ИКД
5013 Информационная
карта диссертации
04 кандидатская
05 докторская
5418 Исходящий номер.
дата.
 
5715 Язык
диссертации
 русский
5715 Инвентарный
номер
 
5409 Дата защиты
 2011‑06‑10 14:00
6444 Шифр научной
специальности
 25.00.05 
7425 На соискание
степени
 кгмн
2061 Предствлено к защите:
61 Рукопись, в т.ч. научный доклад
52 Монография
43 Учебник
6147 Фамилия, Имя, Отчество соискателя
Пентелей Светлана Валерьевна
Фамилия, инициалы
Ученая степень
Шифр научной специальности
6156 Научные руководители
Балицкий В. С

6165 Официальные оппоненты
Шмулович К. И
Шванская Л. В

6255
дгмн

4662
дгмн
кгмн

6453

4626

5733 Кол‑во томов
5742 Кол‑во стр.

Номер тома
Кол‑во стр.

5751 Приложений
5787 Источников

5778 Таблиц
5760 Иллюстраций

Сведения об организации, в совете которой проходила защита
2457 Код ОКПО

2934 Телефон

2394 Телефакс

2754 Город
ауд. 804, геологический факультет МГУ
1332 Сокращенное наименование министерства (ведомства)

7452 Шифр совета
Д 501.002.06 
2151 Полное наименование организации
Д 501.002.06 
2358 Сокращенное наименование организации

2403 Код ВНТИЦ

2655 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

Сведения об организации, в которой работает соискатль
2988 Телефон

3087 Телефакс

2781 Город

2187 Наименование организации
кафедра кристаллографии геологического факультета Санкт‑Петербургского государственного университета 
2385 Сокращенное наименование организации

2682 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

9045 Наименование диссертации
Визуализация in‑situ поведения и фазовых состояний водно‑углеводородных флюидов при повышенных и высоких температурах и давлениях
9117 Реферат
Объект исследования и цель работы. Методы исследования и аппаратура. Теоретические и практические результаты и их новизна. Степень и эффективность внедрения. Область применения.
Актуальность исследований. Как известно, жидкие и газообразные углеводороды (УВ) в природе постоянно сопровождаются водными растворами. Это неудивительно, поскольку в земных   
недрах они имеют одни и те же пути миграции, и во многом подчиняются одним и тем же гидродинамическим законам. Известны также случаи совместного нахождения нефти и минерализованных   
вод в районах современной вулканической и термальной деятельности. С другой стороны, во многих нефтегазоносных бассейнах (НГБ) замечено проявление прямых признаков гидротермальной   
деятельности, выражающихся в карбонизации, сульфидизации, порфиробластическом окварцевании и аргиллизации вмещающих пород. Иногда эти изменения сопровождаются скоплениями   
урана, ртути, сурьмы, золота и других рудных компонентов (Иванкин, Назарова, 2001). Наряду с этим, газообразные, жидкие и твердые УВ нередко обнаруживаются в магматических   
и метаморфических породах, контактово‑метасоматических образованиях, пегматитах и гидротермальных жилах (Балицкий, 1965; Безруков, 1997; Бескровный, 1967; Зубков, 2001, 2004;   
Икорский, 1967; Озерова, 1986; Петерсилье, 1959; Флоровская и др., 1964; и др.). Причем, помимо самостоятельных выделений, они обнаруживаются в составе флюидных включений   
жильных и рудных минералов. Наиболее часто это отмечается на месторождениях, расположенных в окраинных зонах НГБ и угольных бассейнов (Братусь и др., 1978; Возняк и др., 1978;   
Зациха и др., 1973; Ермаков, 1972; Калюжный, 1978; Рёддер, 1987; Touray and Barlier, 1975; Dunn and Eisher, 1954; Nooner et al, 1973; и др.). Все это свидетельствуют о том,   
что гидротермальные растворы в земных недрах нередко взаимодействуют с каустогенными породами или непосредственно с нефтью. Характер подобных взаимодействий при повышенных   
и высоких температурах и давлениях до сих пор изучен недостаточно. Особенно это касается состава, поведения и фазовых состояний образующихся при указанных взаимодействиях   
водно‑углеводородных флюидов (ВУФ), практически недоступных для прямых наблюдений. Очевидно, что существенную помощь здесь могут оказать специальные экспериментальные исследования.   
Это определяет актуальность выбора темы диссертации.   
  
Основная цель и задачи работы. Основная цель исследований  выяснение поведения и фазовых состояний водно‑углеводородных флюидов, сформированных при взаимодействии гидротермальных   
растворов с каустогенными породами и сырой нефтью.   
  
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:  
1. Обосновать новый подход для проведения исследований и разработать воспроизводимый метод выращивания кристаллов кварца с захватом многочисленных флюидных включений;  
2. Осуществить опыты по взаимодействию каустогенных пород, сырой нефти и ее основных фракций с гидротермальными растворами с одновременным выращиванием кварца с флюидными   
включениями;  
3. Изучить продукты указанных взаимодействий;  
4. Исследовать in‑situ поведение и фазовые состояния захваченных водно‑углеводородных флюидов во включениях синтетического кварца.   
  
Объемы, виды, методы и место проведения исследований. В основу диссертации положены более 180 автоклавных опытов продолжительностью от 14 до 30 суток по изучению взаимодействия   
гидротермальных растворов с каустогенными породами (горючие сланцы, богхед, лигнит, асфальт, асфальтит, керит и антраксолит, битуминозные сланцы и глины), а также с сырой   
и дегазированной нефтью и ее основными фракциями. Образцы пород для опытов были получены от А.Т. Егорова (Ин‑т гор. ископаемых, Москва), Н.С. Лавренко и О.В. Ковалевой (Ин‑т   
геол. Респ. Коми), а также отобраны во время полевых работ в Карелии и Австрии. Сырую нефть для опытов предоставили Ф.П. Борков (Морозовское, Терноватое, Западно‑Беликовское   
месторождения, Краснодарский край, и Уланхольское месторождение, Прикаспийский НГБ), а также О.К. Баженова (Балвинское месторождение, Волго‑Уральского НГБ). Все опыты проводились   
в лаборатории синтеза и модифицирования минералов ИЭМ РАН (Черноголовка). Твердые продукты после опытов изучались под бинокулярным и поляризационным микроскопами, подвергались   
рентгеновскому (35 обр.) и флуоресцентному (12 обр.) анализам. Нефть и ее основные фракции до и после опытов характеризовались ИК спектрами (36 проб), записанными на ИК‑спектрометре   
Avatar 320 FT‑IR фирмы Nicolet (ИЭМ РАН), хроматограмами (24 пробы), полученными на хроматографе Perkin Elmer Clarus 5000 с капиллярной колонкой Solgel 60 см (Кафедра геологии   
и геохимии горючих ископаемых геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова). Одновременно в опытах по взаимодействию пород и жидких УВ с гидротермальными растворами выращено   
на затравку около 200 кристаллов кварца, весом 15‑30 г (максимум до 80 г) с многочисленными флюидными включениями. Из выращенных кристаллов изготовлено более 400 полированных   
пластинок; в них просмотрено порядка 1500 флюидных включений. Наиболее информативные флюидные включения задокументированы в 350 фотографиях. Жидкие и газообразные фазы в индивидуальных   
флюидных включениях идентифицировались с помощью ИК‑микроскопа Continuum и однолучевого FT‑IR спектрометра Nicolet, Nexus с минимальной апертурой 5 мкм (разрешение 4 см‑1)   
(ИЭМ РАН, Лаб. геол. и упр. мин. ресурсами Унив. Г. Пуанкаре Нанси 1, Франция). Распределение углеводородов во включениях контролировалось с помощью микроспектрофотометра   
марки QDI 302 фирмы CRAIC на базе микроскопа LEICA DM 2500 P (Каф. геологии и геохимии горючих ископаемых геол. факультета МГУ им. М.В. Ломоносова). Поведение и фазовые состояния   
флюидов во включениях исследовались in‑situ при их нагревании и охлаждении в измерительном микротермометрическом комплексе, созданном на основе микротермокамеры THMSG‑600   
фирмы Linkam и микроскопа Amplival. Комплекс снабжен набором длиннофокусных объективов, видеокамерой и управляющим компьютером и позволяет в режиме реального времени наблюдать   
за поведением и фазовым состоянием флюидов во включениях в интервале температур от 196 до +600oС с непрерывным автоматическим фиксированием температуры и скорости ее повышения   
и понижения. Поведение и фазовые состояния флюидов во включениях задокументированы в 120 видео фильмах, на основе которых создано 35 статических фрагментов наиболее важных   
событий, происходящих во включениях при их нагревании и охлаждении. Эти исследования проведены в основном в ИЭМ РАН и частично  в ИГЕМ РАН.   
  
Научная новизна. 1. Разработан новый подход для изучения поведения и фазовых состояний водно‑углеводородных флюидов, состоящий в осуществлении взаимодействия каустогенных   
пород, сырой нефти и ее основных фракций с гидротермальными растворами при одновременном выращивании кристаллов кварца с флюидными включениями.   
  
2. Модифицирован гидротермальный метод температурного градиента для выращивания кварца и определены условия воспроизводимого образования в кристаллах водно‑углеводородных   
включений стимулированного и самопроизвольного зарождения.   
  
3. Установлено, что суммарная растворимость нефти в слабощелочных и щелочных растворах в интервале температур от 280 до 380400oС (давление до 90 МПа) возрастает от сотых   
долей до 810 об. % (т.е. заметно превышает значения, приводимые в более ранних работах), а растворимость ее легких фракций, образующихся при крекинге в гидротермальных растворах   
в интервале температур 380450oС и давлений 80120 МПа, достигает 1520 об. %.   
  
4. Оценена взаимная растворимость нефтеподобной жидкости и водного раствора в водно‑углеводородном флюиде, сформированном при взаимодействии богхеда и горючих сланцев со слабощелочными   
хлоридно‑натриевыми и щелочными растворами при температуре 320/340oС и давлении порядка 60 МПа. Доли растворенных нефтеподобной жидкости и водного раствора во флюиде составляют   
7080 и 2030 об. %, соответственно.   
  
Практическая значимость работы.   
  
1. Полученные экспериментальные данные по изучению поведения и фазовых состояний водно‑углеводородных флюидов при повышенных и высоких термобарических параметрах могут быть   
использованы при моделировании поведения и фазовых состояний флюидов в земных недрах.   
  
2. Методика проведения опытов по взаимодействию гидротермальных растворов с каустогенными породами может быть использована для экспресс‑оценки их перспективности как альтернативного   
энергетического и химического сырья.   
  
3. Предложенные в работе подход и методы для изучения флюидных включений in‑situ могут быть реализованы при изучении фазовых состояний и растворимости других органических   
жидкостей в воде и водных растворах при высоких температурах и давлениях.   
  
4. Данные по выращиванию кристаллов кварца с флюидными включениями стимулированного и самопроизвольного зарождения могут быть использованы в учебных курсах где рассматривается   
образование макро дефектов в кристаллах.   
  
Защищаемые положения.   
  
I. Предложенный подход и разработанные методы выращивания кварца с флюидными включениями одновременно с осуществлением взаимодействия гидротермальных растворов с каустогенными   
породами, сырой нефтью и ее основными фракциями позволяют использовать подобные включения для изучения поведения и фазовых состояний модельных водно‑углеводородных флюидов   
в широком интервале термобарических параметров.   
  
II. Присутствие во включениях в кварце нефтеподобной жидкости, газовых УВ и твердых битумов свидетельствует о весьма быстром, а в геологическом масштабе времени  практически   
мгновенном, образовании УВ при взаимодействии гидротермальных растворов с каустогенными породами в интервале температур 320350oС, д.н.п. и выше. При температурах 380‑400oС   
генерирование жидких УВ практически прекращается, уступая место пиробитумам и газовым УВ (в основном метану).   
  
III. Флюиды, сформированные при взаимодействии гидротермальных растворов с нефтью при температурах ниже 260320oС и д.н.п. находятся при обычных условиях в трехфазном состоянии   
с различными соотношениями водной, нефтяной и газовой (в основном водяной пар) фаз, но при превышении д.н.п. переходят в жидкое двухфазное водно  нефтяное состояние без свободной   
газовой фазы. При кратковременном нагреве подобное состояние прослежено вплоть до разгерметизации включений при 365405oС. Содержание нефти, растворенной в водном растворе   
таких включений, достигает перед взрывом 810 об. %.   
  
IV. Флюиды, сформированные при взаимодействии гидротермальных растворов с нефтью при температурах выше 330oС (в основном, при 350500oС) при давлении д.н.п. и более, находятся   
при обычных условиях в трех‑ и многофазном состоянии. Среди жидких углеводородов преобладают легкие бензинокеросиновые фракции, а среди газовых ‑ метан. При повышении температуры   
до 240290oС жидкие УВ растворяются преимущественно в газовых УВ с образованием двухфазного газово‑жидкого углеводородно‑водного флюида, который при 368375oС переходит в   
гомогенное состояние. Близкое поведение при повышении температуры обнаруживают и существенно газовые водно‑углеводородные флюиды, но гомогенное состояние в них достигается   
при относительно более высоких температурах  390400oС.   
  
V. Различия в поведении и фазовых состояниях водно‑углеводородных флюидов, сформированных при относительно невысоких и высоких термобарических параметрах, обусловлены крекингом   
исходной нефти (или нефтеподобной жидкости), приводящим при температуре выше 330oС (в основном при 350‑450oС) к образованию бензиновых и керосиновых фракций, газовых УВ, в   
основном метана, и остаточных твердых битумов.   
  
Личный вклад соискателя. Обобщены многочисленные публикации по проблеме происхождения водно‑углеводных флюидов в земных недрах и их роли в формировании различных полезных   
ископаемых. Сформулированы цель и задачи исследований. Осуществлена постановка большинства опытов по выращиванию кварца с флюидными включениями при технической помощи сотрудников   
ЛСММ ИЭМ РАН. Под руководством к.ф.‑м.н. Г.В. Бондаренко записаны ИК‑спектры флюидных включений и совместно с к.г.‑м.н. М.А. Новиковой проведены их микротермометрия исследования   
и съемка видео фильмов. Проанализированы и обобщены результаты опытов. Совместно с другими участниками исследований подготовлено 7 научных статей и 20 кратких сообщений и   
тезисов докладов для различных конференций.   
  
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на III, IV и V Межд. НПК Сверхкритические флюидные технологии: инновационный потенциал России (Ростов   
на Дону, 12‑14 октября 2006 г; Казань, 2007 г; Суздаль, 15‑18 сентября 2009 г), VIII Межд. конф. "Новые идеи в науках о земле". (10‑13 апреля 2007г. Москва, РГГРУ), II Межд.   
Конф. "Кристаллогенезис и минералогия" (1‑5 октября 2007 г., Санкт‑Петербург), Кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых, МГУ, Москва, 11.12.2008 г.), XIII Межд. конф.   
по термобарогеохимии и IV симп. APIFIS (Москва, 22‑25 сентября 2008 г.), Ежегодном семинаре по эксп. минералогии, петрологии и геохимии (ЕСЭМПГ‑2008 , 22‑23 апреля, 2008 г.,   
Москва), XIII Нац. конф. по росту кристаллов (НКРК‑2008, 16‑23 ноября 2008 г., Москва), XV Геол. Конгр. Респ. Коми, (Сыктывкар, 2009 г.), III Росс. Совещ. по орг. минералогии   
с международным участием (Сыктывкар, 10‑12 ноября 2009 г.), Ежегодном семинаре по эксп. минералогии, петрологии и геохимии (EСЭМПГ‑2009, апрель, Москва), XX European current   
research on fluid inclusions, 21‑26 September, 2009, University of Granada (Spain), в Институте проблем нефти и газа РАН (май 2009 г., Москва), IX Межд. конф. "Новые идеи   
в науках о Земле" (14‑17 апреля 2009 г., Москва), 16th International Conf. on Crystal Growth and 14th International Conf. on Vapor Growth and Epitaxy (ICCG‑16/ICVGE‑14, 8‑13   
August 2010. Beijing, China), Всеросс. конф. с международным участием "Дегазация Земли: геотектоника, геодинамика, геофлюиды; нефть и газ, углеводороды и жизнь" (18‑22 октября   
2010 г., Москва), XIV Нац. конф. росту кристаллов (Москва. 6‑10 декабря, 2010 г).   
  
Публикации. За период работы над диссертацией опубликовано 7 статей в различных научных изданиях, из них 4 статьи (+ 1 принятая в печать в журнал Петрология) входят в список,   
рекомендованный ВАК, и 18 (+ 2 принятых к печати) кратких сообщений и тезисов докладов, изданных в трудах различных конференций.   
  
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из Введения, 4 глав, и Заключения общим объемом страниц, содержит таблиц и рисунков. Список цитированной литературы   
включает более наименований. Условия и основные результаты опытов сгруппированы в 2‑х таблицах в Приложении.   
  
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю работы д.г.‑м.н., профессору В.С. Балицкому за научную и техническую помощь на всех этапах подготовки   
диссертации. Автор также благодарит заведующего кафедрой геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета МГУ д.г‑м.н., профессора М.К. Иванова за предоставленную   
возможность выступить с докладом по теме диссертации перед сотрудниками кафедры и ценные замечания, которые были учтены при дальнейшей работе над диссертацией. Автор признателен   
д.г.‑м.н., профессору В.Ю. Прокофьеву (ИГЕМ РАН, МГУ), который на первых этапах исследований совместно с В.С. Балицким начал проводить микротермометрию водно‑углеводородных   
включений в синтетических минералах, учтенных в диссертации. Особую благодарность автор выражает сотрудникам ИЭМ РАН к.ф.м.н. Г.В. Бондаренко и к.г.‑м.н. М.А. Новиковой за   
помощь при проведении ИК‑спектроскопических и микротермометрических исследований, к.х.н. Т.М. Бубликовой, инж.‑исследователю Л.В. Балицкой, механику В.Т. Кадиеву за помощь   
в постановке опытов, а инж.‑исследователям Т.Н. Докиной, О.Л. Самохваловой  за рентгеновскую съемку твердых продуктов опытов.   
  
Глубокую признательность автор выражает директору ИЭМ РАН д.г.‑м.н. Ю.Б. Шаповалову и директору Лаборатории геологии и управления минеральными ресурсами Университета Г. Пуанкаре   
Нанси 1, Франция, доктору Ж. Пиронону за предоставленную возможность проведения опытов и необходимых исследований в указанном Институте и Лаборатории. Автор благодарит д.г.‑м.н.   
В.В. Щипцова и д.г.‑м.н. М.М. Филиппова (ИГ Карельского НЦ, г. Петрозаводск), кандидатов г‑м.н. Ф.П. Боркова (Краснодар), А.Т. Егорова (ИГИ, Москва), О.В. Ковалеву и Н.С.   
Лавренко (ИГ Республики КОМИ, г. Сыктывкар), д.х.н. Ю.В. Рокосова (Институт угля и углехимии СО РАН, г. Кемерово) и доктора А. Проейра (Университет Граца, Австрия) за помощь   
в подборке коллекции образцов пород и нефти для проведения опытов. Автор благодарен руководству Московского нефтеперерабатывающего завода за предоставление для опытов проб   
дегазированной нефти и ее основных фракций.   
  
Условные обозначения, принятые в работе: УВ  углеводороды; L1  водный раствор; L2  нефть или нефтеподобная жидкость; L3, L4  жидкие фазы неопределенного состава, SB    
твердые битумы; ВУФ  водно‑углеводородный флюид; д.н.п.  давление насыщенного пара.  
5436
Фамилия, инициалы
Должность
Уч. степень
Подпись МП
Руководитель организации
6111 
6311 
6210   кархн

Председатель
диссертационного совета
6264 
6320 
6462   кархн

5634 Индексы УДК
7434 Дата
7506 Входящий номер

5616 Коды тематических рубрик

5643 Ключевое слово