بخشی از مقاله
.1 مقدمه
مخازن نامتعارف مخازنی هستند که سنگ مخزن آنها نه تنها دارای تخلخل و تراوایی معمول مخازن متعارف نمیباشد، بلکه
بسیار سخت و محکم بوده و منشأ مواد هیدروکربوری آن نیز خود سنگ مخزن است. برخلاف مخازن متعارف که نیروی پتانسیل سیال و مکانیزمهای طبیعی رانش، عامل تولید اولیه از سنگ مخزن آنها است، توسعه و تولید اقتصادی از مخازن
نامتعارف، نیازمند نیروهای کمکی و تکنولوژی پیشرفته مانند چاههای افقی یا تحریک مصنوعی و هزینههای نسبتاً بالایی
میباشد. باتوجه به کاهش تولید از منابع متعارف نفتی و گازی و افزایش تقاضا و قیمت سوختهای فسیلی، منابع نامتعارف
توجه زیادی از صنایع نفتی را به خود جلب کرده است. منابع نامتعارف شامل منابع نامتعارف گازی (هیدراتهای گازی، مخازن گازی فشرده، متان موجود در بسترهایزغالی، شیل گازی) و منابع نامتعارف نفتی (مایع تراوش شده از بیومس، سیال
بدست آمده از متان و شیل نفتی) است. شیل بر اساس مقدار و نوع مواد آلی و میزان بلوغ آنها میتواند هم منبع نفتی و هم
گازی باشد. شیل نامتعارف سنگ رسوبی دانه ریز، لایه دار، وغیرکلاستیکی است، که دارای بیش از 2 درصد کربن آلی بوده
و مقدار رس آنها کمتر از 35 درصد باشد، که بسته به میزان بلوغ آن به عنوان شیل گازی یا نفتی محسوب میشود. ذرات سازنده شیل اغلب رس، کوارتز و مواد آلی است. شیلهای گازی دارای گسترش زیاد و ناهمگنی بالایی هستند. در سال
1821 برای اولین بار گاز از شیل دونین Dunkirk، در نیویورک تولید شد. در ابتدا چاههای کم فشار کم عمق در نیویورک و اوهایو متمرکز بوده و در سال 1935 به تاثیر ماتریکس و شکستگیها در سیستمهای شیلی پی بردهاند 2]،.[1 ازسال 1927 تا 1962 گروه بررسی شیل گازی کلمبیا، سالانه 10 تا100 چاه را در شیلهای گازی حفرکرده و بررسیهای شیل گازی را بهبود بخشیدند .[3] علاقه به توصیف سیستمهای شیلی زمانی ایجاد شد که مدیریت تحقیق و توسعه انرژی (ERDA) پروژه شیلهای گازی شرقی را در سال 1971 به انجام رساند 7]،6،5،.[4 در ایران نیز در سال 1390 مدیریت اکتشاف شرکت ملی
نفت ایران، پیجوییهای مقدماتی منابع شیل گازی را در حوضه های رسوبی زاگرس، کپه داغ و ایران مرکزی انجام داده است .[8] نتایج این مطالعات نشان داد که سازندهای گرو و سرگلو در بخش مرکزی ناحیه زمینشناسی لرستان به عنوان مناطق
امید بخش برای بررسیهای تفصیلی اکتشاف شیل گازی هستند .[9] هدف از این مقاله مطالعات ژئوشیمیایی و کانیشناسی سازند شیلی گرو در منطقه لرستان و بررسی آن به عنوان منبع دارای پتانسیل نامتعارف گازی است.
در این پژوهش در ابتدا نمونه های مربوط به چاه باباقیر1، تحت پیرولیز راک-اول قرار گرفته و از لحاظ بلوغ و کیفیت مواد آلی بررسی شدهاند. سپس تعدادی از نمونهها را جهت تعیین کانی شناسی و در نهایت بررسی میزان شکنندگی تحت پراش پرتو ایکس، مطالعات میکروسکوپ الکترونی SEM و نیز مطالعات میکروسکوپی قرار داده شده است.
.2 زمینشناسی منطقه
سازند شیلی گرو: نام سازند گرواز تنگ گَرو در کبیرکوه لرستان گرفته شهدو بُرش الگوی آن در 10 کیلومتری شمال شرق
روستای قلعه دره مطالعه شده است [10]در. محل بُرش الگو، سازند گرو با 825 متر ضخامت به 5 عضو تقسیم شده، ولی به طور کلی، سازند گرو از تناوب آهکهای بساری رُسی سی اه رادیولردار با شیلهای سیاهرنگ بیتومیندار پیریتی و چرتی آمونیت و بلمنیتدار تشکیل شده است. در لرستان مرکزی این سازند بیشتر شیلی است. ولی در فروافتادگی دزفول سنگآهک بیشتر است. مرز پایینی سازند گرو بیشتر به رسوبات تبخیری هیث و گوتنیا است. مرز بالایی آن بسیار متغیر است. گرو میتواند در زیر سازندهای مختلفی مانند ایلام و حتیسازند فَهلیان قرار گی رد (شکل.[11] (1 این موضوع نتیجه پیشروی
رسوبات ساحلی به حوضه رسوبی گرو است. پلانکتونها و رادیولرها نشانگر محیط کم انرژی و بیاکسیژن (حوضه
86
بررسی شیلهای سازند گرو در منطقه لرستان به عنوان منابع نامتعارف هیدروکربنی
ژرف دریایی) است. ریزسنگواره رادیولر، سن سازند گرو را نئوکومین تا کنیاسین نشان میدهد. با توجه به اینکه آثار حیاتی
مانند پلانکتونها و بخصوص رادیولاریا در این سازند توسعه دارد و اثری از سنگوارههای متعلق به محیطهای کم عمق در آن یافت نمیشود و از طرف دیگر اغلب رسوبات این سازند بسیار دانه ریز بوده و لایهبندی ظریف دارند، لذا نشان میدهد
که این سازند، اولآ فاقد بهم ریختگی بوده و ثانیآ از مواد حیاتی و پیریت غنی هستند و بالاخره در اغلب ردیفهای آن،
ارگانیسمهای کفزی Benthonic دیده نمیشود. میتوان چنین نتیجه گرفت که شرایط محیط رسوبی بسیار کم انرژی و فاقد
اکسیژن بوده که تماما معرف حوضه اقیانوسی می باشد 12]، .[13
شکل.1 چینه شناسی کرتاسه در زاگرس_سازند گرو .[11]
در ناحیه لرستان شیلهای رادیولردار خاکستری تیره تا سیاه و آهکهـایرُسی عمقی سازند گَرو و در ناحیه فــارس و
جنوب فروافتادگی دزفول، سه سازنـــد فهلیان، گدوان و داریان به سن نئوکومین-آپتین است .[14] منطقه لرستان با استفاده از نمونههای خرده حفاری مربوط به چاه باباقیر1 مورد بررسی قرار گرفته است. چاه باباقیر1 در ایالت زمینشناسی لرستان از کمربند چین خوردگی و راندگی زاگرس واقع شده است. کمربند چین خورده و راندگی زاگرس در ایران بخش خارجی کوهزایی فعال زاگرس را تشکیل میدهد. در چاه باباقیر1 سازند گرو بر روی سازند تبخیری گوتنیا قرار داشته و از عمق 1860/8 شروع شده و تا عمق 2594 متری ادامه دارد. وضعیت حد بالایی سازند گرو بسیار متفاوت است. در برش نمونه این حد از طریق یک ناهمسازی فرسایشی با سنگآهکهای بنگستان (آلبین-کامپانین) مشخص میشود که وجود گلوکونیت و ماسهای بودن سر سازند گرو معرف آن است. در نواحی مرکزی استان لرستان سازند گرو در زیر سازند سورگاه (کنیاسین) قرار میگیرد. به این ترتیب سازند گرو میتواند در زیر سازندهای مختلفی واقع شود و این موضوع خود معلول پیشرفت رسوبات ساحلی محاط به حوضه رسوبی گرو تفسیر میگردد .[11] در مقطع مورد مطالعه سنگآهک های سازند سروک بر روی سازند گرو قرار میگیرد.
.3 اصول و تئوری
شیلهای گازی یکی از منابع نامتعارف بوده که متداولترین و فراوانترین سنگهای رسوبی هستند. شیلهای گازی حدود %95
مواد آلی موجود در سنگهای رسوبی را به خود اختصاص دادهاند. به همین دلیل لایه های شیلی بطورخاص مورد توجه قرار گرفته است .[15] شیلها برمبنای میزان پختگی میتوانند هم به عنوان شیل نفتی و هم گازی عمل کنند (شکل .(2
87
بررسی شیلهای سازند گرو در منطقه لرستان به عنوان منابع نامتعارف هیدروکربنی
شکل.2 شیل های نفتی و گازی: اگر مقدار (سطح دگرریختی ماده آلی، در واحد درصد) LOM=0-5.7 و Ro=0.2-0.4 (سطح بلوغ، در واحد درصد) باشد نابالغ است و اگر LOM=5.7-10.9 و Ro=5.7-10.9 باشد در پنجره نفتزایی بوده و در صورتی که LOM=10.9-20 و Ro=1.02-5 باشد در پنجره شیل گازی خواهد بود.
شیل گازی را میتوان به عنوان سنگ دانه ریز غنی از مواد آلی که دارای ذخیره اقتصادی گازی باشد، تعریف نمود. سازندهای شیل گازیمعمولاً نازک و دارای گسترش زیادی هستند، که دارای تخلخل بسیار پایین بوده و برای داشتن تولید اقتصادی از
آن، ایجاد شکستگی ضروری است. در حال حاضر بیشتر تولیدات مخازن شیل گازی از سنگ منشآ فوق بالغ حاوی کروژن
نوع I و II میباشند. مخازن شیل گازی دارای حداقل کل کربن آلی 2-0/5 درصد است. مخازن شیل گازی دارای دوره تولید
طولانی با افت کم میباشد که حدود 80-25 سال به طول میانجامد. پارامترها و خصوصیات کلیدی برای بررسی کیفیت
شیل گازی شامل کربن آلی کل (TOC)، سطح بلوغ (Ro)، کانیشناسی (کانیهای رسی و کوارتز)، ضخامت و گسترش محیطی، تخلخل و میزان اشباع گاز (فاز آزاد و جذب شده)، نوع مواد آلی (OMT) است. مطالعات اخیر نشان میدهد که اغلب سازندهای شیل گازی غنی از مواد آلی دارای ضخامت ناخالص در حدود صدها متر میباشد که تنوع عمودی آنها از نظر غنای مواد آلی و کانیشناسی حتی در لایههای عمودی کوچک هم میتواند تغییر کند. ناهمگنیهای عمودی مشاهده
شده را میتوان به شرایط زمینشناسی زمان رسوبگذاری آنها ارتباط داد. پاسی و همکاران [16] عنوان کردهاند که تجمع
سنگهای غنی از مواد آلی تابع فرایندهای کنترل کننده مهم نرخ تولید، میزان انحلال پذیری و نرخ تخریب مواد آلی است. معمولآ سنگهای غنی از مواد آلی در سه بخش فیزیوگرافی حاشیه قاره، فلات قاره و شیب قاره در قلمرو دریاییتجمع
مییابند. بسیاری از تکنیکهای ژئوشیمیایی و پتروفیزیکی برای توصیف سنگ منشآ در پنجره نفتی (Ro=0.5-1) توسعه یافته است و گاهی با انجام برخی اصلاحات برای مخازن شیل گازی که بلوغ حرارتی بالاتری را نشان میدهند نیز به کار میرود
.(Ro=1.1-4) گاز در شیل میتواند در شکستگیها، منافذ و یا به صورت جذب شده در رس یا کروژن حضور داشته باشد. هر چه منافذ بزرگتر باشند میزان گاز جذب شده بیشتر است. کوچک بودن ذرات شیل به مفهوم کوچک بودن منافذ است. از لحاظ ترکیب شیمیایی، شیل گازیعمدتاً مولد گاز خشک است که ترکیب اصلی آن متان است .[15]
جدول 1 مهمترین ویژگیهای زمینشناسی، ژئوشیمیایی و ژئوتکنیکی موثر برای توصیف شیل گازی بر مبنای شیلهای گازی
آمریکا را نشان میدهد .[17]
.4 ابزار و داده ها
88
بررسی شیلهای سازند گرو در منطقه لرستان به عنوان منابع نامتعارف هیدروکربنی
در این پژوهش شیلهای سازند گرو در منطقه لرستان و در چاه باباقیر 1 مورد ارزیابی قرار گرفته است. در طی این مطالعات
تعداد 8 نمونه از خردههای حفاری جهت بررسی کانی شناسی با روش پراش پرتو ایکس (XRD) در مرکز تحقیقات و فرآوری مواد معدنی ایران مورد مطالعه قرار داده شده است. همچنین تعداد 15 مقطع نازک و صیقلی برای مطالعات کانی
شناسی تهی ه و توسط میکروسکوپ نوری پلاریزان با نور عبوری مورد مطالعه قرار گرفته و تعداد 2 مقطع صیقلی برای
مطالعات تکمیلیتر توسط میکروسکوپ الکترونی در مرکز تحقیقات فرآوری مواد معدنی ایران مورد بررسی قرار گرفت.
تعداد 30 نمونه برای بررسیهای ژئوشیمیایی مورد تجزیه پیرولیز راک اول (تعداد 14 نمونه دردانشگاه نانسی فرانسه با
دستگاه پیرولیز راک-اول 6 و تعداد 16 نمونه در پژوهشگاه صنعت نفت شرکت ملی نفت ایران با دستگاه راک-اول (2 قرار گرفته است. در این روش ابتدا نمونه تحت پیرولیز و سپس مورد اکسیداسیون قرار میگیرد. برای ثبت نتایج بدست آمده از
پیرولیز و آون اکسیداسیون به ترتیب از آشکارسازهای شعله یونی (FID) و آشکارساز هدایت حرارتی (TCD) استفاده شده است. مقدار کمی از نمونه سنگی (حدود100 میلی گرم) را در شرایط اتمسفری هلیوم در 300 درجه سانتی گراد به مدت
سه دقیقه حرارت داده و سپس درجه حرارت به ازای 25 درجه سانتی گراد در هر دقیقه تا 600 درجه افزایش یافته است.
ارزان و سریع بودن این روش از مزایای آن محسوب می شود.
.5 تجزیه و تحلیل داده ها و اطلاعات
.1-5 کانیشناسی
مطالعات میکروسکوپی نشان داد که حجم بیشتر نمونهها از کانی کربناته کلسیت تشکیل شده است. کوارتز، موسکوویت، کانیهای رسی، مواد آلی و پیریت، دیگر کانیهای تشکیل دهنده نمونه میباشند. کلسیت با ابعاد بلوری 0/2 تا 1/2 میلیمتر در نمونه دیده میشود. همراه با کلسیت لایههایی از مواد آلی نیز در مقاطع میکروسکوپی دیده شد. پیریت به دو شکل در نمونه تشکیل شده است. شکل غالب پیریت به صورت بلورهای فرامبوئیدال و ادخال در کانیهای کربناته و مواد آلی دیده
میشود (شکل .(3 ابعاد بلورهای فرامبوئیدالی پیریت در حد 5 تا 40 میکرون است. فراوانی پیریت در سه نمونه با عمقهای
8400، 8150 و 8510 فوتی بیشتر از سایر نمونهها بوده و در حد 2 درصد است. شکل دیگر پیریت به صورت بلورهای خود شکل کوبیک و ابعاد 100 میکرون و به صورت پراکنده در نمونه تشکیل شده است (شکل .(3 مواد آلی به صورت بین لایهای
با کانیهای رسی و کلسیت دیده میشود و همچنین به صورت کامل جانشین کانی کربناته شده است (شکل .(3 بلورهای موسکوویت نیز با فراوانی 2 تا 3 درصد و ابعاد بلوری 0/4 تا 1/2 میلیمتر در نمونه دیده شده است (شکل .(3
89
بررسی شیلهای سازند گرو در منطقه لرستان به عنوان منابع نامتعارف هیدروکربنی
شکل .3 تصاویر میکروسکوپی (الف، ب و ج) و میکروسکوپ الکترونی (SEM) (د، پ و ت) از نمونههای مورد مطالعه. الف) کلسیت (Cal) و کانیهای رسی همراه با میان لایههایی از مواد آلی (مواد آلی (کروژن) به رنگ سیاه رنگ دیده می شوند)، ب) حضور کانیهای موسکوویت (MS)، کلسیت و مواد آلی در نمونه، ج) حضور کوارتز (Qtz) همراه با کلسیت، د) کانه فلزی سولفیدی پیریت (Py) به صورت خود شکل و منفرد در نمونه تشکیل شده است و پ و ت) حضور پیریتهای فرامبوئیدال به صورت ادخال در کلسیت.
