Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

УГЛЕВОДОРОДНЫЙ СОСТАВ НЕФТЕЙ НЕКОТОРЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА

Лазарев Д.А. 1 Муравская Ю.А. 1 Гузняева М.Ю. 1 Туров Ю.П. 1
1 БУ ВО «Сургутский государственный университет» Ханты-Мансийского автономного округа – Югры
Характеристики химического состава нефтей являются важной и необходимой информацией для решения задач классификации и идентификации нефтяных образцов. В работе приведены результаты исследования группового, гомологического и изомерного состава и их вариаций в образцах некоторых нефтей месторождений Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО). Геохимическая классификация нефтей предусматривает сопоставление содержаний различных классов углеводородов. По соотношению изомеров некоторых классов ароматических углеводородов (метилфенантренов) принято идентифицировать нефти по геохимическим типам. Полученные значения количественных соотношений метилфенантренов в исследованных образцах нефтей ХМАО позволяют отнести их к нефтям пермских отложений. Отмечено, что на состав извлекаемой нефти наряду с геохимическими факторами оказывают влияние техногенные – время эксплуатации отдельных скважин и месторождения в целом, технологии нефтеизвлечения и другие факторы. Изучение состава нефтей проводилось методами газо-жидкостной хроматографии, УФ и ИК спектроскопии, хроматомасс-спектрометрии. При исследовании и сопоставлении состава нефтяных фракций применяли приемы селективной ионной регистрации.
нефть
углеводородный состав
геохимические параметры и корреляции
1. Запивалов Н.П. Нефтегазовая наука и практика XXI века: новые идеи и парадигмы // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2016. – Т. 327, № 1. – С. 79–87.
2. Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии. – М.: Бином, Лаборатория знаний. 2003. – 475 с.
3. Frances D. Hostettler, Robert J. Rosenbauer, Keith A. Kvenvolden. PAH refractory index as a source discriminant of hydrocarbon input from crude oil and coal in Prince William Sound, Alaska // Org. Geochem. – 1999. – Vol. 30. – P. 873–879.
4. Khaled R. Arouri, McKirdy David M. The behaviour of aromatic hydrocarbons in artificial mixtures of Permian and Jurassic end-member oils: application to in-reservoir mixing in the Eromanga Basin, Australia // Org. Geochem. – 2005. – Vol. 36. – P. 105–115.
5. Lloyd R. Snowdon. The organic geochemistry of asphaltenes and occluded biomarkers / Lloyd R. Snowdon, John K. Volkman, Zhirong Zhang, Guoliang Tao, Peng Liu // Org. Geochem. – 2016. – Vol. 91. – P. 3–15.
6. Soumaya Abbassi. Petroleum potential and kinetic models for hydrocarbon generation from the Upper Cretaceous to Paleogene Latrobe Group coals and shales in the Gippsland Basin, Australia / Soumaya Abbassi, Dianne S. Edwards, Simon C. George, Herbert Volk, Nicolaj Mahlstedt, Rolando di Primio, Brian Horsfield // Org. Geochem. – 2016. – Vol. 91. – P. 54–67.
7. Sumei Li. Origin and quantitative source assessment of deep oils in the Tazhong Uplift, Tarim Basin / Sumei Li, Alon Amrani, Xiongqi Pang, Haijun Yang, Ward Said-Ahmad, Baoshou Zhang, Qiuju Pang // Org. Geochem. – 2015. – Vol. 78. – P. 1–22.

Скопления нефти и газа обнаружены во всех типах пород и во всех стратиграфических горизонтах на суше и в акваториях. По существу, наша планета является единым нефтяным полигоном. Месторождения углеводородов могут быть открыты в самых неожиданных местах и условиях. Темпы и объемы добычи нефти и газа, а также цены зависят от различных природных, техногенных и рыночных флуктуаций, включая многие геополитические факторы. Открываются новые разнообразные источники углеводородов (традиционные и нетрадиционные), а также создаются инновационные методы и технологии их добычи и утилизации [1].

Нефтегазонасыщенный пласт представляет собой целостную взаимосвязанную систему: породы (минералы) + флюиды (нефть, газ, вода). Залежь нефти – это «живая» флюидопородная система, поэтому ее поведение подчиняется законам спонтанной саморегуляции.

Существуют различные методы оценки и классификации нефтей, применяемые в геохимии. Гидропиролиз, термическое разложение в присутствии водорода под высоким давлением и катализаторов (Mo), приводит к расщеплению насыщенных и ароматических фрагментов асфальтенов, которые затем доступны для традиционного анализа биомаркеров с использованием газовой хроматографии-масс-спектрометрии и других методов. Эти продукты разложения включают соединения-биомаркеры, используемые для создания генетических корреляций среди образцов, датирования возраста, обеспечивая оценку термической зрелости и разделения нефти [5].

В настоящее время многие методы подвергаются проверке. Так, авторы работы [6] считают, что метод Rock-Eval/TOC может ввести в заблуждение при оценке нефтегазообразования.

Целью работы являлось сопоставление вариаций группового, гомологического и изомерного состава углеводородов в образцах нефтей близко расположенных месторождений ХМАО и оценка достаточности полученной информации для решения задач классификации и идентификации образцов.

В качестве экспериментального материала были отобраны и обработаны следующие образцы нефтей Угутского (нефть I, PI), Киняминского (нефть II, PII; нефть III, PIII) и Быстринского (нефть IV, PIV) месторождений.

Предварительное разделение нефтяных образцов методом колоночной адсорбционной хроматографии, предшествующее подробному исследованию углеводородного состава (УВ), проведено по общепринятой в нефтяной геохимии схеме.

Для исследования полученных при адсорбционном фракционировании образцов использовали методы капиллярной газо-жидкостной хроматографии с пламенно-ионизационным детектором (ГЖХ, хроматограф Кристалл 2000 м), хроматомасс-спектрометрии (ГХ-МС, хроматомасс-спектрометр PerkinElmer Clarus 500MS) и спектроскопии ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов (УФ, ИК, спектрофотометры СФ-2000, Shimadzu UV-VIS 2600, PerkinElmer Spectrum 100).

Системное сопоставление состава проводили, начиная со сравнения выходов фракций адсорбционного разделения нефти на колонке с окисью алюминия – гексановой, в состав которой входят свободные углеводороды и неполярные гетероатомные соединения, бензольной («бензольные смолы») и спирто-бензольной (высокополярные «спирто-бензольные смолы»). Состав двух последних фракций, содержащих высокомолекулярные компоненты, охарактеризован методами УФ и ИК спектроскопии.

Основная информация о вариациях состава ароматических углеводородов в исследованных образцах получена методом хроматомасс-спектрометрии. Принадлежность веществ к определенному классу ароматических углеводородов определяли по их полным масс-спектрам путем сравнения экспериментальных и библиотечных спектров или с использованием спектро-структурных корреляций [2].

Так как нефть представляет собой сложную смесь чрезвычайно большого числа углеводородов, идентификация каждого пика – процедура невозможная и практически ненужная. При исследовании и сопоставлении состава нефтяных фракций применяют более эффективные приемы так называемой селективной ионной регистрации. При исследовании ароматических соединений в качестве характеристических ионов целесообразно выбирать молекулярные ионы. В ароматических углеводородах их интенсивности довольно велики, а реконструированные масс-фрагментограммы позволяют сопоставить изомерный состав гомологов каждого класса веществ в разных образцах.

На рис. 1 представлены вариации относительного содержания н-алканов и изопреноидов-биомаркеров – пристана и фитана.

На рис. 2 представлены вариации относительного содержания изомеров алкилбензолов с молекулярными массами 106, 120 и 134. Нефти Киняминского и Быстринского месторождений имеют некоторые различия в изомерном составе, например образец PIV (Быстринское месторождение) характеризуется несколько повышенным содержанием изомеров с молекулярной массой 134 и значительно пониженным содержанием изомеров с молекулярной массой 106, по сравнению c остальными нефтями. В нефти Киняминского месторождения (РII) наблюдается повышенное содержание изомеров с молекулярной массой 106.

Содержание нафталинов во всех исследуемых образцах нефти существенно не различается, однако в образце PIV (Быстринское месторождение) количество изомера с молекулярной массой 142 (2-метилнафталин) почти в два раза выше, чем в остальных пробах (рис. 3).

На рис. 4 представлены вариации относительного содержания флуоренов в исследованных нефтях. Образец PIV (Быстринское месторождение) характеризуется повышенным содержанием флуоренов с молекулярными массами 166 и 180, но содержит значительно меньшее количество с массой 194. Образц PI (Угутское месторождение) по содержанию флуоренов с молекулярными массами 166 и 180 значительно не отличается от образцов PII и PIII (Киняминское месторождение), но содержит несколько повышенное количество флуоренов с массой 194.

pic_49.tif

Рис. 1. Относительное содержание н-алканов (н-C17 – н-C32) и изопреноидов (пристан и фитан) в исследуемых нефтях

pic_50.tif

Рис. 2. Относительное содержание алкилбензолов в исследуемых нефтях

Образец PIV (Быстринское месторождение) также характеризуется повышенным содержанием дибензотиофенов и фенантренов относительно остальных образцов, которые между собой существенно не различаются. В литературных источниках имеются примеры решения очень важных геологических задач путем сравнения количественного содержания метилфенантренов. В работе [4] отношения содержаний 1-метилфенантрена к 9-метилфенантрену (1-МР/9-МР), и 2-метилфенантрена к 1-метилфенантрену (2-МР/1-МР) были использованы для идентификации пермских и юрских нефтей и их смесей при эксплуатации многопластовых месторождений. В таблице приведены литературные и рассчитанные соотношения (1-МР/9-МР) и (2-МР/1-МР). Вариации 1-MP/9-MP в исследованных нефтях не существенны. Диапазон изменения 2-МР/1MP более значим, и это отношение можно использовать для идентификации нефтей. Значения соотношений 1-MP/9-MP позволяют предположить, что исследованные нефти принадлежат к нефтям пермских отложений.

pic_51.tif

Рис. 3. Относительное содержание нафталинов в исследуемых нефтях

pic_52.tif

Рис. 4. Относительное содержание флуоренов в исследованных образцах

Нефти

Соотношение изомеров

1-MP/9-MP

2-МР/1MP

PI (Угутское м-р)

0,73

0,79

PII (Киняминское м-р)

0,80

0,71

PIII (Киняминское м-р)

0,76

0,85

PIV (Быстринское м-р)

0,76

0,73

Пермская нефть*

0,73

1,45

Юрская нефть*

7,66

0,11

Примечание. * – литературные данные (бассейн Эроманга, Австралия) [4].

При исследовании глубинной нефти месторождения Tazhong, бассейн Tarim (Китай), авторами работы [7] было высказано мнение о том, что большинство нефтей месторождения Tazhong являются смешанными, материальный состав и формируется притоком из двух различных горизонтов. Это заключение было основано на результатах анализа изомерного состава биомаркеров и вариациях изотопного состава углерода.

Исследования вариаций состава ароматических соединений позволяют провести идентификацию и классификацию как исходных, так и выветренных нефтей. В работе [3] приведен пример идентификации выветренных нефтей при разливе нефтяного танкера Exxon Valdez в проливе принца Уильяма, штат Аляска (США), путем сравнения изменений количественного состава метилфенантренов в разлитой нефти в течение времени. В ходе исследований было установлено, что остатки разлитой нефти принадлежат трем источникам. Первый источник – нефтяной танкер Exxon Valdez, второй источник – дизельное топливо, вероятно из резервуаров для хранения, поврежденных при землетрясении в 1964 году, третий источник – нефть, просачивающаяся естественным путем.

Таким образом, исследование вариаций состава ароматических углеводородов в нефтях позволяет решить множество очень важных геологических, экологических и экономических задач.


Библиографическая ссылка

Лазарев Д.А., Муравская Ю.А., Гузняева М.Ю., Туров Ю.П. УГЛЕВОДОРОДНЫЙ СОСТАВ НЕФТЕЙ НЕКОТОРЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 9. – С. 126-130;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36132 (дата обращения: 18.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074