محاسبه ضخامت فرسایش یافته و کنترل انعکاس ویترینایت با استفاده از شیب زمین­گرمایی

دسته زمین شناسی نفت
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده محمدحسین حیدری فرد
تاريخ برگزاری ۰۱ اسفند ۱۳۸۵

 
 
 
 
 
 
 
◊◊◊◊
 
 
مقدمه :
یکى از شاخصه­های مهم و کاربردی مورد مطالعه در زمین­شناسی نفت و مهندسی نفت مطالعه شیب زمین گرمایی است. شناخت گرادیان حرارتى در یک ناحیه مى‌تواند در طراحى ترکیب گل حفارى، سیمان حفارى، ابزارهاى لاستیکى درون چاهى، به کارگیرى نمودارها و دستگاههاى الکترونیکى درون چاهى و طراحى لوله‌هاى حفارى، تکمیل چاه، مهندسى نفت ، تکامل پوسته زمین و فرآیندهاى تکتونیکى و در ژئوشیمى آلى برآوردسطح بلوغ مواد آلى نفتزا و برآورد نسبى نفتزایى سنگ منشاء، پیش‌بینى نواحى زایش هیدروکربن، پیش‌بینى مخازن گاز در میادین نفتى، مکانیسم مهاجرت مورد استفاده قرارگیرد(مطیعی ۱۳۷۴).
در این مقاله سعی شده بیشتر بر کاربردهای جدیدی از اندازه­گیری شیب زمین گرمایی تاکید شود که در علوم مختلف زمین­شناسی کاربرد دارد. این نتایج از مطالعه شیب زمین­گرمایی مخزن آسماری فرو افتادگی دزفول بدست آمده است.
◊◊◊◊
بحث :
با افزایش عمق، دما نیز افزایش مى‌یابد که تغییرات دماى سنگ‌ها به ازاى واحد عمق، شیب زمین‌گرمایى نامیده مى‌شود.
شیب زمین‌گرمایى در مناطق مختلف متغیر است و عواملى از قبیل نوع لایه­ها و  سن زمین‌شناسى و خواص حرارتى سنگ و ارتباط با فعالیت‌هاى آذرین در آن موثر است. حتى در یک منطقه نیز این مشخصه ثابت نیست و به طور عمقى و عرضى تغییر مى‌کند.
عامل افزایش دماى سنگها با عمق، منبع حرارت درون زمین است و بر اساس مطالعات انجام شده، حرارت درون زمین بوسیله فعل و انفعالات هسته‌اى در پوسته و گوشته بالایى زمین تأمین مى‌شود(مدنی۱۳۶۸). تغییرات شیب زمین‌گرمایى از ۱۰ تا ۵۰ متغیر مى‌باشد مقدار متوسط آن ◦۲۵مى‌باشد((Barker۱۹۹۶.
عوامل مؤثر بر گرادیان حرارتى:
۱-       جنس سنگ‌هاى متشکله سازندها
۲-       عوامل ساختمانى
۳-       گنبدهاى نمکى ((Barker۱۹۹۶
 
 
 
ارتباط شیب زمین­گرمایی باژئوشیمى آلى:
تبدیل ماده آلى به نفت یا اصطلاحاً پختگى و بلوغ (مچوریتى) مواد آلى تابع دما و زمان مى‌باشد که رابطه آن با زمان خطى و با دما بصورت نمایى است. در علم ژئوشیمى آلى هم به روش آزمایشگاهی و هم به روش مدلسازی فرآیند نفتزایی، روند تبدیل ماده آلی به نفت مطالعه شده و عمق تبدیل ماده آلی به نفت تعیین می­گردد که اصطلاحاٌ عمق ورود به پنجره نفتی و یا عمق پختگی         ((Maturation Depthنامیده می­شود. روش آزمایشگاهی شامل روش ارزیابی حرارتی(روش پیرولیز)و پتروگرافی آلی (اندازه­گیری میزان انعکاس ویترینایت) می­باشد(رضایی ۱۳۸۰).
روش پیرولیز :
در روش پیرولیز که بوسیله دستگاه "راک اول" انجام می­شود مقدار کمى نمونه سنگ حدود ۱۰۰ میلى‌گرم در شرایط اتمسفر هلیوم در c۳۰۰ بمدت ۳ دقیقه حرارت داده مى‌شود. سپس درجه حرارت به ازاى c۲۵ در هر دقیقه تا c۶۰۰ افزایش مى‌یابد. در این روش پارامتری به نام Tmax اندازه­گیری   می­شود که معیاری برای تشخیص مراحل نفتزایی است(اشکان۱۳۸۳).
 
پختگی                                             حرارت حداکثر (maxT )
 

شروع نفتزایی                                                     ۴۳۵                  
پایان نفتزایی                                                      ۴۷۰
(آغاز گاززایی)
 
      جدول ۱- مقایسه درجه حرارت حداکثر (max(T و تبدیل ماده آلی به نفت(رضایی۱۳۸۰)
 
نکته مهم و قابل توجه آن است که این پارامتر برگشت پذیر نیست بدین معنی که با افزایش دما و بلوغ ماده آلی این پارامتر افزایش یافته و درصورتی که به دلایلی از قبیل خروج از آب و بالا­آمدگی روند پختگی متوقف و حتی دما کاهش یابد این پارامتر ثابت باقی می­ماند.
روش انعکاس ویترینایت:
روش دیگر، بر اساس ضریب انعکاس ویترینایت (Vitrinite reflectivity) استوار مى‌باشد. ویترینایت ماسرال چوبى مشتق شده از گیاهان عالى خشکى مى‌باشد. با افزایش حرارت ضریب انعکاس یا درخشش ویترینایت بطور تدریجى افزایش مى‌یابد. تولید نفت خام در
OR بین ۶۵/۰ تا ۳,۱ درصد اتفاق مى‌افتد(رضایی۱۳۸۰).
فرمول تقریبی زیر بین انعکاس ویترینایت و maxT برقرار است(سعدونی۱۳۸۴).
-۷.۱۶maxT×  ۰.۰۱۸=(محاسبه شده ) Ro
 
این پارامتر نیز برگشت پذیر نیست، لذا از این پارامتر جهت تشخیص سطوح ناپیوستگی و میزان فرسایش در سطح ناپیوستگی و میزان فرسایش در سطح زمین استفاده می­شود.  
 
روش مدلسازى فرایند نفتزایى:
ترسیم تاریخچه تدفین رسوبى و مدلسازى حرارتى یکى از روش‌هاى غیرمستقیم ارزیابى سنگهاى منشاء یک حوضه جهت پى‌بردن به وضعیت بلوغ و درجه پختگى مواد آلى، عمق و زمان تشکیل نفت آن است(رضایی۱۳۸۰).
 
منطقه مورد مطالعه
اکثر مخازن نفتى زاگرس طاقدیس‌هاى کشیده‌اى هستند که غالباً در طى میوپلیوسن به وجود آمده‌اند تولید اصلى نفت وگاز این طاقدیس‌ها از سازندها آسمارى، ایلام، سروک و گروه خامى مى‌باشد (مطیعى ۱۳۷۴).
طاقدیس‌هاى عظیم و نامتقارن زاگرس در نتیجه کوهزایى‌هاى پالئوسن، میوسن پسین و پلیوپلئستوسن تشکیل شده و بالاآمدگى زون‌هاى لرستان در شمال و فارس در جنوب را ایجاد کرده‌اند.در این بین زون فروافتاده دزفول به مساحت ۵۰ هزار کیلومتر قراردارد
(قلاوند۱۳۷۵
(.
 
روش کار
پس از جمع‌آورى داده ها ، این اطلاعات در نرم‌افزار Microsoft Excell وارد گردیده و بر اساس فرمول زیر شیب زمین­گرمایی مخزن آسماری چاهها محاسبه شده است.
G.G = 
G.G    = شیب زمین‌گرمایى (ژئوترمال گرادیان)
T۲-T۱ = اختلاف دماى قاعده و رأس سازند
D۲-D۱ = فاصله قائم دو نقطه
به طورکلی شیب زمین‌گرمایى مخزن آسماری در فرو افتادگی دزفول بین ۱۳تا حدود ۳۰ درجه سانتیگراد در هر کیلومتر متغیر است.
کاربردهای جدید اندازه­گیری شیب زمین­گرمایی
۱-   محاسبه فرسایش سطحی :از نکات قابل توجه و مهم حاصل از این مطالعه آن است که می­توان بین شیب زمین گرمایی سازند آسماری و سازندهای فوقانی و تحتانی آن با توجه به لیتولوژی آنها رابطه برقرار نمود.
 
Formation
Depth
Tempreture
Thickness
G.G(C/M)
Correlation to As
 
۰
۳۰.۰
 
 
 
AJ
۱۶۱۴
۷۰.۷
۱۶۱۴
۰.۰۲۵
۱.۲
Mn
۱۷۲۰
۷۳.۳
۱۰۶
۰.۰۲۵
۱.۲
Gs
۲۴۲۴
۸۵.۳
۷۰۴
۰.۰۱۷
۰.۸۵
As
۲۸۷۰
۹۴.۷
۴۴۶
۰.۰۲۱
۱
Pb
۳۰۶۴
۱۰۰.۲
۱۹۴
۰.۰۲۸
۱.۳۵
Gu
۳۲۲۴
۱۰۴.۷
۱۶۰
۰.۰۲۸
۱.۳۵
IL
۳۳۸۴
۱۰۷.۱
۱۶۰
۰.۰۱۵
۰.۷
SV
۴۲۴۴
۱۱۹.۷
۸۶۰
۰.۰۱۵
۰.۷
Kz
۴۲۶۰
۱۲۰.۲
۱۶
۰.۰۲۸
۱.۳۵
 
 
 
 
۰.۰۲۱
 
جدول شماره ۲- شیب زمین گرمایی سازندهای مختلف و رابطه آنها با سازند آسماری (سازند آسماری با حدود ۳۰% ماسه - یکی از چاههای میدان اهواز)
 
Formation
Depth
Tempreture
Thickness
G.G(C/M)
Correlation to 
 
۰
۲۵.۰
 
 
As
AJ
۲۵۱۰

محمدحسین حیدری فرد،کارشناس ارشد زمین شناسی نفت،شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب
مسعود شایسته،کارشناس ارشد چینه شناسی،شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب
هرمز قلاوند،کارشناس ارشد چینه شناسی،شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب
ایران اشراقی ،دکترای ژئوشیمی،شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب
 
◊◊◊◊
 
 
چکیده:
کاربرد مطالعه شیب­زمین­گرمایی در مهندسی نفت، حفاری، زمین­ شناسی نفت و ژئوشیمی آلی در مقالات زیادی موردبحث قرار گرفته است، کاربردی که در این مقاله مورد بحث قرار گرفته جدید بوده و    در چینه­شناسی، زمین­شناسی ساختمانی، رسوب شناسی و ژئوشیمی آلی(شاخه مدل­سازی فرآیند نفتزایی) کاربرد دارد. کاربرد مورد بحث در این مقاله شامل محاسبه ضخامت رسوبی فرسایش یافته و کنترل انعکاس ویترینایت بو سیله شیب زمین گرمایی است. روش معمول برای برآورد ضخامت یک لایه یا سازند فرسایش یافته، استفاده از داده­های اندازه­گیری انعکاس ویترینایت یا روشهای ایزوتوپی است که بسیار گران می­باشد. در صورتی که با استفاده از شیب­زمین­گرمایی با هزینه­ای بسیار کمتر می­توان ضخامت لایه فرسایش یافته را محاسبه نمود. از طرفی در مواردی که تعداد      داده­های انعکاس ویترینایت کم باشد و روند قابل قبولی را به نمایش نگذارد شیب­زمین­گرمایی به همراه مدل­سازی فرآیند نفتزایی ابزاری قوی برای کنترل این داده­ها می­باشد.   
 
 
Abstract :
The usage of geothermal gradient in petroleum engineering, drilling, petroleum geology and organic geochemistry have discussed in very much papers. But the usage discussed this paper can be used in stratigraphy, structural geology, sedimentology and organic geochemistry(oil generation modeling). This usage contain calculate of eroded thickness and control of vitrinite reflectance. Usual method is making use of  vitrinite reflectance and isotope, that they are very expensive. By geothermal gradient may calculate eroded thickness very much cheaper  than other method. If  there are little vitrinite reflectance measurements and they haven’t acceptable trend, geothermal gradient associated with oil generation modeling are powerful instrument  for test and control of this data.       

کلید واژه ها: شیب­زمین­گرمایی حفاری ویترینایت زمین­شناسینفت زمین شناسی نفت سایر موارد