Геохимический способ поиска месторождений углеводородов
GEOCHEMICAL METHOD FOR DETECTING HYDROCARBON DEPOSITS

Изобретение относится к области геохимического обнаружения залежей углеводородов, в частности, к области поиска месторождений нефти и газа и может быть использовано для выявления и оценки их скрытых залеганий.
Известны различные разновидности геохимических способов поиска месторождений нефти и газа. Так газогеохимические методы поиска используются, начиная с 30 годов прошлого столетия. Они основаны на теории миграции флюидов и газа из недр к поверхности. Если в недрах расположены залежи нефти и газа, то на поверхности земли формируются аномальные поля углеводородных газов. Эти газы отбираются в пробоотборники и анализируются на газовых хроматографах. Так в патенте RU 2102781 (МПК G01V 11/00; G01V 3/08; G01V 3/12; 1998 г.) предлагается способ, заключающийся в проведении газогеохимической съемки путем изучения газов, сорбированных на глинистой матрице, по результатам которой выявляют зоны углеводородных аномалий.
Но этот способ недостаточно информативен и достоверен, т.к. коренными породами могут быть не только глины, но и другие литологические разности пород: песчаники, алевролиты, мергели, галечники и т.д. В этом случае характер распределения углеводородных газов будет принципиально отличаться от характера распределения газов, полученных из глинистых пород, что вносит изменения в методику работ и влияет на корректность способа.
Сущность газогеохимического метода, предлагаемого в патенте RU 2359290 (МПК G01V 9/00; (2009 г.) состоит в последовательном отборе проб подпочвенных газов из шпуров на двух горизонтах: верхнем (0,3-0,4 м) и нижнем (0,8-1,0 м), предварительно герметизируя каждый интервал от атмосферы. Проводят газогеохимический анализ на содержание метана и тяжелых углеводородов. При превышении концентраций газов их фоновых значений не менее чем в 2 раза и увеличении концентраций на нижнем горизонте относительно верхнего не менее чем в 1,5 раза делают вывод о положительном прогнозе залежи углеводородов.
-11
В патенте RU 2177631 (МПК G01V 11/00; 2001 г.) предлагается способ поисков месторождений нефти и газа путем проведения геохимической съемки по снежному покрову путем отбора проб снега на содержание следов углеводородов, причем лабораторный анализ каждой пробы снега осуществляют с использованием газовых хроматографов с разрешающей способностью по пропану не выше 10 г/с до истечения 5 суток с момента ее отбора. Необходимость снежного покрова ограничивает применение данного метода.
Сочетание геохимических и геодинамических методов исследования выбранной территории и использование свободных, а не сорбированных газов для определения нефтегазоносности рассматривается в патенте RU 2577801 (МПК G01V 9/00; 2016). Согласно предлагаемому способу проводят хроматографический анализ свободных газов и определяют в них состав углеводородных газов. Определяют тектоническую напряженность структур/блоков. Ранжируют структуры/блоки по углеводородному геохимическому фону и по тектонической напряженности. Структуры/блоки с минимальными углеводородным геохимическим фоном и тектонической напряженностью считают перспективными в нефтегазоносном отношении.
Главное преимущество газогеохимического метода заключается в быстроте и низкой стоимости эксперимента. Недостатком является сложность интерпретации полученных результатов, так как из-за подвижности газов трудно выяснить местонахождение их источника. Кроме того, на поверхности земли формируются микробные газы, которые по составу могут быть схожими с газами нефтегазовых месторождений, а по количеству даже превосходить их. Это и другие проявления затрудняют выполнение корректного газогеохимического прогноза.
Известен бриогеохимический метод. Так в патенте RU 2363021 (МПК G01V 11/00; 2009 г.) предлагается бриогеохимический способ поиска месторождений нефти и газов, включающий отбор проб водных мхов на заданном участке местности с последующим выделением из них воды, отличающийся тем, что отбирают пробы мха равного количества по весу и объему, мох отжимают в мерную емкость и в отжатой жидкости методом атомно-адсорбционной спектроскопии определяют наличие металлов-информаторов, при этом о наличии месторождений нефти и газа судят по превышению содержания вышеназванных металлов в пробах относительно их содержания в остальных пробах. Достоверность поиска по предлагаемому способу составляет 80-100% на наличие месторождения и 100% на его отсутствие. Недостаток заключается в том, что метод применим только при поиске залежей нефти и газа в регионах с умеренным и холодно-гумидным климатом.
Для поиска углеводородных месторождений, помимо газо- и бриогеохимических методов, известны биогеохимические методы тестирования проб (Патенты RU 2039369, 2156483, 2200334). Для этого отбирают пробы горных пород и определяют в них содержание высокомолекулярных соединений органической составляющей (СК), а о местоположении залежи углеводородов судят по различным показателям. Так в Патенте RU 2039369 (МПК G01V 9/00; 1995 г.) критерием присутствия залежи является одновременное наличие аномальных значений концентраций СК и устойчивое возрастание абсолютных значений СК в геологическом пространстве. В Патенте RU 2156483 (МПК G01V 9/00; 2000 г.) биогеохимическое тестирование (БГХТ), основано на определении в горных породах суммарной концентрации высокомолекулярных соединений (СК) с учетом показателя сорбционной активности (ПСА).
Недостатками биогеохимических методов являются сложность определения, трудоемкость, высокие затраты и недостаточная точность прогноза залежи углеводородов.
Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности и достигаемому результату является геохимический метод (Патент RU 2525644; МПК G01V 11/00; 2014), включающий отбор проб горных пород и растительности вдоль водотоков, их разделение на фракции и анализ на содержание химических элементов. Пробы пород разделяют на две фракции. Первую анализируют на Si, Al, Ti, Y, а вторую на Hg. Пробы растительности анализируют на Ва, Cu, Pb, Zn, Ag, а также на Sr, Cd, Hg. Результаты анализа пересчитывают на соответствующие аддитивные показатели нормированных концентраций, строят карты распределения указанных аддитивных показателей и отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей, с нефтегазовыми перспективными участками. Метод сложен и требует длительного времени на проведение химического анализа большого числа элементов.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение способа, увеличение информативности и повышение достоверности выявления перспективных нефтегазовых участков.
Задача решается тем, что предлагаемый геохимический способ включает отбор образцов горных пород на заданном участке местности и отличается тем, что отбор проб ведут из гидротермальной жилы или из керна скважины. При этом отбирают образцы, содержащие различные разновидности кварца, для которых затем методом ЭПР проводят анализ на присутствие в них радикальных продуктов органического происхождения, по типу и концентрации которых судят о наличии скрытых залежей нефти и газа.
В основе практического использования настоящего изобретения лежат результаты исследования методом ЭПР природных разновидностей кристаллического кварца.
Все природные минералы кварца образовались очень давно. За время своего существования они длительное время подвергались воздействию ионизирующего излучения, как "внешнего", космического, так и "внутреннего" радиоактивного излучения тела планеты. Под воздействием ионизирующего излучения в кварцах возникли и сохранились до настоящего времени парамагнитные частицы, представляющие собой как собственные дефекты кристаллической решетки, так и стабилизированные в кристаллической решетке кварца неорганические и органические радикалы.
Кварц широко распространен в изверженных и метаморфических породах. В исследованных методом ЭПР разностях кварца вулканогенного происхождения органические радикалы не обнаружены. В них регистрируются только простейшие неорганические радикалы. В противоположность вулканогенному кварцу, во всех других разностях кварца метаморфического происхождения присутствие органических радикалов обнаружено, что однозначно указывает на присутствие в них и органических молекул.
Можно утверждать, что органические молекулы, присутствующие в разностях кварца, ведут свое начало от остатков древних животных или растений.
Органические молекулы попали в кварц при зарождении кристалла и его росте при метаморфизации, причем, только из нагретых насыщенных растворов, в которых было растворено также и органическое соединение, попавшее в раствор из близкорасположенного их скопления, а впоследствии и из продуктов их превращения - из пластов нефти и газа.
При низкотемпературном гидротермальном процессе происходит перенос кварца в виде насыщенного раствора кремнезема в пустоты среди песчаников, известняков и других осадочных пород. В этих пустотах он отлагается в виде вторичного минерала, образуя жеоды из халцедона или отдельных, видимых глазом кристаллов. При этом преимущественно происходит образование скрытокристаллических разностей кварца. Поскольку при этих температурах разложение органических веществ практически не происходит, они попадают в кварц при его отложении из раствора, причем, в основном в виде простейших, низкомолекулярных соединений. Высокомолекулярные органические соединения тоже попадают в кристаллы кварца, но уже в виде включений.
Очевидно, что радикалы во всех разностях кварца образовались из находившихся в них органических молекул под воздействием радиоактивного излучения. Последнее, исторически складывалось из излучения близко расположенных радиоактивных пород, общего радиоактивного фона Земли и космического излучения. Причем, воздействие радиоактивного излучения осуществлялось в течение многих миллионов лет.
В природных разностях кристаллического кварца количество органических радикалов достаточно для их идентификации и отнесения к определенному классу органических соединений. Наибольшее их относительное количество обнаружено в разностях кварца, имеющих скрытокристаллическую структуру - в опалах, халцедонах, а так же в агатах и ониксах.
Исследования показали, что в кварцах регистрируются органические радикалы двух типов - радикалы аминного типа и радикалы алифатического ряда. Радикалы аминного типа были зарегистрированы в кристаллах аметиста, и в скрытокристаллических разностях кварца - в кахолонге и в мраморном ониксе. С другой стороны, радикалы алифатического ряда зарегистрированы в кристаллах дымчатого кварца, а также во всех скрытокристаллических разностях кварца, включая яшм-агаты. Показано, что присутствие в кварцах алифатических радикалов связано с газовыми месторождениями, а наличие в кварцах радикалов аминного типа, обязано близко расположенным месторождениям нефти.
Примеры конкретного выполнения способа.
Пример 1. Отбираются пробы пород из гидротермальной жилы, содержащей образцы кварца, размером не превышающие 2 мм. Эти образцы подвергаются анализу методом ЭПР на присутствие органических радикалов низкомолекулярных соединений алифатического ряда.
3
2
•
•
На фиг. 1 и 2 показаны спектры ЭПР органических радикалов CH, R-CH и , встречающихся в разновидностях кварца со скрытокристаллической структурой. Спектры органических радикалов наложены на достаточно интенсивные линии резонанса собственных парамагнитных дефектов разновидностей кварца.
3
2
•
•
Обнаружение спектров ЭПР алифатических радикалов в образцах пробы из анализируемой гидротермальной жилы может свидетельствовать о наличие в области ее залегания скрытых залежей углеводородов, в частности, газа, поскольку радикалы CH, R-CH и  являются прямыми продуктами радиолиза соответственно метана, этана и изомеров бутана.
Пример 2. Отбираются пробы пород из керна, содержащие образцы кварца. Из проб извлекаются кристаллы кварца, размером не превышающие 1-2 мм. Эти образцы кристаллов подвергаются анализу методом ЭПР на присутствие азотсодержащих органических радикалов.
•
На фиг. 3 приведен спектр аминного радикала [>NH] в одной из разновидностей монокристалла кварца.
Обнаружение аминосодержащих радикалов (фиг. 3) в спектрах ЭПР образцов проб, взятых из керна, с большой достоверностью может свидетельствовать о наличии в исследуемой области скрытых залежей нефти.
Пример 3. Отбираются пробы пород из гидротермальной жилы, содержащие образцы кварца. Из проб извлекаются кристаллы кварца, размером не превышающие 1-2 мм. Эти образцы кристаллов подвергаются анализу методом ЭПР на присутствие органических радикалов молекул, как алифатического ряда, так и радикалов аминного типа.
3
•
•
На Фиг. 4 приведен спектр ЭПР образца кварца, содержащего радикалы CH и R-NH, часто встречающихся в разновидностях кварца со скрытокристаллической структурой, в частности, в ониксах.
Обнаружение подобных спектров ЭПР в образцах пробы из анализируемой гидротермальной жилы может свидетельствовать о наличии в области ее залегания скрытых залежей не только нефти, но и газа. Параметры спектров ЭПР органических радикалов, встречающихся в разновидностях кварца представлены в таблице.
Предлагаемый способ анализа проб пород из гидротермальной жилы или керна на содержание органических радикалов в находящихся в них кварцах служит надежным указанием на присутствие в данной области земной коры нефтяных или газовых месторождений. Природа регистрируемых в кристаллах кварца органических радикалов указывает на характер месторождения.
Данный способ поиска является более информативным по сравнению с известными, поскольку в своей основе содержит прямое указание на присутствие в пробах компонентов нефти или газа. Предлагаемый способ анализа проб дает объективную информацию и достаточно прост по реализации и требует минимального времени. Более того, в настоящее время имеются ЭПР-спектрометры настольного варианта, с применением которых возможно проводить анализ проб в лаборатории непосредственно в области поиска. Достоверность поиска по предлагаемому способу составляет 50-80% на наличие месторождения и 100% на его отсутствие.
Подписи к чертежам заявки:
ГЕОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОИСКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ
3
2
•
•
Фиг. 1 Спектры ЭПР радикалов CH и R-CH в яшм-агате.
Фиг. 2 Спектр ЭПР радикала R в халцедоне-сапфирине (298°С)
•
•
Фиг. 3 Спектр ЭПР радикалов О и [>NH] в кристалле аметиста.
3
•
•
Фиг. 4 Спектр ЭПР радикалов CH и (R-NH) в ониксе.