1.4. Стадии процесса преобразования сапропелевого рассеянного органического вещества осадков[5]

Отложение и накопление органического вещества (ОВ)
Бактериальное разложение ОВ и образование керогена
Генерация УВ из керогена при существующих PVT– условиях
Первичная миграция УВ в пласт-коллектор под действием уплотняющей нагрузки
Вторичная миграция УВ под действием потока
Аккумуляция в ловушках (образование залежей нефти и газа)

Рис. 1.2 Схема образования нефти и газа [Иванников [4], модифицировано]

I.ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ (СЕДИМЕНТОГЕНЕЗ) – после отмирания, остатки растительных и животных организмов выпадают на дно морских или озерных бассейнов инакапливаютсяв илах, и одновременнорассеиваются среди привнесенных, в том числе и с суши, минеральных составляющих осадка, подвергаютсявоздействию микроорганизмови гидролизу.

Устойчивость различных компонентов ОВ к биохимическому разложению следующая (по возрастанию):

белки → целлюлоза → лигнин → кутин → воски → смолы.

Белки и углеводы разлагаются с образованием аминокислот, сахаров, фенолов и их производных, т.е. водорастворимых соединений. Наиболее устойчивой к воздействию микроорганизмов частью ОВ являются липиды. Липиды – это природные жиры, растительные масла, воски, смолы; это вещества не растворимые в воде, но растворимые в органических растворителях. В химическом отношении – это производные высших жирных кислот, спиртов, альдегидов. Относительное содержание липидов в ОВ осадка возрастает.

II.ДИАГЕНЕЗ– биохимическая стадия преобразования осадка в более стойкие соединения, которые относятся к двум группам:битумоиды– вещества, способные растворяться в органических растворителях; икероген(геополимер) – нерастворимая часть ОВ, не растворяется ни в кислотах, ни в щелочах, ни в органических растворителях. Соотношение между этими веществами зависит от условий: окислительные условия способствуют образованию керогена; восстановительные – сохранению липидных веществ в виде битуминозных компонентов.

Таким образом, в ОВ:

• накапливаютсядлинноцепочечные спирты, кетоны, воски, растительные смолы;

• сохраняютсяунаследованные от исходного органического вещества длинные цепи н-алканов, изопреноидные структуры, стераны, гопаны.

В целом осадок очень незначительно обогащается жидкими углеводородами нефтяного ряда. В газе основной компонент – СО₂. Содержание метана и его гомологов – незначительно (рис.1.1, в).

III.КАТАГЕНЕЗ– ведущий процесс в преобразовании рассеянного органического вещества, генерации нефти и газа. Главными факторами здесь являются температура и давление. Катагенез состоит из трех стадий.

ПРОТОКАТАГЕНЕЗ– ранний катагенез. Осадки медленно, со скоростью прогибания земной коры, опускаются на глубину 1,5 – 2 км (рис.1.1). Сверху пласт покрывается слоем новых молодых осадков. По мере погружения в пласте медленно повышаются температура и давление. Биохимические процессы полностью затухают вследствие гибели микроорганизмов. При температурах порядка 50 – 70 °С активного процесса нефтеобразования не происходит, поскольку любое самое продолжительное геологическое время не может компенсировать недостаток температуры. Концентрация битуминозных веществ возрастает незначительно.

МЕЗОКАТАГЕНЕЗ– средний катагенез. Осадок погружается на глубину 2 - 4 км, температура возрастает до 80–150 °С. Кероген является основным поставщиком углеводородов на стадии катагенеза. ОВ подвергается термокаталитической деструкции, в результате которой образуются значительные количества битуминозных веществ (до 30 % на исходный кероген). Битумоиды содержат весь комплекс углеводородов нефтяного ряда. Генерируются в большом количестве гомологи метана С₂–С₃и жидкие легкие углеводороды, характерные для бензиновой и керосиновой фракций нефти (рис. 1.1). Микронефть по составу приближается к нефти. Эта стадия деструкции керогена называетсяглавной фазой нефтеобразования(ГФН).

В начале ГФН скорость генерации рассеянной нефти преобладает над скоростью ее эмиграции и поэтому с ростом глубины наблюдается обогащение ОВ битуминозными компонентами. При дальнейшем погружении осадков первичная миграция начинает преобладать над образованием углеводородов. Процесс генерации углеводородов постепенно затухает вследствие израсходования основной части керогена и ГФН завершается.

При эмиграции микронефти из глинистых нефтематеринских пород в пласты-коллекторы происходит разделение образовавшейся смеси жидких и газообразных углеводородов. Глинистые породы можно сравнить с хроматографической колонкой, а газы и низкокипящие углеводороды выполняют роль элюента (жидкий носитель), в которой происходит частичная задержка асфальто-смолистых веществ. В песчаный коллектор выносится смесь нефтяных углеводородов с содержанием асфальто-смолистых веществ порядка 5–10 %. Это, по существу, уже настоящая нефть.

АПОКАТАГЕНЕЗ.Глубина более 4,5 км, температура 180–250 °С (рис. 1.1). ОВ исчерпало свой нефтегенерирующий потенциал. Удаление водорода из керогена происходит в виде метана. Поэтому здесь выделяютглавную зону (фазу) газообразования(ГЗГ). При дальнейшем погружении битумообразование полностью прекращается, образование метана резко снижается, происходит образование кислых газов: диоксида углерода СО₂и сероводородаH₂S.