Анализ шлама и керна на буровой



Предыдущая | Следующая

Содержание

Анализ шлама и керна на буровой. Большинство геохимических методов можно применять непосредственно на буровой. Здесь в лаборатории могут быть организованы экстракция углеводородов С15+ из образцов весом 1—5 г, разделение экстрактов на насыщенные, ароматические и (N, S, О)-соединения, а также газовая хроматография насыщенных углеводородов с целью определения коэффициента нечетности w-парафинов.

Эспиталье и др. [197] для работы в поле применили французское пиролитическое оборудование. На основании анализов содержания водорода, кислорода и углерода в керогене Тиссо, Дюраном и др. [612] была разработана диаграмма Н/С — О/С (рис. 10-12). На этой диаграмме представлены три типа керогена. Лейптинитовый тип (I) характерен для горючих сланцев и богхедов (см. также рис. 7-5 и 7-47). Кероген типа I характеризуется очень высоким значением Н/С и низким О/С, как, например, кероген известняков мелового возраста Персидского залива и других карбонатных отложений. Кероген типа III, наоборот, характеризуется низкими значениями Н/С и высокими О/С, такими же, как древесный и углистый кероген (рис. 7-5), а также витринит и инертинит (рис. 7-47). Этот кероген образовался из гумусового вещества. Промежуточное положение занимает кероген типа II, содержащий лейптнпнт с более низким отношением Н/С, чем кероген типа I. Керогены типов I и II дают наивысшие выходы нефти и газа, тогда так из керогена типа III в основном образуется газ. Степень зрелости керогена определяется по положению образца на кривой, причем наиболее зрелые образцы попадают в нижний левый угол (см. также рис. 7-47).

Эспиталье и др. [197] решили получить ту же информацию непосредственно по целому образцу породы, исключив утомительную процедуру выделения керогена и элементный анализ. Они предположили, что содержание кислорода и керогене

должно быть пропорционально количеству С02, высвобожденному при пиролизе, а содержание водорода — количеству высвобожденных углеводородов. Они подвергли пиролизу растертые образцы пород (50—100 мг) и чистых минералов при запрограммированном повышении температуры (20°С/мин) до 600°С. Выделение СОг из керогена, содержащегося в породе, происходило в основном при температурах до 400°С, тогда как С02 из чистых карбонатов выделялся в основном при более высоких температурах — так, из кальцита при температуре >600°С, из доломита при температуре >500°С и из сидерита при температуре >400°С. Это указывает на то, что С02 из карбонатов не должен смешиваться с С02 из органического вещества. Эспиталье с соавторами также установили, что, как показано на рис. 10-13, выход С02 из органического вещества пропорционален отношению О/С для керогена пород. На этом графике сопоставляются атомное отношение О/С для выделенного керогена и выход С02 в миллиграммах на грамм органического углерода из всей породы при нагревании до температуры, при которой еще не происходит разложения карбонатов. Выход С02 (в мг/г Сорг) был назван кислородным индексом; он может использоваться на диаграмме Н/С—О/С вместо О/С.

Рис. 10-13. Корреляция О/С керогена с С02, образованной в результате пиролиза органического вещества пород (по Эспиталье и др. [197]).

1 — Парижский бассейн; 2 — Шпицберген; 3 — Сахара, Ливия; 4 —

 

Персидский залив; 5 — Логбаба.

Образцы пород, не подвергавшиеся экстрагированию до анализа, дают два углеводородных пика (рис. 10-11). Количество свободных углеводородов (первый пик), деленное на общее количество углеводородов (оба пика — свободные углеводороды и углеводороды, полученные в результате крекинга), называется индексом продуктивности. Он является мерой количества углеводородов, способных образовывать скопления. Эспиталье и др. [197] также установили, что выход углеводородов, образовавшихся вследствие крекинга (второй углеводородный пик), коррелируется с отношением Н/С керогена. Выход углеводородов в миллиграммах на грамм Сорг получил название водородного индекса; он может использоваться вместо Н/С на диаграмме Н/С—О/С.

Уровень зрелости органического вещества оценивался по диаграмме водородных — кислородных индексов, по показателю продуктивности и температуре самой верхней части второго углеводородного пика. В группах образцов, характеризующихся изменением степени зрелости, отмечается уменьшение кислородного индекса на ранней стадии катагенеза, за которым следует уменьшение водородного индекса в главной зоне нефте- и газообразования. Естественные колебания в содержании водорода в керогене могут осложнить использование водородного индекса при отсутствии двух других показателей степени зрелости. Индекс продуктивности — отношение Pi/(Pi + Р2)—в зрелой зоне обычно увеличивается, если кероген обладает способностью генерировать нефть или газ. Температурный максимум второго пика образования углеводородов может быть использован дли

Рис. 10-14. Корреляция выхода сланцевого масла, получаемого из горючих сланцев по методу Фишера, с количеством углеводородов, образованных в результате крекинга при пиролизе (по Эспиталье и др. [197]).

•определения степени зрелости керогена (незрелый, зрелый или метаморфизованный); температурный диапазон образования углеводородов зависит от ряда факторов, -о чем уже говорилось выше.

Следует подчеркнуть, что результаты пиролиза, так же как и экстракции, являются относительными, поскольку различия в методике проведения исследований не позволяют получать одинаковые результаты по одним и тем же образцам. Однако интерпретация должна быть одинаковой при условии, что каждый метод оценивается по известным стандартным образцам.

В течение многих лет горючие сланцы оценивались с помощью модифицированного метода опробования Фишера, заключающегося в нагревании 100 г раздробленного горючего сланца при температуре 500°С в течение 1 ч. Выход сланцевого масла рассчитывается в баррелях или килограммах на тонну породы. Эспиталье и др. [197] отметили, что площадь второго пика, отражающего пиролиз горючих сланцев, хорошо коррелируется с выходом сланцевого масла, определенным по методу Фишера (рис. 10-14). Пиролиз образца горючего сланца весом 50— 100 мг проводится в течение 20 мин, что выгодно отличает его от метода Фишера.

Рис. 10-15. Относительный выход углеводородов при пиролизе керна пород,

находящихся на различных уровнях зрелости (по Эспиталье и др. [197]).

С глубиной количество свободных углеводородов (Pi) увеличивается, тогда как количество углеводородов, образованных из керогена (Рг),— уменьшается. Индекс продуктивности Pi/(Pi + P2) и температура пика Рг увеличиваются с увеличением степени зрелости органического вещества пород.

График созревания керогена при погружении, основанный на результатах пиролиза, представлен на рис. 10-15 [197]. Первый и второй углеводородные пики, соответствующие двум пикам на рис. 10-11, представляют свободные (Pi )и полученные в результате крекинга (Р2) углеводороды. Рисунок основан на результатах пиролиза образцов керна кайнозойских пород им Западной Африки, отобранных в интервале глубин 800 --2770 м. С глубиной количество свободных углеводородом ОМ постепенно увеличивается, тогда как количество угленодородон, получаемых из керогена в результате крекинга (Ра), постепенно уменьшается. Индекс продуктивности Pi/(Pi + P-.>) соответственно увеличивается. Следует отметить, что пик Р2 па рис. 10-15 неизменно смещается в сторону более высоких температур (ср. с рис. 10-11).

Эффективность пиролиза с применением ДИП такова, что во многих лабораториях он заменил экстракцию Cis+ и элементный анализ керогена при исследовании скважин. Пиролиз может быть легко приспособлен для исследовании в поле или на исследовательских судах. С помощью методики Эспиталье и др. [197] проводилось изучение керна ряда скважин, пробуренных исследовательским судном «Гломар Челленджер» по проекту глубоководного морского бурения DSDP Национального научного фонда.

Хикок и Худ [259] разработали грубую, но простую методику быстрой оценки содержания органического вещества в шламе, известную под названием пиролиз-флуоресценции (ПФ). Эта методика заключается в нагревании 0,1 г образца шлама в пробирке до тех пор, пока и образец, и пробирка не накалятся докрасна. Пробирка, открытая с ненагреваемого конца, держится горизонтально, чтобы все испарения могли конденсироваться на ее холодном конце. После того как пробирка раскалится докрасна, образец охлаждается и в пробирку добавляется 3 мл 1,1,1-трихлорэтана. Раствор затем переливается в чистую пробирку, и количество растворимого флуоресцирующего материала определяется флуорометром, дополненным непрозрачным (99 %) фильтром с нейтральной плотностью. Образцы со значениями ПФ выше 20 разбавляются трихлорэтаном с целью избежать явлений самоабсорбции. Значения ПФ подсчитываются по шкале на 0,1 г образца в 3 мл растворителя с учетом соответствующего фактора разбавления. На рис. 10-16 представлены результаты пиролиз-флуоресценции шлама из скважины в бассейне Паудер-Ривер, Вайоминг, проведенной параллельно с определением содержания органического углерода [259]. Наиболее термически реакционноспособный кероген содержится в формациях Найобрара, Моури и Термополис. По данным ПФ это наилучшие нефтематеринские отложения. Часть формации Фронтиер также содержит реакционноспособный кероген. Формация Стили не представляет интереса, несмотря на то что содержание органического углерода в ней превышает

1 %. Пиролиз-флуоресценция является наиболее простым, быстрым и дешевым методом оценки шлама непосредственно на буровой независимо от того, генерировали изучаемые отложения нефть или нет.

Другой мерой содержания органического вещества является эффективный углерод СЭфф. Для его определения образец шлама нагревается в потоке азота от комнатной температуры до 300°С со скоростью 25°С/мин. При этом удаляются свободные летучие углеводороды. Нагревание продолжается до 650°С

для расщепления углеводородов, содержащихся в керогене пород. К эффективному углероду относится 85 % углеводородом, генерируемых в диапазоне температур 300—650°С [338]. Отношение Сэфф/Сорг определяет часть керогена, которая может быть термически преобразована в углеводороды. С;,фф и подо-родный индекс Эспиталье и др. [197] являются способами выражения количества углеводородов, образующихся и результате

крекинга по Баркеру [42] и представленных в виде второго пика на рис. 10-11.

Пиролиз кажется простым методом, однако временами трудно получить стабильные высококачественные результаты. Вместе с геологами должна работать группа, в состав которой входят специалисты, имеющие опыт исследования образцов из скважин не только пиролитическими, но и другими методами. Небольшие изменения в методике приводят к различным результатам. Состав вмещающей породы также в некоторой степени влияет на результаты. Другой проблемой является малая величина образцов, и если такой образец не является частью крупного гомогенного образца, то полученные результаты могут быть не представительными для изучаемого разреза. При работе с маленькими образцами труднее избежать загрязнения и потерь свободных углеводородов. Тем не менее достоинства пиролиза настолько преобладают над его недостатками, что в ближайшие годы он, вероятно, станет основным методом изучения материнских пород.

Содержание