1975, ч. 2, вып. 96.
  3. Богомолов А. И.  Геохимические реакции и процессы циклизации липоидов в нафтеновые и нафтеново-ароматические углеводороды и опыты по их моделированию. - В кн.: Генезис нефти и газа. М.: Недра, 1967.
  4. Карцев А. А. Основы геохимии нефти и газа. М.: Недра, 1969.
  5. Кудряков В. А. Генетическое значение органических веществ подземных вод в нефтяной геологии. - Геология нефти и газа, 1974, № 7.
  6. Сергеевич В. И., Бурмистрова В. Ф., Есаков Е. А., Жузе Т. П. О растворимости углеводородов в воде в пластовых условиях. - ДАН СССР, 1971, т. 198, № 1.
  7. Альтовский М. Е., Быкова Е. Л., Кузнецова З. И., Швец В. М. Органические вещества и микрофлора подземных вод и их значение в процессах нефтегазообразования. М.: Гостоптехиздат, 1962.
  8. Андреев П. Ф., Богомолов А. И., Добрянский А. Ф., Карцев А. А. Превращения нефти  в природе. М.: Гостоптехиздат, 1968.
  9. Сергеевич В. И., Жузе Т. П., Бурова Е. Г. Углеводороды, извлекаемые водой из рассеянного органического вещества осадочных пород. - В кн.: Проблемы геологии нефти. М., 1976, вып. 8.
  10. Филяс Ю. И. Растворимость нефти в воде, насыщенной углекислотой. - В кн.: Тепловые методы добычи нефти. М.: Наука, 1975.
  11. Шварцев С. Л. Механизм химического разложения воды при ее взаимодействии с алюмосиликатами. - ДАН СССР, 1976, т. 229, № 2.