تعیین میزان جذب هیدروکربن توسط ماتریکس سنگ­ منشاء در سازند سرگلومیدان نفتی مسجدسلیمان

دسته زمین شناسی نفت
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده سید حسین حسینی
تاريخ برگزاری ۰۱ اسفند ۱۳۸۵

 
 
 
 
مقدمه :
 
در این مطالعه از دستگاه راک­ایول ۶ که به­عنوان آخرین نسل از راک­ایول در سال ۱۹۹۶ بوسیله کمپانیVinci Technology  ارائه گردیده است، استفاده شده است. این دستگاه از تکنولوژی آشکارگر (detector) متفاوت و کنترل دمایی دقیق­تـری بــا محــدوده دمــایــی وسیــع­تر نسـبــت بــه دستگاهـهای قــدیــمی بـــــهره می­برد (Alimi, ۲۰۰۵). این مطالعه اساساً مرتبط با روابط بین پارامترهای S۲، مقدار کـل کربـن آلی (TOC) و شاخص هیدروژن (HI) حاصل از پیرولیز راک­ایول نمونه­های مربوط به سازنـد سـرگــلــو در مـیدان نفتی مسجد­سلیمان می­باشد. پارامتر S۲ معرف هیدروکربن­هایی است که در طی پیرولیز زایش می­یابند و برحسب (mg HC/g rock) بیان می­شود. پارامتر TOC، مبین مقدار کل کربن آلی موجود در سنگ است که بر حسب درصد وزنی (wt.%) محاسبه می­گردد. یکی از مشکلات پیرولیز توسط دستگاه راک­ایول، اثر ماتریکس­معدنی است که باعث کاهش در مقادیر HI و افزایش در مقادیر OI در سنگ­های فقیر از موادآلی می­شود. اسپیتاله و همکاران دریافتند که کانی­های فعال در جذب سطحی همچون اسمکتیت و ایلیت باعث بیشترین کاهش در مقادیر HI هستند و کـانی­هایی همچـون ژیپس و کلسیت کمتریـن تأثیر را در ایـن زمینه دارند، مقدار HI در آنالیز نمونه­های سنگی بدین­خاطر کاهش می­یابد که بخشی از نفتی که از شکست­حرارتی کروژن حاصل شده است (S۲)، توسط سطوح کــانی­های رسی جــــذب می­شوند و باید یک کراکینگ ثانویه در دماهای بالاتر را متحمل شوند تا نفت جذب‌شده توسط آنها بصورت گاز یا پیروبیتومین درآید.
 
زمین­شناسی منطقه:
 
در ژوراسیک پیشین یک حوضه عمیق از شمال­خاوری عراق تا لرستان به وجود آمده است که در تمامی دوران مزوزوئیک بر جای مانده است. در طی ژوراسیک­میانی شرایط غیراکسیدان در لرستان و تداوم آن حوضه در فروافتادگی­دزفول حاکم گردیده که حاصل آن رسوبگذاری سازند شیلی سرگلو میباشد.در لرستان ضخامت آن به حدود ۲۰۰ متر میرسد و شامل شیل­های سیاهرنگ متورق میباشد. این سازند از نظر موجودیت مواد آلی بسیار غنی می­باشد، و در شمال، شمال خاوری فروافتادگی دزفول مشاهده شده است. رخساره سرگلو در حوالی میدان نفتی خارک دیده میشود و چگونگی گسترش آن در میانه فروافتادگی دزفول مجهول می­باشد (مطیعی،۱۳۷۴).
 
روش مطالعه:
 
۱- نمونه­برداری: تمامی نمونه­های مورد مطالعه در این مقاله، مربـوط به سازنــد سـرگلو در میــدان نفتی مسجد­سلیمان می­باشند. در مجموع تعداد ۲۹ نمونه برداشت­شده از چاههای شماره ۳۰۹، ۳۱۰ و ۳۱۲ این میدان، مورد ارزیابی قرار گرفتند. سعی بر این بوده­است که نمونه­برداری از این سازند به­گونه­ای باشد که تمامی میدان نفتی مسجد­سلیمان را در برگیرد، فلذا چاههای انتخاب شده چاههایی هستند که در شرق و غرب میدان قرار گرفته­اند. بدلیل وضعیت ساختاری و تکتونیکی حاکم بر این منطقه، سازند سرگلو در میدان نفتی مسجد سلیمان در برخی چاهها تکرار شده است، با توجه به این موضوع سعی شده است که نمونه­برداری از قسمتهایی که سازند تکرار شده­است نیز صورت گیرد.
 
۲- پیرولیز راک­ایول: پیرولیز راک­ایول اطلاعات مربوط به کمیت، کیفیت و نوع ماده­آلی در یک سنگ رسوبــی را ارائـه مــی­نمـاید. عـلاوه بـر ایـن­کـه بـلـوغ مـوادآلـی را نیـز تـعییـن مــی­نـمـایـد (Espitalie et al.,۱۹۷۷). پس از تیمار نمونه­های انتخاب شده از سازند سرگلو و پودر نمودن آنها مـــــقـــــدار ۷۰-۶۰ مــیــــلـی­گــــرم (مقدار استاندارد) از آنها با استفاده از دستگاه راک­ایول ۶ مورد آنالیز قرار داده شد. پارامترهای حاصل از این آنالیز عبارتند از پارامتر S۱ که مبین هیــدروکربــن­های آزاد مــوجــود در سنگ است کـه تـــا دمــای ۳۰۰ درجـــه سانتــی­گراد آزاد می­شوند (mg HC / g TOC). پــارامتر S۲ که بیــانگر هیدروکربــن­هایــی است که در طــی پیرولیز و در دمای بین ۶۵۰-۳۰۰ درجــــه ســـانتی­گراد آزاد می­شوند و پارامتر S۳ معرف ترکیبات اکسیژن­داری است که تا دمای ۳۹۰ درجه سانتی­گراد تجزیه شده و گاز CO۲ حاصل از تجزیه آنها آزاد گشته و بـه شکل پیک S۳ نمایش داده می­شود (mg CO۲ /g rock). OI, HI و PI (شــــــاخـــص پتــــــانسیــــــل هیدروکربورزایی) بـــهمــــراه Tmax و میزان TOC، از پــارامتــرهای مهــــم دیــگری هستنــد کــه تـــوسط ایــن دستـــــگاه ارائـــــــــه مـــی­شـــــود (Behar et al.,۲۰۰۱). برخی از مهمترین پارامترهای حاصل از این دستگاه که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است در جدول شماره ۱ آمده است.
 
۳- دیاگرام S۲ vs. TOC: دیاگرام S۲ در برابر TOC، ابزاری بسیار مناسب برای استفاده از داده­های حاصل از پیــرولیز راک­ایـول به منظور ارزیابی ویژگیهای ماده آلی درون یک واحد رسوبی می­باشد. اطلاعاتی که می­توان با استفاده از این روش بدست آورد عبارتند از:
تعیین کربن آلی مرده یا خنثی (Inert Organic Carbon)؛
تعیین پتانسیل هیدروکربنی (Petroleum Potential)؛
تعیین نوع کروژن (Type of Kerogen)؛
تعیین اثرکانی­های ماتریکس (The Mineral Matrix Effect)؛
تصحیح میزان شاخص هیدروژن(The Hydrogen Index Correction).
 
 
 
بحث :
 
یکی از مهمترین کاربردهای دیاگرام S۲ در برابر TOC تعیین میزان جذب هیدروکربن توسط کانی­های موجود در ماتریکس سنگ می‌باشد. خطوط رگرسیون در این دیاگرام، می بایست از نقطه مبدأ عبور کنند، چرا که حتی مقادیر بسیار کوچک ماده آلی در حین پیرولیز، هیدروکربن آزاد می‌نماید و لیکن، این خط عموماً در دیاگرام مذکور محور x را در جهت مثبت آن قطع می‌کند. Katz(۱۹۸۳,۱۹۸۴) و Espitalie(۱۹۸۵) نشان دادند که کانی­های موجود در ماتریکس سنگ مقداری از هیدروکربن‌های آزاد شده توسط پیرولیز را جذب می‌کنند و کانی­های رسی اصلی‌ترین عامل جذب مواد آلی می­باشند. اثر ماتریکس توسط قطع‌شدگی در جهت مثبت محور x در دیاگرام S۲ در برابر TOC مشخص می‌شود و موقعیت این تقاطع، معیاری برای مقدار جذب‌شدگی است، بدین‌معنی که هر چه فاصله تقاطع خط رگرسیون با محور x در جهت مثبت بیشتر باشد، میزان جذب ماتریکس نیز بیشتر خواهد بود. لازم به‌ذکر است که در اغلب موارد تقاطع خط رگرسیون با محور y ممکن است که مفیدتر باشد، زیرا بر خلاف محور x، تقاطع خـــط رگـــرسیـــون بـــا محـــور y وابستگی بسیار کمتری به ویــــژگیـــهــای مــــاده آلــــی دارد (Langford and Blanc-Valleron.,۱۹۹۰).
معادلات خطوط رگرسیون و پارامترهای حاصل از آن در جــدول شمــاره-۲ آمده است.
 
 جدول۲- معادلات خطوط رگرسیون در دیاگرام S۲ vs.TOC و پارامترهای حاصل ازآن
HC Pyrolizable(%)
HIcorrected
x-Intercept
R۲
S۲-TOC Equation
n*
Well NO.
۴%
۴۰
- ۰.۶
۰.۹۶
y=۰.۴x+۰.۲۴
۱۲
۳۰۹
۵.۳%
۵۳
۰.۱۹
۰.۹۵
y=۰.۵۳x-۰.۱
۹
۳۱۰
۴.۹%
۴۹
- ۰.۰۶
۰.۹۲
y=۰.۴۸x+ ۰.۰۳
۸
۳۱۲
* تعداد نمونه­ها
 
همان‌گونه که در شکل-۱ مشاهده می‌شود، خط رگرسیون حاصل از نمونه‌های چاههای ۳۰۹ و ۳۱۲ محور x را در جهت مثبت آن قطع نمـی‌کنند، که علت آن پایین بودن کیفیت نمونه‌ها از لحاظ غنای مواد آلی (پایین بودن میانگین S۲)، و نیز نوع کروژن موجود درآنها (III-IV) بوده و شیب خط رگرسیون در این چاهها کم می‌باشد. از طرف دیگر در چاه ۳۱۰ شیب خط رگرسیون در مقایسه با دو چاه ۳۰۹ و ۳۱۲ کمـی بـیشتر است، به‌طوریکه خط رگرسیون حاصل از آن، منحنی TOC را در جهت مثبت آن قطع می‌کند (۱۹/۰=x)، که با توجه به مقدار آن می‌توان گفت که ماتریکس کربناته موجود در این نمونه‌ها توانسته است مقدار اندکی جذب هیدروکربن داشته باشد. به‌طور کلی می‌توان گفت با توجه به‌اینکه غالب سنگهای منشاء حوضه رسوبی زاگرس، دارای ماتریکس کربناته می‌باشند، نمی‌توان انتظار داشت که ماتریکس سنگ بتواند مقدار قابل‌توجه‌ای هیدروکربن جذب نماید و اصولاً مقدار جذب هیدروکربن توسط ماتریکس‌های کربناته در مقایسه با ماتریکس‌های رسی بسیار کمتر می‌باشد. انحراف خط رگرسیون از مبدأ دیاگرام می­تواند بدلیل حضور کربن آلی مرده نیز باشد، از همین رو میزان کربن آلی مرده در نمونه­های مورد مطالعه، مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. یکی از مهمترین کـاربـردهای دیـاگـرام S۲ در بـرابـر TOC، تعیین میـزان کـربـن آلـی مرده (Inert OM) می‌باشد. با توجه به
 
 
مطالعات صورت‌گرفته توسط Dahl et al.,(۲۰۰۴)، خط رگرسیون برای اکثر داده‌های پلات‌شده بر روی دیاگرام  S۲در برابر TOC ( در اینجا پارامتر S۲ محور x و پارامتر TOC محور y را تشکیل می‌دهند)، دارای معادله کلی زیر می‌باشد:
 
y = ax + b(۱)                             
که این معادله برابر است با:
TOC = aS۲ + b(۲)                      
 
حالت ایده‌آل حالتی است که خط رگرسیون از مبدأ دیاگرام عبور کند (b=۰)، اما مواد آلی رسوبی معمولاً دارای یک بخش ماده آلی مرده یا خنثی می‌باشند که در حین پیرولیز، تجزیه شده و باعث انحراف خط رگرسیون از مبــدأ دیــاگرام مــی‌شــود. ایـن جابجایی ممکن است در نــتــیــجـه حضور کربن آلی مرده برجا (Indigeneous Inert OM) ویا اثر ماتریکس در حین پیرولیز باشد. پارامتر b در معادله خط رگرسیون، معرف مقدار کربن آلی مرده یا خنثی (TOCInert)، در بخش مورد مطالعه می‌باشد. شیب خط رگرسیون برابر است با :
 
a = TOC /S۲ = ۱۰۰ / HI(۳)                         
 
با استفاده از این پارامتر می‌توان به اطلاعات ذیل نیز دست پیدا نمود:
 
TOC(live) = TOC(observed) – TOC(Inert)(۴)         
 
HI(live) = ۱۰۰S۲ / TOC(live)(۵)                         
 
 ماده آلی زنده (Live OM)، آن بخش از ماده آلی است که قابل پیرولیز می‌باشد. تا زمانی‌که TOC(Observed) و TOC(Inert) دارای مقادیر مثبتی هستند و TOC(Observed) > TOC(Inert) می‌باشد، مقدار HI(live) همیشه بزرگتر از مقدار محاسباتی HI(mean) خواهد بود (Dahl et al.,۲۰۰۴). میزان کربن آلی مرده در نمونه‌های مورد مطالعه با روش مذکور مورد محاسبه قرار گرفت که نتایج حاصله در جدول شماره- ۳ آمده است. همچنین در این جدول معادلات رگرسیون مربوط به نمونه‌های چاههای مورد مطالعه آورده شده و تمامی پارامترهای حاصل از این معادلات، محاسبه گشته و ذکر شده است. در شکل- ۲ نیز موقعیت نمونه‌ها در این دیاگرام مشخص شده است. با توجه به روابط فوق می­توان چنین نتیجه گرفت که بخش‌هایی که حاوی کربن آلی مرده می‌باشند، دارای HI ظاهری بوده که نسبت به HI واقعی (HILive)، کمتر است.
 
جدول ۳- معادلات رگرسیون و پارامترهای حاصل از آن جهت محاسبه کربن آلی مرده
TOC(Inert)
(y-Intercept)
x-Intercept
R۲
S۲ vs. TOC Equation
n*
Well No.
-۰.۵۵
۰.۲۳
۰.۹۶
y=۲.۴۱x-۰.۵۵
۱۲
۳۰۹
۰.۵۳
-۰.۲۹
۰.۹۵
y=۱.۷۷x+۰.۵۳
۹
۳۱۰
۰.۵۳
-۰.۲۸
۰.۹۲
y=۱.۹x+۰.۵۳
۸
۳۱۲
 
 
 
نتیجه گیرى :
 
دیاگرام S۲ vs. TOC ، یکی از بهترین و جدیدترین روشها برای ارزیابی کمی و کیفی سنگهای حاوی مواد آلی می­باشد. در این مطالعه با استفاده از این دیاگرام، تأثیر کانی­های موجود در ماتریکس سنگ منشاء در سازند سرگلو میدان نفتی مسجد سلیمان برای اولین بار در ایران مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی شیب خط رگرسیون نمونه­های مورد مطالعه در این دیاگرام و نیز موقعیت قطع شدگی محور x توسط منحنی­های حاصله نشان می­دهد که در نمونه­های مربوط به چاههای ۳۰۹ و ۳۱۲ منحنی رگرسیون محور x را در جهت منفی آن قطع می­کند و در چاه ۳۱۰ این قطع شدگی در جهت مثبت محور x قرار گرفته و مقدار آن ۱۹/۰ میباشد. بررسی میزان کربن آلی مرده موجود درنمونه­های مورد مطالعه نیز بیانگر آنست که این ترکیبات در نمونه­های حاصل از چاههای ۳۱۰ و ۳۱۲ حضور دارند که میزان آن در هر دو این چاهها برابر با ۵۳/۰ درصد وزنی است. با در نظر گرفتن این موارد می­توان چنین نتیجه گرفت که کانیهای موجود در ماتریکس سنگ تأثیر چندانی بر جذب هیروکربن نداشته­اند که این امر با توجه به کربناته بودن ماتریکس سنگهای مورد مطالعه بسیار منطقی به نظر می­رسد.
 
 
 
منابع فارسى :
 
۱.         مطیعى، همایون (۱۳۷۴). زمین­شناسى نفت زاگرس، انتشارات سازمان زمین شناسى کشور، ۵۸۹ صفحه.
 
 
 
 
References :
 
۲.       Alimi, H., ۲۰۰۵. Application of petroleum geochemistryto hydrocarbon exploration and exploitation, Petroleum Geochemistry Short Course at RIRI, Tehran, November ۵-۷, ۲۰۰۵.
۳.       Alizadeh, B., Hosseini, S.H., Ghalavand, H., (۲۰۰۶). Rock-Matrix Adsorption Effect on Hydrocarbon Expulsion in Masjid-e-Solieman Oilfield, SW Iran. Petroleum Geology Conference and Exhibition. ۲۷-۲۸ November ۲۰۰۶, Malaysia.

سید حسین حسینی، کارشناسی ارشد زمین­شناسی نفت از دانشگاه شهید چمران اهواز، 1385 *
بهرام علیزاده، دکتری زمین­شناسی نفت کاربردی از دانشگاه IIT Roorkee  هند، 1991، عضو هیئت علمی دانشگاه شهید چمران اهواز
هرمز قلاوند، دانشجوی دکتری چینه شناسی و فسیل شناسی دانشگاه شهید بهشتی تهران، ریاست اداره زمین­شناسی بنیانی شرکت ملی مناطق نفت خیز جنوب
 
 
چکیده:
 
آنالیز مواد آلی موجود در سنگهای رسوبی در تفسیر خصوصیات زمین ­شناسی و توان هیدروکربن ­زایی آنها بسیار حائز اهمیت می­باشد. اغلب داده­ها و اطلاعات حاصل از این مواد آلی توسط پیرولیز راک­ایول به دست آمده­اند. در این مطالعه، سازند سرگلو در میدان نفتی مسجدسلیمان واقع در جنوب غربی ایران مورد بررسی قرار گرفت. ترسیم داده­های حاصل از آنالیز راک­ایول بر روی نمودار تغییرات S2 در برابر کربن آلی کل (TOC) و تعیین معادله خط رگرسیون حاصله، بهترین روش بـرای تصحیح شاخص هیدروژن (HI) و اندازه­گیری میزان جذب هیدروکربن توسط کانی­های موجود در مــاتریکس سنگ می­باشد. خط رگرسیون نمونه­های مورد مطالعه محور X این نمودار را در جهت منفی قطع نموده و یا اینکه مقادیر کمتر از یک را نشان می­دهند. میزان کربن آلی مرده نیز مورد بررسی قرار گرفت که میزان آن در چاههای 310 و 312 برابر با 53/0 درصد وزنی محاسبه گردید. این مقادیــر مبیـن ایـن نکته می­باشند که میزان جذب هیدروکربن توسط ماتریکس سنگ در نمونه­های مورد مطالعه بسیار پایین می­باشد و این مسأله، می­تواند شاهدی بر کربناتـه بــودن مـاتـریکس نمونه­های مورد مطالعه باشد.
 
Abstract :
 
The analysis of organic materials in sedimentary source rock is critical to interpreting their geology and petroleum-generation potential. The most readily available data on such organic materials are obtained by whole-rock Rock-Eval pyrolysis. For present study Masjid-e-Soleiman (MIS) oilfield in SW Iran, was selected. Plotting the data on graph of S2 vs. Total Organic Carbon (TOC), and determining the regression equation is the best method for determining the true average hydrogen index and measuring the adsorption of hydrocarbon by the rock matrix. The regression line in the S2 vs. TOC diagram which should pass through the origin, has got either negative or very small intercept on the x-axis. The amounts of Inert Organic Matter (O.M) in the well No’s. 310 and 312, was also calculated and is equal to 0.53% by weight.This means that there is very low adsorption effect of rock matrix and this confirms and authenticates the carbonaceous nature of the studied shales.

کلید واژه ها: سازندسرگلو هیدروکربن میداننفتیمسجدسلیمان ماتریکس زمین شناسی نفت سایر موارد