اثر جایگزینی نفت بر دیاژنز سنگهای مخزنی کربناته

چکیده :
 
این تحقیق به دنبال کشف ارتباط بین دیاژنز کربناتها و جایگزینی نفت و نتایج آن بر کیفیت مخازن هیدروکربوری بوده است. هدف اصلی این پژوهش درک این موضوع بوده است که آیا مهاجرت و جایگزینی نفت فرآیندهای دیاژنتیکی را متوقف می سازد یا خیر. از این رو سازند مخزنی گریت اوولیت (ژوراسیک میانی) در حوضه ویلد واقع در جنوب انگلستان مورد بررسی قرار گرفت و سه چاه مولد نفت و سه چاه خشک برای نمونه برداری و مطالعه انتخاب شد.
نتایج حاصل از مطالعات پتروگرافی آماری و تحلیل داده های ژئوفیزیکی نشان داد که چاههای مولد (بویژه در ناحیه اشباع از نفت) نسبت به چاههای خشک دارای تخلخل درشت بین دانه ای بیشتری هستند. در مقابل، طی دیاژنز تدفینی ریزتخلخل ها در درون اووئیدها توسعه یافته و بخصوص در بخش زیرین مخزن فراوان ترند که این امر احتمالا ناشی از فرآیند انحلال در مراحل نهایی دیاژنز بوده است.   در حالی که پیامد مهاجرت نفت، دیاژنز در محیط آبی در ناحیه اشباع از نفت متوقف گردیده است.

غلامرضا میراب شبستری، دکتری رسوب شناسی از دانشگاه لیورپول انگلستان، استادیار گروه زمین شناسی              دانشگاه بیرجند، ایران    gshabestari@birjand.ac.ir 
جیم مارشال، دکتری رسوب شناسی از دانشگاه لستر انگلستان، استاد گروه زمین شناسی و اقیانوس شناسی          دانشگاه لیورپول، انگلستان
مقدمه :
 
در این پژوهش، اثر مهاجرت و جایگزینی نفت بر روند فرآیندهای دیاژنتیکی در مخازن کربناته مورد بررسی قرار گرفته است. به زبان ساده تر، این پژوهش در جستجوی پاسخ این پرسش اساسی بوده است که: "آیا ورود نفت به یک سنگ مخزن کربناته موجب توقف، کندی و یا سرعت روند فرآیندهای دیاژنز تدفینی می گردد؟" بدین منظور سازند مخزنی گریت اوولیت (Great Oolite Formation) متعلق به ژوراسیک میانی (اشکوب باتونین) در حوضه نفتی ویلد (Weald Basin) واقع در جنوب انگلستان مورد مطالعه قرار گرفته است. این حوضه دربرگیرنده چندین میدان نفتی است که بین طول جغرافیایی     ΄20 ˚0 تا ΄58 ˚0 غربی و عرض جغرافیایی ΄52 ˚50 تا ΄14 ˚51 شمالی واقع شده اند (شکل 1). در این پژوهش سه چاه مولد هورن دین-1 (Horndean-1)، سینگلتون-1 (Singleton-1) و استارینگتون-2 (Storrington-2) و سه چاه خشک چیلگرو-1 (Chilgrove-1)، اشینگتون-1 (Ashington-1) و هسترزکوپس-1 (Hesters Copse-1) از میادین مختلف این حوضه انتخاب شدند تا فرآیندهای دیاژنتیکی سنگ مخزن مورد نظر در این چاهها مقایسه شود.
شایان ذکر است که در این تحقیق رفتار دیاژنتیکی سنگ مخزن از دو جنبه تشکیل سیمان تدفینی و فرآیند انحلال مورد مطالعه قرار گرفته است که در این نوشتار تنها به تاثیر مهاجرت نفت بر پدیده انحلال پرداخته می شود.
در این پژوهش از داده های نمودارهای ژئوفیزیکی و مغزه ها استفاده شده و روشهای گوناگونی همچون مطالعه مقاطع نازک میکروسکوپی، شمارش اجزای تشکیل دهنده سنگ، استفاده از میکروسکوپ الکترونی، پراش اشعه ایکس و ... به کار گرفته شده است.
بحث :
 
چینه شناسی و سنگ شناسی:
سازند گریت اوولیت عمدتا از سنگهای آهکی از نوع اوولیتیک گرینستون و بایوکلاستیک گرینستون/پکستون تشکیل شده است. همچنین سنگهایی از قبیل وکستون و مادستون آهکی نیز به مقدار کمتری دیده می شود. جالب توجه اینکه در این توالی هیچ نمونه ای از سنگهای رسوبی تخریبی یافته نمی شود. ضخامت واقعی این سازند در چاههای مطالعه شده بین 75 تا 98 متر تغییر می کند. این سازند بر اساس مطالعات چینه شناسی به سه بخش متمایز زیرین، میانی و بالایی تقسیم شده است [7]. بخش زیرین عموما شامل سنگهای کاملا سیمانی شده از نوع اوولیتیک گرینستون با تخلخل بین دانه ای اندک و بخش میانی متشکل از سنگهای اوولیتیک/بایوکلاستیک گرینستون تا پکستون با سیمان کمتر و تخلخل بیشتر می باشد. اما بخش بالایی حاوی سنگهایی همچون بایوکلاستیک وکستون تا مادستون می باشد که مقدار تخلخل بین دانه ای در آنها ناچیز است.
مطالعات سنگ شناسی و استفاده از روش پراش اشعه ایکس (XRD) نشان داد که کانی اصلی تشکیل دهنده این سنگها کلسیت (1/62 تا 100 درصد حجمی) می باشد. اما دولومیت فاقد آهن از نوع ثانویه نیز به مقدار صفر تا 31 درصد از حجم سنگها را تشکیل می دهد. همچنین کانی های فرعی از قبیل پیریت، دانه های آواری کوارتز و کانیهای رسی (عمدتا ایلیت) در این سنگها یافته می شوند.
 
انواع تخلخل موجود در سازند گریت اوولیت:
مطالعات تفصیلی مقاطع نازک میکروسکوپی تهیه شده از مغزه ها و شمارش آماری اجزای تشکیل دهنده سنگها نشان داد که به ترتیب تخلخل بین دانه ای اولیه (Primary intergranular porosity)       و ریزتخلخل ثانویه (Secondary microporosity) متداول ترین انواع تخلخل در سازند گریت اوولیت      می باشد. همچنین انواع دیگری از تخلخل مانند تخلخل درون دانه ای (Intragranular porosity) یا تخلخل قالبی (Moldic porosity) بمقدار ناچیز در برخی نمونه ها یافته شد.
 
پراکندگی انواع تخلخل ها:
الف) پراکندگی تخلخل در چاههای خشک و مولد: نتایج حاصل از شمارش اجزای تشکیل دهنده سنگها موید آن است که میزان تخلخل درشت (Macroporosity) در چاههای مولد و خشک اختلاف قابل توجهی نشان می دهد. همانطور که در جدول 1 نیز مشاهده می شود میانگین درصد تخلخل در چاههای خشک برابر با 2/1±4/2 درصد است، در حالی که این مقدار برای چاههای مولد برابر با 1/3±6/7 درصد می باشد. تحلیل نتایج حاصل از شمارش انواع سیمانها در این چاهها حاکی از آن است که وجود تخلخل بیشتر در چاههای مولد به دلیل وجود سیمان کمتر در این چاههاست.
ب) پراکندگی تخلخل در محدوده های بالا و پایین سطح تماس آب و نفت: در این پژوهش، بر مبنای اطلاعات حاصل از داده های ژئوفیزیکی از قبیل نمودارهای مقاومت الکتریکی (Electric resistivity log) و نمودار اشباع شدگی از آب (Water saturation log) سطح تماس آب و نفت (Oil-water contact) در چاههای مولد در عمق حدودا 80 پا از سطح بالایی سازند در نظر گرفته شده است. جدول 1 مقادیر حداقل، حداکثر و میانگین درصد تخلخل درشت در نواحی بالا و پایین سطح تماس آب و نفت را در چاههای مولد نشان می دهد. بر اساس این جدول، میانگین درصد تخلخل در ناحیه اشباع از آب
جدول 1: مقایسه مقادیر حداکثر، حداقل و میانگین حجم تخلخل درشت (Macroporosity) در نمونه های چاههای مختلف که     به روش شمارش محاسبه شده است.
 
WELL
MIN. (%)
MAX. (%)
AVERAGE (%)
SINGLETON-1
Total
3.2
10.2
8.1±2.0
Above OWC
5.8
10.2
8.7±1.5
Below OWC
3.2
10.2
7.6±2.4
HORNDEAN-1A
Total
2.2
21.4
8.8±4.2
Above OWC
5.0
21.4
10.6±5.5
Below OWC
2.2
14.0
7.4±3.6
STORRINGTON-2
Total
0.8
10.4
5.8±3.1
Above OWC
2.2
8.8
6.0±2.4
Below OWC
0.8
10.4
4.3±3.4
HESTERS COPSE-1 (dry well)
0.8
6.8
4.0±1.8
CHILGROVE-1 (dry well)
0.8
3.6
2.1±0.9
ASHINGTON-1 (dry well)
0.0
3.8
1.2±0.9
1/3±4/6 درصد و در ناحیه اشباع از نفت برابر با 0/3±5/8 درصد می باشد. در نتیجه می توان گفت که میزان تخلخل در ناحیه اشباع از نفت بیش از ناحیه اشباع از آب است.
ج) پراکندگی ریزتخلخل ها: یکی از نتایج جالب توجه این تحقیق پراکندگی ریزتخلخل ها در چاههای مولد است. معمولا نمودارهای ژئوفیزیکی تخلخل کل سنگ (اعم از تخلخل مفید و غیر مفید) را     اندازه گیری می نمایند، در حالی که با روش شمارش اجزای تشکیل دهنده سنگ در مقاطع نازک میکروسکوپی مقدار تخلخل درشت سنگ محاسبه می شود. زیرا همان طور که در شکل 2 مشاهده می شود ریزتخلخل ها بوسیله میکروسکوپ های معمولی قابل مشاهده نمی باشند. به همین دلیل بهترین راه برای محاسبه مقدار ریزتخلخل ها استفاده از رابطه زیر است:
 
تخلخل درشت حاصل از شمارش - تخلخل کل حاصل از نمودارها = مقدار ریز تخلخل ها
 
با استفاده از این روش مقدار ریزتخلخل ها در نمونه های سازند گریت اوولیت در چاههای مولد سینگلتون-1 و استارینگتون-2 محاسبه شده و تغییرات عمودی آن مورد بررسی قرار گرفته است  (شکل 3). نتیجه حاصله نشان می دهد که برخلاف تخلخل درشت، مقدار ریزتخلخل ها در ناحیه اشباع از آب بیش از ناحیه اشباع از نفت است. بطوری که میزان متوسط درصد ریزتخلخل در این دو چاه برای ناحیه اشباع از آب برابر با 8/2±7/8 درصد است، اما این مقدار برای ناحیه اشباع از نفت در حدود 2/3±4/4 درصد می باشد.
مطالعات قبلی نشان داده است که ریزتخلخل ها در اثر دیاژنز زودهنگام در محیطهای آب شیرین          و نیز بعضا در محیطهای تدفینی عمیق بوجود می آیند [1، 2، 3، 5 و 6]. همچنین پیش تر از این     وجود ریزتخلخل در همین سنگ مخزن گریت اوولیت در محل میدان نفتی هامبلی گرو             (Humbly Grove oil field) به تبلور مجدد در طی دیاژنز زودهنگام تحت تاثیر آبهای جوی نسبت داده شده است [4].
اما هیچ دلیلی وجود ندارد که ثابت کند دیاژنز جوی در بخش زیرین سازند گریت اوولیت بیشتر اثر کرده و به علاوه هیچ نشانه ای از وجود سیمانهای جوی بیشتر در ناحیه اشباع از آب (بخش زیرین) این سازند دیده نمی شود. لذا می توان چنین پنداشت که پس از مهاجرت و جایگزینی نفت در بخش اشباع از نفت، دیاژنز در حضور آب (Aqueous diagenesis) در این بخش متوقف شده است. به دنبال این امر، فرآیند انحلال در بخش اشباع از آب روی داده و موجب توسعه ریزتخلخل ها در این بخش گردیده است. هرچند تعیین زمان دقیق تشکیل ریزتخلخل ها دشوار است، اما می توان این پدیده را به زمانی بعد از جایگزینی نفت در سنگ مخزن نسبت داد.
شکل 4 تصاویر تهیه شده بوسیله میکروسکوپ الکترونی از دو نمونه اوولیتیک گرینستون از چاه استارینگتون-2 را نشان می دهد که یکی مربوط به بخش اشباع از آب و دیگری مربوط به بخش اشباع از نفت می باشد. مقایسه این تصاویر نشان دهنده وجود اختلاف در شکل بلورهای میکرایت در غشای اووئیدها می باشد. بطوری که این بلورها در بخش اشباع از نفت عموما بصورت رومبوئدرهای شکل دار (Euhedral) و در بخش اشباع از آب فاقد شکل بلورین و با گوشه های نسبتا مدور دیده می شوند. این اختلاف می تواند حاکی از توسعه ریزتخلخل ها در اثر پدیده انحلال طی مرحله دفن عمیق در بخش اشباع از آب سازند گریت اوولیت باشد.
 
نتیجه گیری :
 
نتایج حاصله از مطالعات پتروگرافی سازند مخزنی گریت اوولیت نشان می دهد که تخلخل عمده موجود در این سازند از نوع بین دانه ای می باشد که مقدار آن در چاههای مولد نفت بیش از چاههای خشک و همچنین در بخش اشباع از نفت بیش از بخش اشباع از آب است. اما برعکس مقدار ریزتخلخل ها در بخش اشباع از آب بیش از بخش اشباع از نفت می باشد که احتمالا در اثر فرآیند انحلال در مراحل نهایی دیاژنز تشکیل گردیده است. علت محدودیت این ریزتخلخل ها در بخش اشباع از نفت ممکن است توقف فرآیندهای دیاژنتیکی در پی جایگزینی نفت در سنگ مخزن بوده باشد.

کلید واژه ها: کربناته سنگمخزن ژئوفیزیک مغزه‌ دیاژنز زمین شناسی نفت سایر موارد