2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University FIMBWV pmi-16468 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16468 Геотехнология и инженерная геология Geotechnical Engineering and Engineering Geology Specific features of kinetics of thermal transformation of organic matter in Bazhenov and Domanik source rocks based on results of pyrolysis gas chromatography Особенности кинетики термического преобразования органического вещества баженовской и доманиковой толщ на основе результатов пиролитической хроматографии Mozhegova Svetlana V. Можегова С. В. Mozhegova Svetlana V. mozhegova@vnigni.ru 0009-0003-2235-2752 Научно-аналитический центр Апрелевского отделения Всероссийского научно-исследовательского геологического нефтяного института (Москва, Россия) Scientific and Analytical Centre of Aprelevka Branch, All-Russian Research Geological Oil Institute (Russia) Gerasimov Roman S. Герасимов Р. С. Gerasimov Roman S. r.gerasimov@vnigni.ru 0009-0008-5887-978X Научно-аналитический центр Апрелевского отделения Всероссийского научно-исследовательского геологического нефтяного института (Москва, Россия) Scientific and Analytical Centre of Aprelevka Branch, All-Russian Research Geological Oil Institute (Russia) Paizanskaya Irina L. Пайзанская И. Л. Paizanskaya Irina L. payzianskaia@vnigni.ru 0009-0005-1393-3795 Научно-аналитический центр Апрелевского отделения Всероссийского научно-исследовательского геологического нефтяного института (Москва, Россия) Scientific and Analytical Centre of Aprelevka Branch, All-Russian Research Geological Oil Institute (Russia) Alferova Anna A. Алферова А. А. Alferova Anna A. a.alferova@vnigni.ru 0009-0003-9873-794X Научно-аналитический центр Апрелевского отделения Всероссийского научно-исследовательского геологического нефтяного института (Москва, Россия) Scientific and Analytical Centre of Aprelevka Branch, All-Russian Research Geological Oil Institute (Russia) Kravchenko Elizaveta M. Кравченко Е. М. Kravchenko Elizaveta M. e.kravchenko@vnigni.ru 0009-0007-2714-6607 Научно-аналитический центр Апрелевского отделения Всероссийского научно-исследовательского геологического нефтяного института (Москва, Россия) Scientific and Analytical Centre of Aprelevka Branch, All-Russian Research Geological Oil Institute (Russia) 12 11 2024 2024 269 765 776 25 04 2024 24 09 2024 12 11 2024 © Svetlana V. Mozhegova, Roman S. Gerasimov, Irina L. Paizanskaya, Anna A. Alferova, Elizaveta M. Kravchenko 2024 С. В. Можегова, Р. С. Герасимов, И. Л. Пайзанская, А. А. Алферова, Е. М. Кравченко Svetlana V. Mozhegova, Roman S. Gerasimov, Irina L. Paizanskaya, Anna A. Alferova, Elizaveta M. Kravchenko CC BY 4.0 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16468

Пиролиз органического вещества с последующим анализом углеводородного состава образующихся продуктов дает возможность получить многокомпонентные спектры распределения генерационного потенциала по энергиям активации реакций преобразования керогена в углеводороды. Конфигурация спектров зависит от структуры керогена и индивидуальна для каждой разновидности органического вещества. Исследования кинетики керогена показали, что распределение энергий активации для каждой нефтематеринской толщи уникально. Кинетическая модель термического разложения керогена одного и того же типа, например морского сапропелевого (тип II), может существенно различаться в разных осадочных бассейнах из-за многовариантного соотношения химических связей и их реакционного энергетического порога. Разработанная методика расчета многокомпонентных кинетических спектров (приведены четырехкомпонентные модели) на основе результатов пиролитической хроматографии позволяет получить один из важнейших элементов моделирования истории нефтегазообразования геологических бассейнов. Кинетические параметры органического вещества нефтегазоматеринских толщ влияют на время начала генерации и напрямую отражают различия в составе и структуре керогенов разных типов. Показаны результаты работ по определению кинетических параметров двух высокоуглеродистых материнских толщ, распространенных на территории трех нефтегазоносных бассейнов. Создание и пополнение базы данных кинетических моделей определенных нефтегазоматеринских толщ повысит достоверность прогноза нефтегазоносности методом бассейнового моделирования.

Pyrolysis of organic matter with subsequent analysis of hydrocarbon composition of the resulting products allows obtaining multicomponent distribution spectra of the generation potential by the activation energies of reactions of kerogen transformation into hydrocarbons. Configuration of the spectra depends on the structure of kerogen and is individual for each type of organic matter. Studies of kerogen kinetics showed that the distribution of activation energies is unique for each oil source rocks. The kinetic model of thermal decomposition of kerogen of the same type, for example, marine planktonic (type II), can differ significantly in different sedimentary basins due to the multivariate relationship of chemical bonds and their reaction energy threshold. The developed method for calculating multicomponent kinetic spectra (four-component models are used) based on results of pyrolysis gas chromatography allows obtaining one of the most important elements of modelling the history of oil and gas generation in geological basins. Kinetic parameters of organic matter of oil and gas source rocks influence the onset time of generation and directly reflect differences in the composition and structure of different types of kerogens. The results of determining the kinetic parameters of two high-carbon source rocks occurring across the territory of three oil and gas basins are shown. Generation and updating of the data of kinetic models of certain oil and gas source rocks will increase the reliability of forecasting oil and gas potential using the basin modelling method.

 Ключевые слова пиролитическая газовая хроматография кинетика генерация углеводородов кероген пиролиз энергия активации нефть газ Keywords pyrolytic gas chromatography kinetics hydrocarbon generation kerogen pyrolysis activation energy oil gas Вассоевич Н.Б. Теория осадочно-миграционного происхождения нефти (исторический обзор и современное состояние) / Избранные труды. Геохимия органического вещества и происхождение нефти. М.: Наука, 1986. С. 149-174. Vassoevich N.B. The theory of sedimentary-migrational origin of oil (Historical review and present state). Selected works. Geochemistry of Organic Matter and Origin of Petroleum. Moscow: Nauka, 1986, p. 149-174 (in Russian). Killops S.D., Killops V.J. Introduction to Organic Geochemistry. Blackwell Publishing, 2005. 405 p. Killops S.D., Killops V.J. Introduction to Organic Geochemistry. Blackwell Publishing, 2005, p. 405. Vandenbroucke M., Largeau C. Kerogen origin, evolution and structure // Organic Geochemistry. 2007. Vol. 38. Iss. 5. P. 719-833. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2007.01.001 Vandenbroucke M., Largeau C. Kerogen origin, evolution and structure. Organic Geochemistry. 2007. Vol. 38. Iss. 5, p. 719-833. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2007.01.001 Peters K.E., Moldowan J.M. The Biomarker Guide. Interpreting Molecular Fossils in Petroleum and Ancient Sediments. New Jersey: Prentice-Hall, 1993. 363 p. Peters K.E., Moldowan J.M. The Biomarker Guide. Interpreting Molecular Fossils in Petroleum and Ancient Sediments. New Jersey: Prentice-Hall, 1993, p. 363. Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти. М.: Мир, 1981. 501 с. Tissot B.P., Welte D.H. Petroleum formation and occurrence. Moscow: Mir, 1981, p. 501. Эспиталье Дж., Дроует С., Маркуис Ф. Оценка нефтеносности с помощью прибора Rock-Eval с компьютером // Геология нефти и газа. 1994. № 1. Espitalie J., Drouet S., Marquis F. Petroleum evaluation by using the petroleum evaluation workstation (a Rock-Eval connected with computer). Oil and gas geology. 1994. N 1 (in Russian). Peters K.E. Guidelines for Evaluating Petroleum Source Rock Using Programmed Pyrolysis // The American Association of Petroleum Geologists Bulletin. 1986. Vol. 70. № 3. P. 318-329. DOI: 10.1306/94885688-1704-11D7-8645000102C1865D Peters K.E. Guidelines for Evaluating Petroleum Source Rock Using Programmed Pyrolysis. The American Association of Petroleum Geologists Bulletin. 1986. Vol. 70. N 3, p. 318-329. DOI: 10.1306/94885688-1704-11D7-8645000102C1865D Lafargue E., Marquis F., Pillot D. Rock-Eval 6 Applications in Hydrocarbon Exploration, Production, and Soil Contamination Studies // Revue de l’Institut Français du Pétrole. 1998. Vol. 53. № 4. P. 421-437. DOI: 10.2516/ogst:1998036 Lafargue E., Marquis F., Pillot D. Rock-Eval 6 Applications in Hydrocarbon Exploration, Production, and Soil Contamination Studies. Revue de l’Institut Français du Pétrole. 1998. Vol. 53. N 4, p. 421-437. DOI: 10.2516/ogst:1998036 Ungerer P., Pelet R. Extrapolation of the kinetics of oil and gas formation from laboratory experiments to sedimentary basins // Nature. 1987. Vol. 327. № 7. P. 52-54. DOI: 10.1038/327052a0 Ungerer P., Pelet R. Extrapolation of the kinetics of oil and gas formation from laboratory experiments to sedimentary basins. Nature. 1987. Vol. 327. N 7, p. 52-54. DOI: 10.1038/327052a0 Ungerer P. State of the art of research in kinetic modelling of oil formation and expulsion // Organic Geochemistry. 1990. Vol. 16. Iss. 1-3. P. 1-25. DOI: 10.1016/0146-6380(90)90022-R Ungerer P. State of the art of research in kinetic modelling of oil formation and expulsion. Organic Geochemistry. 1990. Vol. 16. Iss. 1-3, p. 1-25. DOI: 10.1016/0146-6380(90)90022-R Астахов С.М. Геореактор. Алгоритмы нефтегазообразования. Ростов-на-Дону: Контики, 2015. 256 с. Astakhov S.M. Georeactor. Algorithms of oil and gas generation. Rostov-na-Donu: Kontiki, 2015, p. 256 (in Russian). Peters K.E., Burnham A.K., Walters C.C., Schenk O. Guidelines for kinetic input to petroleum system models from open-system pyrolysis // Marine and Petroleum Geology. 2018. Vol. 92. P. 979-986. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2017.11.024 Peters K.E., Burnham A.K., Walters C.C., Schenk O. Guidelines for kinetic input to petroleum system models from open-system pyrolysis. Marine and Petroleum Geology. 2018. Vol. 92, p. 979-986. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2017.11.024 Астахов С.М. Кинетические спектры реакций преобразования органического вещества нефтегазоматеринских отложений // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2016. Т. 11. № 1. 28 с. DOI: 10.17353/2070-5379/5_2016 Astakhov S.M. Chemical kinetics of organic matter transformation of petroleum source rocks. Neftegazovaya geologiya. Teoriya i praktika. 2016. Vol. 11. N 1, p. 28 (in Russian). DOI: 10.17353/2070-5379/5_2016 Burnham A.K. Global Chemical Kinetics of Fossil Fuels. How to Model Maturation and Pyrolysis. Cham: Springer, 2017. 315 p. DOI: 10.1007/978-3-319-49634-4 Burnham A.K. Global Chemical Kinetics of Fossil Fuels. How to Model Maturation and Pyrolysis. Cham: Springer, 2017, p. 315. DOI: 10.1007/978-3-319-49634-4 Behar F., Vandenbroucke M., Tang Y. et al. Thermal cracking of kerogen in open and closed systems: determination of kinetic parameters and stoichiometric coefficients for oil and gas generation // Organic Geochemistry. 1997. Vol. 26. Iss. 5-6. P. 321-339. DOI: 10.1016/S0146-6380(97)00014-4 Behar F., Vandenbroucke M., Tang Y. et al. Thermal cracking of kerogen in open and closed systems: determination of kinetic parameters and stoichiometric coefficients for oil and gas generation. Organic Geochemistry. 1997. Vol. 26. Iss. 5-6, p. 321-339. DOI: 10.1016/S0146-6380(97)00014-4 Leushina E., Mikhaylova P., Kozlova E. et al. The effect of organic matter maturity on kinetics and product distribution during kerogen thermal decomposition: the Bazhenov Formation case study // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Vol. 204. № 108751. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.108751 Leushina E., Mikhaylova P., Kozlova E. et al. The effect of organic matter maturity on kinetics and product distribution during kerogen thermal decomposition: the Bazhenov formation case study. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Vol. 204. N 108751. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.108751 Hantschel T., Kauerauf A.I. Fundamentals of Basin and Petroleum Systems Modeling. Berlin: Springer, 2009. 476 p. DOI: 10.1007/978-3-540-72318-9 Hantschel T., Kauerauf A.I. Fundamentals of Basin and Petroleum Systems Modeling. Berlin: Springer, 2009, p. 476. DOI: 10.1007/978-3-540-72318-9 Кашапов Р.С., Обласов Н.В., Гончаров И.В. и др. Определение кинетических параметров пиролитической деструкции органического вещества нефтегазоматеринских пород // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2019. Т. 14. № 1. 20 с. DOI: 10.17353/2070-5379/6_2019 Kashapov R.S., Oblasov N.V., Goncharov I.V. et al. Determination of source rocks kinetic parameters using the destruction pyrolysis method. Neftegazovaya geologiya. Teoriya i praktika. 2019. Vol. 14. N 1, p. 20 (in Russian). DOI: 10.17353/2070-5379/6_2019 Варламов А.И., Петерсилье В.И., Пороскун В.И. и др. Временные методические рекомендации по подсчету запасов нефти в доманиковых продуктивных отложениях // Недропользование XXI век. 2017. № 4 (67). С. 102-115. Varlamov A.I., Petersile V.I., Poroskun V.I. et al. Temporary guidelines for calculating oil reserves in Domanik plays. Nedropolzovanie XXI vek. 2017. N 4 (67), p. 102-115 (in Russian). Варламов А.И., Мельников П.Н., Пороскун В.И. и др. Результаты изучения и перспективы освоения нетрадиционных залежей нефти в высокоуглеродистых карбонатно-кремнистых отложениях доманиковой формации Волго-Уральской провинции // Геология нефти и газа. 2020. № 6. С. 33-52. DOI: 10.31087/0016-7894-2020-6-33-52 Varlamov A.I., Melnikov P.N., Poroskun V.I. et al. Unconventional oil reservoirs in high-carbon carbonate-siliceous Domanik formations, Volga-Urals Province: results of studies and future development trends. Russian Oil and Gas Geology. 2020. N 6, p. 33-52 (in Russian). DOI: 10.31087/0016-7894-2020-6-33-52 Афлятунов Р.Р., Бачков А.П., Веденина Н.Г. и др. Высокоуглеродистые карбонатно-кремнистые отложения доманикового типа как объект наращивания ресурсной базы углеводородов в центральной части Южно-Татарского свода // Геология нефти и газа. 2022. № 6. С. 67-83. DOI: 10.31087/0016-7894-2022-6-67-83 Aflyatunov R.R., Bachkov A.P., Vedenina N.G. et al. High-carbon carbonate-siliceous domanik-type deposits: object of hydrocarbon resource base development in central part of South Tatarsky Arch. Russian Oil and Gas Geology. 2022. N 6, p. 67-83 (in Russian). DOI: 10.31087/0016-7894-2022-6-67-83 Ступакова А.В., Калмыков Г.А., Коробова Н.И. и др. Доманиковые отложения Волго-Уральского бассейна – типы разреза, условия формирования и перспективы нефтегазоносности // Георесурсы. 2017. Спец. вып. Ч. 1. С. 112-124. DOI: 10.18599/grs.19.12 Stoupakova A.V., Kalmykov G.A., Korobova N.I. Domanic deposits of the Volga-Ural basin – types of section, formation conditions and prospects of oil and gas potential. Georesources. 2017. Special Issue. Part 1, p. 112-124 (in Russian). DOI: 10.18599/grs.19.12 Фортунатова Н.К., Зайцева Е.Л., Бушуева М.А. и др. Унифицированная субрегиональная стратиграфическая схема верхнедевонских отложений Волго-Уральского субрегиона. Объяснительная записка. М.: Всероссийский научно-исследовательский геологический нефтяной институт, 2018. 64 с. Fortunatova N.K., Zaitseva E.L., Bushueva M.A. et al. Unified Upper Devonian subregional stratigraphic chart in Volga-Ural Subregion. Moscow: All-Russian Research Geological Oil Institute, 2018, p. 64 (in Russian). Баженова Т.К., Шиманский В.К., Васильева В.Ф. и др. Органическая геохимия Тимано-Печорского бассейна. СПб: Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт, 2008. 164 с. Bazhenova T.K., Shimansky V.K., Vasilieva V.F. et al. Organic geochemistry of the Timan-Pechora basin. Saint Petersburg: VNIGRI, 2008, p. 164 (in Russian). Кирюхина Т.А., Большакова М.А., Ступакова А.В. и др. Литолого-геохимическая характеристика доманиковых отложений Тимано-Печорского бассейна // Георесурсы. 2015. № 2 (61). С. 87-100. Kiryukhina T.A., Bolshakova M.A., Stoupakova A.V. et al. lithological and geochemical characteristics of domanic deposits of Timan-Pechora basin. Georesources. 2015. N 2 (61), p. 87-100 (in Russian). Прищепа О.М., Синица Н.В., Ибатуллин А.Х. Оценка влияния литолого-фациальных условий на распределение органического углерода в «доманиковых» верхнедевонских отложениях Тимано-Печорской провинции // Записки Горного института. 2024. Т. 268. С. 535-551. Prishchepa O.M., Sinitsa N.V., Ibatullin A.K. Assessment of the influence of lithofacies conditions on the distribution of organic carbon in the Upper Devonian “Domanik” deposits of the Timan-Pechora Province. Journal of Mining Institute. 2024. Vol. 268, p. 535-551. Завьялова А.П., Чупахина В.В., Ступакова А.В. и др. Сравнение разрезов доманиковых отложений Волго-Уральского и Тимано-Печорского бассейнов в местах естественного выхода на дневную поверхность // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2018. № 6. С. 57-73. Zavyalova A.P., Chupakhina V.V., Stoupakova A.V. et al. Comparison of the Domanic Outcrops in the Volga-Ural and Timan-Pechora basins. Moscow University Geology Bulletin. 2018. Vol. 74. N 1, p. 56-72. DOI: 10.3103/S0145875219010149 Неручев С.Г., Рогозина Е.А., Зеличенко И.А. и др. Нефтегазообразование в отложениях доманикового типа. Л.: Недра, 1986. 247 с. Neruchev S.G., Rogozina E.A., Zelichenko I.A. et al. Oil and gas generation in Domanik-type deposits. Leningrad: Nedra, 1986, p. 247 (in Russian). Брадучан Ю.В., Гурари Ф.Г., Захаров В.А. и др. Баженовский горизонт Западной Сибири (стратиграфия, палеогеография, экосистема, нефтеносность). Новосибирск: Наука, 1986. 216 с. Braduchan Yu.V., Gurari F.G., Zakharov V.A. et al. Bazhenov Horizon of Western Siberia (stratigraphy, paleogeography, ecosystem, oil saturation). Novosibirsk: Nauka, 1986, p. 216 (in Russian). Конторович А.Э., Нестеров И.И., Салманов Ф.К. и др. Геология нефти и газа Западной Сибири. М.: Недра, 1975. 680 с. Kontorovich A.E., Nesterov I.I., Salmanov F.K. et al. Geology of oil and gas in Western Siberia. Moscow: Nedra, 1975, p. 680 (in Russian). Скворцов М.Б., Дахнова М.В., Можегова С.В. и др. Роль геохимических методов в прогнозе нефтеносности и оценке ресурсного потенциала черносланцевых толщ (на примере баженовской свиты) // Геология и геофизика. 2017. Т. 58. № 3-4. С. 495-503. DOI: 10.15372/GiG20170312 Skvortsov M.B., Dakhnova M.V., Mozhegova S.V. et al. Geochemical methods for prediction and assessment of shale oil resources (case study of the Bazhenov formation). Russian Geology and Geophysics. 2017. Vol. 58. N 3-4, p. 403-409. DOI: 10.1016/j.rgg.2016.09.015 Ровнина Л.В., Конышева Р.А., Садовникова Т.К. К вопросу о вещественном составе баженовской свиты Западной Сибири // Нефтеносность баженовской свиты Западной Сибири. М.: Институт геологии и разработки горючих ископаемых, 1980. С. 148-175. Rovnina L.V., Konysheva R.A., Sadovnikova T.K. On material composition of Bazhenov formation in Western Siberia. Neftenosnost bazhenovskoi svity Zapadnoi Sibiri. Moscow: Institut geologii i razrabotki goryuchikh iskopaemykh, 1980, p. 148-175 (in Russian). Неручев С.Г., Баженова Т.К., Смирнов С.В. и др. Оценка потенциальных ресурсов углеводородов на основе моделирования процессов их генерации, миграции и аккумуляции. СПб: Недра, 2006. 364 с. Neruchev S.G., Bazhenova T.K., Smirnov S.V. et al. Assessment of potential hydrocarbon resources on the basis of modelling their generation, migration, and accumulation processes. St. Petersburg: Nedra, 2006, p. 364 (in Russian). Бурлин Ю.К., Плюснина И.И. Фазовые переходы кремнезема в нефтеносных толщах // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2008. № 3. С. 24-31. Burlin Yu.K., Plyusnina I.I. Phase transitions of silica in oil-bearing rocks. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 4. Geologiya. 2008. N 3, p. 24-31 (in Russian). Ларская Е.С. Диагностика и методы изучения нефтегазоматеринских толщ. М.: Недра, 1983. 196 с. Larskaya E.S. Diagnostics and methods of studying oil and gas source rocks. Moscow: Nedra, 1983, p. 196 (in Russian).