Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение как источник полиметаллического сырья

ВАК РФ 04.00.17, Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение как источник полиметаллического сырья"

ШЭТОССЯЙСЖИЙ НАУЧНОЕ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (ВНИИГАЗ)

На правах рукописи

УДК 553.98:553.3*3/'9(470.56)

ГАЛИН Екштернм Николаем»

«Штгспк ет«*кглэоковдгаслтное мкторожденш: как

Специальность 04.00.17 - Геология, поиски в разведка нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геоотгочашералоппеомос наук

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И ГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (ВНИИГАЗ)

На правах рукописи

УДК 553.98:553.3,3/'9(470.56)

ГАЛЯН Екатерина Николаевна

ОРЕНБУРГСКОЕ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ КАК ИСТОЧНИК ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЫРЬЯ

Специальность 04.00.17 - Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва -1996

Работа выполнена в Институте проблем нефти и газа Российской Академии наук (ИПНГ РАН).

Научный руководитель - кандидат геолого-минералогических наук Н.А. Скибицкая

Официальные оппоненты:

Член-корреспондент Академии естественных наук, доктор геолого-минералогических наук, профессор Корценштейн В.Н.; доктор геолого-минералогических наук Сидоренко С.А.

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский и проектный институт предприятия РАС "Газпром" по добыче, переработке и транспортировке газа и газового конденсата в Оренбургской области Волго-УралНИПИгаз

с* /О у

Защита диссертации состоится "л/ Гу " •ылСЛ^Л 1996 г. в

13-30 часов на заседании диссертационного совета Д070.01.01

Всероссийского научно-исследовательского института природных газов и

газовых техночогий (ВНИИГАЗ) по адресу: 142717, Московская обл.,

Ленинский район, пос. Развилка, ВНИИГАЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГАЗа. Ваш отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан " \ _1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

д.г-м.н, с.н.с. Н.Н.Соловьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Настоящая работа посвящена проблеме увеличения ресурсного потенциала газоконденсатных месторождений за счет вовлечения в разработку ранее не учитываемого высокомолекулярного, в том числе металлоорганического сырья и металлов.

Как известно, в последние годы объемы добычи нефти и газового конденсата на разрабатываемых месторождениях снижаются. Так, в 1994 году впервые за всю историю газодобычи в России прирост запасов не компенсировал уровни добычи. Крупнейшие месторождения, которые составляют основу сырьевой базы РАО "Газпром", вступили на этап падающей добычи, а их выработанность составляет более 50%.

В подобных условиях перспективы увеличения ресурсного потенциала нефтегазоконденсатных месторождений связаны с оценкой и освоением высокомолекулярного сырья (асфальтенов, смол, масел), в том числе металлоорганического сырья, содержащего широкий спектр металлов (редкоземельных, благородных, цветных).

Объектом исследования в настоящей работе- является Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение, которое кроме основного углеводородного сырья, а также гелия и серы содержит в своих недрах уникальный по набору и объему комплекс высокомолекулярных, в том числе металлорганических соединений и металлов.

Актуальность темы исследований представленной работы очевидна, поскольку учет дополнительного сырьевого потенциала нефтегачоконденсатных месторождений позволит на более поздних этапах их разработки заранее переориентироваться на направленную добычу и переработку ранее попутно добываемого высокомолекулярного сырья, тем самым продлить срок "жизни" месторождения и значительно улучшить при этом экологическую обстановку в районе месторождения.

Цель и задачи работы. Основная цель работы заключается в экспериментальном и теоретическом обосновании необходимости оценки дополнительных ресурсов газоконденсатных месторождений в виде объемов высокомолекулярного, в том числе металлорганического сырья на примере Оренбургского месторождения, а также в необходимости разработки экологически чистых технологий направленной добычи и комплексной переработки добываемого сырья.

В задачи исследований входило:

- экспериментальные исследования и изучение закономерности распределения микроэлементов в породах, пластовых водах, конденсатах, нефтях, высокомолекулярном сырье (температура конца кипения более 360 гр.С) Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения;

- экспериментальные исследования и анализ изменения концентраций металлов в природном отсепарированном газе по площади Оренбургского месторождения;

- анализ изменения концентрации микроэлементов, в том числе металлов в попутно добываемом высокомолекулярном сырье (твердые парафины, асфальтены, смолы, масла) по площади Оренбургского месторождения;

- изучение свойств добываемых конденсатов (температуры конца кипения, концентрации высокомолекулярных остатков после конца кипения конденсатов, цвета) по технологическим ниткам (линиям) установок комплексной подготовки газа (УКПГ) и анализ изменения этих свойств по площади Оренбургского месторождения;

- анализ изменения свойств конденсатов на этапе падающей добычи;

- геохимические исследования образцов пород ОНГКМ и анализ закономерностей изменения весовых концентраций и компонентного состава битумоидов в породах продуктивных отложений ОНГКМ.

Научная новизна работы:

1.Впервые газоконденсатное месторождение рассмотрено как возможный промышленный источник высокомолекулярного, в том числе полиметаллического сырья.

2.Впервые для газоконденсатных месторождений на основе всестороннего изучения свойств пород, пластовой воды, углеводородного сырья (газа, конденсата, нефти) и высокомолекулярного сырья (твердых парафинов, асфальтенов, смол, масел) установлена преимущественная металлоносность углеводородного сырья и, в первую очередь высокомолекулярного в его составе.

3.Установлено, что для Оренбургского НГКМ характерны аномально высокие концентрации битумоидов, причем с увеличением общего содержания битумоидов в породе, увеличивается относительное содержание в них смолисто-асфальтеновых составляющих (до 90%).

4.Наиболыше концентрации микроэлементов, в том числе металлов, достигающие их значений в рудных концентратах, приурочены к смолисто-асфальтеновым компонентам высокомолекулярного (битумоидного) сырья.

5.На основе построенных контурных схем распределения металлов по площади ОНГКМ установлена неравномерность распределения микроэлементов, в том числе металлов по площади месторождения. С увеличением концентрации металлов в высокомолекулярных остатках

конденсатов закономерно уменьшается относительная концентрация этих микроэлементов в природном отсепарированном газе.

6.В процессе разработки, особенно на этапе падающей добычи, снижение относительных удельных дебитов конденсата сопровождается изменением его свойств: потемнением, утяжелением, увеличением концентрации высококипящих остатков, в том числе асфапьтенов, и как следствие металлов.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На базе теоретических и экспериментальных исследований обоснована необходимость 'оценки ранее не учитываемых дополнительных ресурсов газоконденсатных месторождений, в виде' объемов высокомолекулярного сырья (озокерита, твердые парафины, асфальтены, смолы, масла) и связанных с ним металлов (в т.ч. редких, редкоземельных, благородных, цветных).

Результаты проделанной работы используются как основа для подсчета запасов высокомолекулярного сырья Оренбургского ГКМ. Результаты исследований изложены в научно-технических отчетах АО "ВМС НТ Технологии" по договорам с РАО "Газпром" по направлениям, включенным в перспективный план развития Оренбургского газохимического комплекса.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-техническом совете предприятия "Оренбургтазпром" (1994 г.), на конференции молодых ученых Урала и Поволжья (1994 г.), а также изложены в печатных работах и научно-технических отчетах по договорам с предприятием "Оренбургтазпром", ГХК "Казахгаз" и РАО "Газпром".

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 138 страницах, иллюстрируется 57 рисунками, содержит 20 таблиц и список литературы из 60 наименований.

Фактический материал. Исходным материалом для исследований явилась коллекция, состоящая из образцов пород, проб пластовой воды, воды после пропарки наземного сепарационного оборудования УКПГ, водометанольной смеси из отстойников установок регенерации метанола, конденсатов, нефтей и образцов высокомолекулярных остатков после конца кипения конденсатов при их атмосферной разгонке, проб природного отсепарированного газа, образцов солевых и битумных отложений из насосно-компрессорных труб и с забоев скважин (всего порядка 300 проб). Изучение концентрации микроэлементов, в том числе металлов проводилось в лаборатории спектрального анализа института горнохимического сырья (ГИГХС). Работа проводилась на базе АОЗТ "ВМС ТН Технологии",

лаборатории металлогении месторождений углеводородов ИПНГ РАН, лаборатории исследования скважин Волго-УралНИПИгаза.

Диссертация выполнена в ИПНГ РАН под научным руководством к.г-м.н. Скибицкой Н.А., которой автор приносит глубокую благодарность. Автор весьма признателен Цивинской Л.В., Яковлевой О.П., Домановой Е.Г., Лазареву В.И. за ценные советы и консультации, а также сотрудникам геологической службы Оренбургского газопромыслового управления за предоставленную возможность знакомства с архивными материалами и за помощь в работе по сбору исходного фактического материала.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводятся краткие сведения о геологическом строении Оренбургского месторождения, его изученности и нефтегазоносности.

Вопросы геологического строения Оренбургского месторождения изложены в научно-технических отчетах, проектах разработки, а также . рассмотрены в работах Аширова К.Б., Багринцевой Н.И., Баишева В.З. Вареничевой Н.И., Гриценко А.И., Ермакова В.И., Жабрева И.П., Кана Е.Е., Корценштейна В.Н., Кузнецова В.Г., Куликовой Н.Г., Леонтьева И.А., Моховой С.Н., Петровой Л.Н., Перьковой Я.Н., Политыкиной М.А., Цивинской Л.В., Шпильмана И.А. и многих других исследователей.

Во второй главе проведен литературный обзор по проблеме металлогении месторождений углеводородов.

Вопрос о возможной связи рудо- и нефтеобразования был впервые поставлен В.И. Вернадским еще в начале двадцатого века, а затем развит исследованиями A.C. Уклонского, А.И. Германова, В.И. Попова и др.

Среднее содержание химических элементов в земной коре впервые установил Ф.У. Кларк. Между кларковыми концентрациями и запасами этих элементов в месторождениях существует прямая связь. Всякое отклонение от кларка в ту или иную сторону причинно обусловлено.

Л.С. Фарвель сосредоточил внимание на переносе металлов подземными водами в виде органических соединений.

В главе рассмотрены свойства элементоорганических соединений. Высокая летучесть элементоорганических соединений обусловливает возможность их переноса в газовой фазе в потоке углеводородного газа.

Важную роль растворенных органических веществ в процессе водной миграции рудных элементов подтверждают исследования рудных объектов Забайкалья. Процессы взаимодействия OB с металлами детально рассмотрены А.И. Илялетдиновым. Этой теме посвящены работы Крамаренко Л.Е., Горжевского Д.И., Павлова A.A. и других.

Тесная ассоциированность стратиформных свинцово-цинковых, медных, золотосульфидных и ртутных руд с битумами нефтяного ряда - одно из свидетельств генетической связи месторождений руд и нафтидов.

Теоретические предпосылки и исследования выполненные в различных нефтегазоносных провинциях (месторождения Западной Сибири, Белоруссии., Башкирии и др.) указывают на наличие ореолов тяжелых металлов в подвижных формах, связанных с глубокозалегающими месторождениями нефти. Волго-Уральская нефтегазоносная провинция оконтуривается повышенными значениями концентраций тяжелых металлов, которые группируются по разным металлам и месту на профиле.

В работе Кузнецова В.Г< представлено распределение микроэлементов в рифовых системах, которые можно рассматривать как совокупность шельфовых, собственно рифовых и прилегающих депрессионных отложений генетически связанных между собой. Более интенсивно микроэлементы накапливаются в депрессионных фациях. Автор считает, что причиной этого является повышенная глинистость и битуминозность пород, особые геохимические условия их образования, а также специфический состав органических остатков.

Все без исключения нефти наряду с углеводородными составляющими содержат значительное количество микроэлементов, в том числе металлов. В нефтях обнаружено более 50 микроэлементов. Основные вопросы, которые занимают исследователей в этой области, следующие: наличие закономерностей в распределении микроэлементов в нефтях различных регионов и стратиграфических горизонтов, корреляционная связь микроэлементного состава с составом других компонентов и физико-химическими характеристиками нефтей, парагенезис микроэлементов в нефтях, источники и время попадания микроэлементов в нефть, изменение микроэлементного состава нефтей в процессах их накопления и миграции. Обобщены результаты более 1500 проб нефтей по 25 нефтегазоносным бассейнам мира. Наиболее распространенными металлами в нефтях являются ванадий и никель.

Рудные районы и поля стратиформных свинцово-цинковых месторождений часто локализованы в краевых частях нефтегазоносных бассейнов, где приурочены к склонам куполообразных структур и антиклиналей, осложненных глубинными разломами.

Одним из последних направлений в области изучения металлогении месторождений углеводородов, в том числе газоконденсатных являются исследования высокомолекулярных органоминеральных систем и природы их металлоносности в углеводородных залежах (Скибицкая Н.А.)

Вопросы характера распределения металлов в древних водонефтяных контактах месторождений углеводородов рассматриваются в работах Цивинской Л.В., Борисевича Ю.П.

Обсуждение металлогении природных газов начиналось лишь в том случае, когда присутствие в них некоторых металлов приводило к осложнениям в технологических процессах добычи и переработки. Имеются сведения о присутствии в природных газах ртути, мышьяка, лития. Работы по изучению примесей металлоорганических соединений в газах на различных месторождениях уже развернуты Ассоциацией производителей газа в США и Германии. Очевидно, что исследования металлогении необходимо проводить для каждого месторождения в плановом порядке.

В третьей главе изложены результаты аналитических геохимических исследований керна Оренбургского НГКМ.

Геохимические исследования пород Оренбургского месторождения были проведены с целью изучения содержания и свойств битумоидов, в том числе их компонентного состава, в большой степени определяющего концентрации металлорганических соединений. Исследования проводились на образцах керна (79 образцов), отобранных из скважин Оренбургского месторождения (скв. 3-Р, 7-р, 8-р, 15040, 15034, 333, 312, 321, 311, 2027, 352), которые расположены в разных частях ОНПСМ (западный купол, восточный купол, центральная часть), что дает возможность проследить Изменения как в количественном, так и в качественном составе битумоидов по всей площади месторождения.

Выделение битумоидов из керна проведено путем холодного экстрагирования хлороформом в течение суток.

Кларковые значения содержания битумоида в карбонатных породах по литературным источникам составляют 0,03% на породу по данным Н.Б. Вассоевича, 0,07% на породу по данным Дж. Ханта, 0,06% на породу по данным Б. Тиссо.

Для определения геохимического типа битумоидов (ХБА) использован метод капиллярных вытяжек с применением ультрафиолетового излучателя.

По степени зрелости битумоиды подразделены по стандартной методике на 4 типа: смолисто-асфальтеновый, србйний, осмоленный и маслянистый.

Битумоиды в породах скважин 3-Р, 7-Р, 8-Р относятся в основном к среднему и смолисто-асфальтеновому типам со следами маслянистого и осмоленного, что свидетельствует о преобладании в их составе малопреобразованных гетеросоединений в виде смол и асфальтенов. Наличие в отдельных образцах маслянистого и осмоленного битумоидов указывает на присутствие в них легких нефтяных углеводородов. Основную часть битумоидов составляют гетеро группировки в основном

кислородосодержащие. Однако, в целом битумоиды являются слабопреобразованными соединениями, углеводороды, входящие в них, отличаются довольно упрощенным составом.

При изучении образцов пород из скважин № 15034 и № 333 сделаны следующие выводы. С глубиной отбора керна резко меняется и геохимический тип битумоида. Битумоиды артинского возраста - легкие осмоленные со

значительной примесью маслянистого. Ассельские образцы битумоидов по геохимическому типу значительно тяжелее. Это в основном битумоиды среднего типа с примесью осмоленного, маслянистые битумоиды присутствуют лишь в виде незначительных примесей, не превышая 5% от общего содержания битумоидов. На глубине 1880 м появляются смолисто-асфапьтеновые битумоиды.

Битумоиды, выделенные из керна скважины Ks 321, также очень различны. Обращает на себя внимание крайне завышенное содержание битумоидов в образцах пород ассельского ярусз (до 10 - 12,4% на породу), что в 500 раз превышает кларковые показатели. Это тяжелые, смолисто-асфальтеновые битумоиды. Выделенные из породы, эти битумоиды представляют собой хрупкое черное вещество в виде твердой корки.

Совершенно другими характеристиками обладают битумоиды каменноугольного возраста из скважины № 321, отобранные ниже отметки 1565 м.

В образцах пород верхнего карбона содержание битумоидов значительно ниже кларкового. Все битумоиды каменноугольного возраста достаточно зрелые и по геохимическому типу относятся, в оснозном, к осмоленным

В образцах пород ассельского возраста содержание битумоида в них повышено - 0,7% на породу, что в 10 раз превышает кларковые показатели. Основная часть битумоидов относится к среднему геохимическому типу.

В породах сакмарского возраста содержание битумоида ниже кларковых показателей (0,013 - 0,064% на породу). Это достаточно зрелые восстановленные битумоиды, основная часть которых представлена осмоленным типом со значительной примесью маслянистого типа.

Резко меняется природа битумоида, выделенного из образцов пород ассельского яруса. Количество битумоида в породе возрастает до 3,12% (весовых) на породу. Как и представители других скважин ассельского возраста, этот битумоид состоит, в основном, из асфальтенов (90%), с небольшой примесью среднего и маслянистого типов. Черного цвета, слабо люминесцирует в ультрафиолетовых лучах.

Образцы битумоидов верхнего карбона легче ассельских, хотя также малоподвижны. Их основу составляют битумоиды среднего типа. И лишь битумоид, выделенный из пород среднекарбонового возраста, является легким, достаточно восстановленным миграционноспособным (осмоленный и маслянистый типы). Концентрация битумоидов в породах верхнего карбона в основном ниже кларковых. Концентрация битумоидов в породах среднего карбона достигают 6,8% (весовых). При этом битумоиды в основном асфальтенового типа.

Анализируя вышеперечисленные данные, можно отметить, что при всем многообразии битумоидов, их количественного и качественного состава, по площади ОЬТКМ прослеживаются определенные закономерности в их распределениг:

Чем больше битумоидов содержат породы продуктивных отложений ОНГКМ, тем меньше они восстановлены и характеризуются смолисто-асфальтеновым типом. При этом концентрация наиболее металлоносных асфальтеновых и смолистых компонентов в битумоидах в ряде случаев достигает 100 %.

Наибольшее количество битумоидов самого незрелого смолисто-асфальтенового типа, состоящего в основном из асфальтенов, выделено:

1) на западном куполе (в зоне УКПГ-15) - в отложениях сред-1 него карбона (до 6,8% (весовых));

2) на центральном куполе (в зоне УКПГ-2) - в нижнепермских отложениях ассельского яруса (до 12,4% (весовых));

3) на восточном куполе (в зоне УК! 11-10) - в нижнепермских отложениях артинского яруса (до 7,8% (весовых)).

Наибольшее количество средне-осмоленных битумоидов с относительным содержанием наиболее преобразованного маслянисто-осмоленного типа от 25 - 30 % до преобладающего встречено:

1) на западном куполе (УКПГ-15) - в ассельских отложениях нижней перми (до 0,35% (весовых));

2) на центральном куполе (УКПГ-2) - в отложениях верхнего (до 0,53%) и среднего (до 0,66% (весовых)) карбона;

3) на восточном куполе (УКПГ-10) - в сакмарских отложению нижней перми (до 0,88% (весовых));

Четвертая глава посвящена непосредственно изучению Оренбургского месторождения с точки зрения оценки его как источника полиметаллического сырья. Она состоит из четырех разделов.

Первый раздел. На базе экспериментальных исследований анализируется распределение микроэлементов в породах и продукции Оренбургского месторождения. Богатый фактический материал, полученный в результате массовых исследований отобранных проб способом эмиссионного спектрального анализа, позволил дать качественную и количественную оценку широкого спектра металлов, присутствующих в образцах керна, в конденсатах, фракциях разгонки конденсатов, отстоях водометанольной смеси, в жидкости, образующейся в результате пропарки сепарационного оборудования, пластовой воде, в пробах битумных и солевых отложений, отобранных с забоев и из стволов скважин, а также из НКТ, в высокомолекулярных осадках конденсатов из наземного сепарационного оборудования.

Во всех изученных пробах обнаружено порядка 30 микроэлементов: кремний, алюминий, магний, кальций, железо, марганец, никель, кобальт, титан, ванадий, хром, молибден, цирконий, медь, свинец, серебро, мышьяк, цинк, кадмий, олово, германий, галлий, бериллий, скандий, церий, лантан, иттрий, иттербий, фосфор, натрий, стронций, барий, бор, ртуть. Однако, диапазон изменения концентрации элементов крайне широк и зависит от вида образцов.

Критерием количественной оценки выбран фактор накопления. Этот параметр показывает превышение концентрации микроэлементов в пробах над фоновыми концентрациями этих же элементов и используется в характеристике рудных месторождений. В данной работе концентрация металлов сравнивалась с их фоновыми концентрациями в карбонатных породах ( по К. Таркяну и К. Ведеполю). Это позволило выделить 5 пределов концентрации микроэлементов: ниже кларка; равно кларку или выше его в >1-10 раз; выше кларка в >10-100 раз; выше кларка в >100-1000 раз; выше кларка более чем в 1000 раз.

Во всех изученных пробах обнаружены следующие элементы, концентрация которых равна кларку или выше его. Среди них : Ре, Мл, Со, П, V, Сг, Мо, Си, РЬ, Ag, Аб, Хп, Сй, 8п, ве, ва, Ве, Бс, Се, Ьа, У, УЪ, Р, На, Бг.Ва.

Наименьшее количество микроэлементов обнаружено в пластовой воде. В нефтях и конденсатах концентрация металлов увеличивается р их тяжелым фракциям и, наконец, самое высокое содержание микроэлементов обнаружено в тяжелых высокомолекулярных осадках, отобранных из наземного сепарационного оборудования УКПГ и в образцах, отобранные из стволов, с забоев скважин и из насосно-компрессорных труб. Очевидно, что микроэлементы в основном объеме поступают на поверхность с потоком углеводородов и выводятся в жидкую фазу и частично в осадки из жидкой фазы в аппаратах УКПГ в условиях снижения давления и температуры.

Наибольший интерес представляют пробы высокомолекулярных отстоев конденсатов из наземного сепарационного оборудования. Максимальные концентрации некоторых элементов достигают следующих значений: № -1000г/т ( в районе УКПГ-2); V- более 10000 г/т ( в районе УКПГ-7, 9), Мо-10г/т ( УКПГ-1, 2), Си- 4000 г/т (УКПГ- 2), РЬ- 1000 г/т (УКПГ-1); Л& - 3 г/т (УКПГ-7), Аэ-300 г/т (УКПГ -6); 2п- 6000 г/т (УКПГ-1), Бп - 40 г/т (УКПГ-2), ве - Зг/т (УКПГ-2,7,12), Са- 200 г/т (УКПГ-6), УЬ 0,8 г/т (УКПГ-3,9), Бг - 800 г/т (УКПГ-1).

Также аномально богаты микроэлементами пробы асфальтенов отобранных с забоев скважин и из насосно-компрессорных труб. Концентрация ванадия в некоторых образцах достигает 10 кг/т, свинца - 10 кг/т, циркония - 500 г/т, мышьяка - 500 г/т, никеля - 4 кг/т.

Концентрация некоторых металлов настолько велика, что сравнима с концентрацией этих элементов в месторождениях рудных полезных ископаемых. Например, минимальная концентрация никеля в промышленных разрезах колеблется от 3 до 10 г/т, в тяжелых остатках высокомолекулярных фракций конденсатов концентрация этого элемента достигает 1000 г/т, в пробах асфальтенов - 4000 г/т. В свинцово-цинковых месторождениях концентрация галлия достигает 5-12 г/т. В образцах тяжелых остатков высокомолекулярных фракций конденсатов ОГКМ концентрация достигает 200 г/т. Концентрация иттрия в рудах колеблется от 0,15 до г/т, иттербия от 0,3

до 4 г/т, а в образцах изученных проб тяжелых остатков высокомолекулярных фракций конденсатов концентрация иттрия составляет 1 г/т, максимальная концентрация иттербия варьирует в пределах 0,5-0,8 г/т и до 4 г/т.

Таким образом, в породах и в добываемом сырье Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения содержится комплекс металлов (цветных, благородных и редкоземельных), который может представить интерес с точки зрения их направленной добычи попутно с углеводородным сырьем. Этот фактор должен учитываться при разработке месторождения, особенно на поздних стадиях разработки.

Второй раздел посвящен изучению характера распределения микроэлементов, в том числе металлов, в сырье ОГКМ по площади месторождения.

Наиболее интересный спектр металлов, как в количественном, так и в качественном плане, представлен в образцах тяжелых остатков высокомолекулярных фракций конденсатов, отобранных из наземного сепарационного оборудования практически со всех установок комплексной подготовки газа, характеризующих всю площадь месторождения. На основании этого фактического материала были построены контурные схемы распространения отдельных металлов по площади месторождения в тяжелых остатках высокомолекулярных фракций добываемого углеводородного сырья.

На основе изучения высокомолекулярных осадков конденсатов из наземного сепарационного оборудования рентгеноструктурным анализом и газожидкостной хроматографией был установлен их компонентный состав, близкий к природным озокеритам и церезинам, с преобладанием (до 62%) асфальтенов и смол, а по соотношению ванадия и никеля было установлено их генетическое родство с конденсатами.

Выделенные на контурных схемах площади были охарактеризованы различными пределами изменения фактора накопления.

При сопоставлении площадных схем распространения отдельных металлов выявлены некоторые ассоциации: в центральном куполе месторождения повышенным концентрациям свинца отвечают повышенные концентрации цинка, хотя при этом в одних и тех же зонах концентрация свинца на порядок ниже концентрации цинка. Такая же закономерность наблюдается в центральной зоне месторождения между серебром и мышьяком, между ванадием и никелем.

Такие ассоциации металлов классические и они характерны для определенных типов месторождений полиметаллов, что неоднократно было описано многими исследователями. Однако, подобные ассоциации для газоконденсатных месторождений установлены впервые.

Третий раздел посвящен изучению характера распределения высокомолекулярного сырья по площади месторождения на основе остатков конца кипения конденсатов (ВМС к.к.) в добываемом сырье.

На основе атмосферной разгонки- 86 проб конденсатов из всех аппаратов технологических линий УКПГ (сепараторы I, П, П1 ступеней) были определены температуры конца кипения- начала коксования конденсатов и процентное содержание в конденсате высокомолекулярных остатков конденсатов (ВМС к.к.). При этом также фиксировался цвет конденсата.

Привязка проб к. технологическим линиям УКПГ дала возможность привязаться к конкретным эксплуатационным скважинам и, таким образом, сделать зональную привязку по площади ОНГКМ в виде контурной схемы распространения добываемых с конденсатом высокомолекулярных фракций (ВМС к.к.).

По площади месторождения концентрация ВМС конца кипения конденсатов изменяется в пределах от 6% до 28%. Наименьшая концентрация (6-10%) характерна для переходной зоны между западным и центральным куполами,' а также для часта центрального купола месторождения в локальных участках (в районе УКПГ-12 и УКПГ-2.) Эта зона о обеих сторон обрамляется участками с более высокой концентрацией 10-14%, и далее к краям структуры как на западе, так и на востоке концентраций ВМС конца кипения конденсатов увеличивается до 14-18%. На южном склоне центрального купола концентрация (ВМС к.к.) значительно выше, однако четкой закономерности в распределении здесь не наблюдается: на фоне зоны с невысокой концентрацией (до 6-10%) выделяются локальные участки с концентрацией 18-22% ( УКПГ-3, 6, 9), далее четки выделяется зона с концентрацией 10-14%, которая пересекает всю территорию ОНГКМ в меридиональном направлении, а в зоне УКПГ-8 концентрация повышается до 22,5%. Самая высокая концентрация ВМС конца кипения конденсатов (2224 % ) обнаружена в зоне УКПГ-10 на фоне крупного участка с концентрацией 14-18%.

При сопоставлении карты распространения ВМС конца кипения конденсатов со структурной картой по кровле продуктивного горизонта наблюдается четкая закономерность: наиболее погруженные участки бассейна (1560-1460. м) характеризуются повышенной концентрацией ВМС конца кипения конденсата.

В работе представлена контурная площадная схема ОНГКМ характеризующая усредненные свойства конденсатов, собранных на выходе из установок комплексной подготовки газа.

Из сравнения контурных площадных схем ВМС к.к. и усредненных свойств конденсатов видно, что закономерность изменения свойств добываемых конденсатов по залежи ОНГКМ в площадном плане не совсем согласуется с вышеописанными изменениями концентраций ВМС к.к. в конденсатах по площади месторождения.

В действующем фонде ОНГКМ 78 скважин выносят темный конденсат. 35 из них расположены на территории УКПГ-2, которая была запущена в эксплуатацию одной из первых. Основное количество скважин, выносящих

темный конденсат, приурочены к центральной зоне месторождения. Концентрация остатков ВМС к.к. в этих зонах изменяется в пределах 6-14%. Лишь в зоне УКПГ-9 скважины с темным конденсатом приурочены к участку с концентрацией ВМС к.к. -14-22%.

Из сопоставления температуры конца кипения конденсатов с концентрацией в них остатков ВМС к.к. видно, что для добываемого сырья ОГКМ существуют две закономерности:

-увеличение концентраций ВМС к.к. в конденсатах и нефтях сопровождается увеличением температур конца их кипения;

-увеличение концентраций ВМС к.к. в конденсатах сопровождается снижением температуры конца кипения конденсатов и увеличением концентраций асфальтеновых и смолистых высокомолекулярных компонентов, приводящих к увеличению объемной доли коксующегося остатка ВМС к.к. и к снижению температур конца кипения - начала коксования конденсатов.

Природа вышеописанной закономерности определяется генетической закономерностью формирования газовых месторождений с низким конденсатным фактором. Формирование таких месторождений происходит на этапе преобразования породообразующих карбонатных органических полимеров до асфальтенов и .накопления нефтегенерационногс потенциала. Одновременно образуется побочные продукты конденсации,

углеводородные, неуглеводородные газы и высоколетучие элементоорганические, в том числе серо- и меташюорганические- соединения и комплексы, а также легкие ("сухие") фракции конденсата.

В работе призедена корреляционная связь удельной месячной добычи конденсатов ОНГКМ с температурой конца их кипения при атмосферной разгонке.

Начало потемнения конденсата сопровождается снижением температуры его конца кипения при атмосферной разгонке и закономерным снижением удельной добычи конденсата (а равно и газа). Возможно поэтому, резкое снижение добычи в скважинах с темнеющим конденсатом и, соответственно, снижение доли этого конденсата в общем объеме добычи не приводят к заметному потемнению продукции добываемой в зоне УКПГ-2 в целом.

Обратная связь концентрации остатков ВМС к.к. конденсата с его удельной месячной добычей показывает, что по достижении значений удельной добычи скважин 200-250 т/скв. в месяц в процессе дальнейшей разработки начинается закономерное увеличение объемного содержания остатков конца кипения конденсата за счет увеличения в них объемной доли высокококсующихся компонентов на этапах падающей добычи. При этом происходит снижение температуры конца кипения конденсата, снижается конденсатный фактор и конденсат становится более "сухим".

В четвертом разделе представлены результаты анализа проб, отобранных из отсепарированного газа Оренбургского НГКМ.

Методика отбора проб основывается на принципе абсорбции металлоорганических. соединений из анализируемого газа насыщенным раствором персульфата калия

Пробы были отобраны на одиннадцати установках комплексной подготовки газа ( № 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 15) из каждой работающей технологической линии до и после сепараторов II ступени (всего 39 проб).

Анализы на содержание металлов в газах Оренбургского месторождения выполнялись ранее МНПО "Экоблик". В работе определялись концентрации металлов, присутствующих в газе в виде аэрозолей (оксиды, сульфиды и другие твердые соединения).

В диссертационной работе представлены сравнительные данные по концентрации ряда металлов в Газовой фазе, то есть в виде металлорганических соединений, и в виде аэрозолей (для УКПГ-15). Распределение металлов в природном газе между газовой фазой и конденсированными частицами (аэрозолями) существенно различается р зависимости от типа металла. .

Были рассчитаны суммарные концентрации металлов в природном газе для всех УКПГ Оренбургского НГКМ. ' ,

По результатам вышеназванных аналитических исследований содержания металлов в отсепарированном природном газе в газовой фазе, в аэрозольной фазе и по суммарному содержанию металлов в газе построены контурные схемы условного максимального распределения металлов в добываемом природном отсепарированном 1-азе по площади ОНГКМ. :

Распределение высоколетучих металлоорганических

(металлосодержащих) соединений в природных газах по площади ОНГКМ неоднородно и связано обратной закономерностью с концентрацией их в тяжелых высокомолвкулярных остатках конденсатов. '

Из многочисленных металлоорганических соединений, синтез которых возможен в природных условиях в товарный газ, по-видимому, могут попадать лишь соединения термодинамически устойчивые в условиях подготовки и очистки газа на установках комплексной подготовки газа и газоперерабатывающем заводе.

Учитывая относительно низкую концентрацию металлорганических соединений в природном газе по сравнению с концентрацией в углеводородах С5 и выше, концентрация паров металлорганических соединений в газовой фазе, равновесной с жидкой фазой конденсата, будет значительно ниже по сравнению с их концентрацией в исходном газе.

При падении давления в пласте возможно возрастание концентрации металлорганических соединений в исходном газе за счет более интенсивного испарения металлорганических соединений из пласта. Все это может привести к тому, что по мере разработки месторождения содержание металлорганических соединений в товарном газе будет повышаться и достигать уровня, превышающего допустимые нормы.

В заключении изложены основные выводы работы, которые сводятся к следующему.

Ресурсный потенциал Оренбургского месторождения может быть расширен за счет дополнительной оценки и направленной добычи попутно с газом и конденсатом ранее не учитываемого для газоконденсатных месторождений запасов высокомолекулярного сырья,, в том числе его металл осодержащих компонентов (асфальтенов, смол).

В породе Оренбургского месторождения содержится аномально высокое количество битумоидов, причем концентрация наиболее металлоносных асфальтеновых и смолистых компонентов в них достигает 100%.

В каждом виде продукции Оренбургского месторождения обнаружен широкий спектр металлов. Максимальной металлоносностью характеризуются высокомолекулярное сырье (битумоиды), и в первую очередь его асфальтеновые и смолистые компоненты. Концентрация некоторых металлов настолько велика, что сравнима их концентрациями в рудных месторождениях. Наименьшее количество микроэлементов содержится в пластовой воде.

Широкий спектр металлов присутствует в природном газе. Их распределение по площади месторождения крайне неравномерно; из многочисленных металлоорганйческих соединений в товарный газ могут попадать лишь термодшгчичебки устойчивые.

В процессе разработки по достижении удельной добычи скважин порядка 200-250 т/скв. в месяц начинается закономерное увеличение объемного содержания ВМС к.к. за счет увеличения высокомолекулярных коксующихся смолисто-асфальтеновых компонентов в конденсатах.

Результаты анализов и проведенные расчеты показывают, что при существующих способах добычи в продукции Оренбургского нефтегазконденсатного месторождения содержание высокомолекулярных металлоорганических соединений, извлекаемых только с газоконденсатом 2028 тыс. т/год. Все вышеизложенное указывает на необходимость нетрадиционного подхода к разработке и использованию сырьевых ресурсов Оренбургского газоконденсатного месторождения, который должен предусматривать направленную добычу вместе с основным углеводородным сырьем металлосодержащего высокомолекулярного сырья и его глубокую комплексную переработку с получением металлов в качестве одного из товарках продуктов.

Основными защищаемыми положениями являются:

1.Впервые Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение рассмотрено как комплексное месторождение углеводородов и высокомолекулярного сырья, в том числе металлов.

2.Установлено, что сырьевой потенциал Оренбургского НГКМ включает помимо запасов углеводородов (газа, конденсата, нефти) запасы

высокомолекулярного сырья (твердые, парафины, асфальтены, смолы, масла) и металлов (в т.ч. цветных, редкоземельных, благородных):

3. Аномально высокая металлоносность битумоидов позволяет организовать добычу металлов новыми нетрадиционными методами.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1.Галян E.H. "Оренбургское газоконденсатное месторождение как источник полиметаллического сырья". Тезисы докладов конференции молодых ученых Урала и Поволжья. Оренбург, 1994 г.

2.Скибицкая H.A., Галян E.H. "Характер распределения микроэлементов, в том числе металлов в породах и добываемом сырье Оренбургского газоконденсатного месторождения". Тезисы докладов Губкинских чтений. Москва. 1996 г.

3.Галян E.H., Скибицкая H.A. "Металлогения ее кие исследования проб высокомолекулярных отстоев из наземного сепарационного оборудования УКПГ Оренбургского газоконденсатного месторождения". - Геология и разведка газовых и газоконденсатных месторождений. Реф. сб. ВНИИЭгазпрома, 1996 г.-, №6 (в печати).

4. Доманова ET., Скибицкая H.A., Галян ЕЛ. "Аналитические геохимические исследования керна Оренбургского газоконденсатного месторождения". Рукопись депонирована в ВИНИТИ Москва, 1996 г.

Соискатель

Галян E.H.