Образование месторождений нефти и газа

Доказанные запасы - это  лишь одна составляющая нефтяных ресурсов. Кроме них существуют также вероятные  и возможные запасы. Чтобы понять чем они отличаются друг от друга  приведем необходимые определения.

Доказанные запасы - это часть резервов, которая наверняка будет извлечена из освоенных месторождений при имеющихся экономических и технических условиях.

Вероятные запасы - это часть резервов, геологические и инженерные данные о которой еще недостаточны для однозначного суждения о возможности разработки в существующих экономических и технических условиях, но которая может быть экономически эффективной уже при небольшом увеличении информации о соответствующих месторождениях и развитии технологии добычи.

Возможные запасы - это часть резервов, геологическая информация о которых достаточна лишь для того, чтобы дать хотя бы приблизительную оценку затрат на добычу или ориентировочно указать оптимальный метод извлечения, но лишь с невысокой степенью вероятности (такая оценка ориентировочна и зависит от индивидуальной точки зрения).

Иными словами, вероятные и возможные  запасы отличаются от доказанных тем, что или их нецелесообразно разрабатывать  при нынешнем уровне цен и применяемых  технологиях, или информация о них  недостаточна.

Однако по мере сокращения доказанных запасов цены на нефть возрастают. Появляются новые, более прогрессивные  технологии нефтедобычи* В связи  с этим в конце концов вероятные  и возможные запасы нефти перейдут в доказанные.

Учитывая, что величины всех трех типов запасов соизмеримы, сроки начала «нефтяного голода» можно отодвинуть еще на несколько десятков лет. Даже, если предположить, что ни одного нового нефтяного месторождения за это время открыто не будет.

Главный вопрос нефтяников , где бурить скважины, чтобы безошибочно находить нефть и газ.

Это потребовало объяснить происхождение  нефти и газа, дало мощный толчок развитию геологии - науки о составе, строении и истории Земли, а также  методов поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений.

                            2)  Состав и возраст земной коры

Земная кора сложена  из горных пород, которые по происхождению делятся на три группы: магматические (или изверженные), осадочные и метаморфические (или видоизмененные).

Магматические породы образовались в результате застывания магмы и имеют, в основном, кристаллическое строение. Животных и растительных остатков в них не содержится. Типичные представители магматических пород - базальты и граниты.

Осадочные породы образовались в результате осаждения органических и неорганических веществ на дне водных бассейнов и поверхности материков. В свою очередь они делятся на обломочные породы, а также породы химического, органического и смешанного происхождения.

Обломочные  породы образовались в результате отложения мелких кусочков разрушенных пород. К ним относятся валуны, галечники, гравий, пески, песчаники, глины и др.

Породы химического  происхождения образовались вследствие выпадения солей из водных растворов или в результате химических реакций в земной коре. Такими породами являются гипс, каменная соль, бурые железняки, кремнистые туфы и др.

Породы органического  происхождения являются окаменелыми останками животных и растительных организмов. К ним относятся известняки, мел и др.

Породы смешанного происхождения сложены из материалов обломочного, химического и органического происхождения. Представители данных пород - мергели, глинистые и песчаные известняки.

Метаморфические породы образовались из магматических и осадочных пород под воздействием высоких температур и давлений в толще земной коры. К ним относятся сланцы, мрамор, яшмы и др.

Поскольку основные известные  месторождения нефти и газа сосредоточены  в осадочных породах, им необходимо уделить дополнительное внимание. Осадочные  породы встречаются в пониженных местах континентов и в морских бассейнах. В них часто сохраняются останки животных и растительных организмов, населявших Землю в различные времена в виде отпечатков и окаменелостей. Поскольку определенные виды организмов существовали только в течение определенных промежутков времени, то и возраст пород стало возможным увязать с наличием в них тех или иных останков. На этом основано применяемое в геологии исчисление возраста горных пород. Оно представлено в виде геохронологической таблицы (табл.1.3).

Таблица 1.3 Геохронологическая таблица

Эра (группа)	Период (система)	Стадия развития органического  мира	Продолжительность (в  млн. лет)
1	2	3	4
Кайнозойская	Четвертичный	Животный и растительный мир близок к современному; появление  человека	1
	Неогеновый	Интенсивное развитие млекопитающих, расцвет флоры покрытосеменных, беспозвоночные близки к современным	65
	Палеогеновый
Мезозойская	Меловой	Развитие крупных пресмыкающихся на суше; появление флоры покрытосеменных; в морях развитие аммонитов	60
	Юрский	Расцвет гигантских пресмыкающихся и флоры голосеменных. Появление летающих ящеров и птиц. Развитие белемнитов	35
	Триассовый	Распространение наземных форм пресмыкающихся; развитие богатой  флоры голосеменных	35
Палеозойская	Пермский	Появление пресмыкающихся; широкое распространение крупных земно-водных. Появление голосеменных растений. Вымирание плеченогих	30
	Каменноугольный	Развитие фауны земноводных. Расцвет плауновидных папорот-никовых  растений	55
	Девонский	Появление насекомых  и земноводных. Развитие наземных растений. Разнообразная фауна плеченогих и кораллов	50
	Силурийский	Следы наземной жизни, первые рыбы; разнообразная фауна ракообразных, плеченогих и кораллов	45
	Ордовикский		80
	Кембрийский	Примитивные формы простейших плеченогих и трилобитов, развитие водорослей	90
Протерозойская		Широкое распространение  водорослей. Появление простейших животных	800
Археозойская		Остатки органического  мира неизвестны	Более 2000

В соответствии с этим исчислением все время формирования земной коры делится на эры, которые подразделяются на периоды, периоды - на эпохи, эпохи - на века (последние в табл. 1.3 не показаны). Толща горных пород, образовавшаяся в течение эры, называется группой, в течение периода - системой, в течение эпохи - отделом, в течение века - ярусом. Каждый отрезок геологического времени характеризуется определенными видами организмов, не живших на Земле ни до, ни после этого времени.

Древнейшая эра - археозойская ( от греческих слов «архе» -начало и «зоо» - жизнь), что означает «эра начала жизни». В породах этого возраста останки растительности и животных встречаются очень редко. Следующая эра - протерозойская («протос» — первый, «эос» - заря), что означает «заря жизни». В породах этой эры встречаются окаменелости беспозвоночных животных и водорослей. Палеозойская эра ( «палеон» - древний), т.е. «эра древней жизни», характеризуется не только бурным развитием растительной и животной жизни, но и интенсивными горообразовательными процессами. В породах этого возраста найдены крупные месторождения угля, нефти, газа, сланцев. Мезозойская эра («мезос» - средний), т.е. «эра средней жизни», также характеризуется условиями, благоприятными для образования нефти, газа и угля. И, наконец, кайнозойская эра («кайнос» - новый), т.е. «эра новой жизни», это эра наиболее благоприятных геологических условий для образования данных полезных ископаемых. К отложениям этого возраста приурочены самые крупные в мире месторождения нефти и газа.

            3)  Формы залегания осадочных горных пород

Характерный признак  осадочных горных пород - их слоистость. Данные породы сложены, в основном, из почти параллельных слоев (пластов), отличающихся друг от друга составом, структурой, твердостью и окраской. Поверхность, ограничивающая пласт снизу, называется подошвой, а сверху - кровлей.

Пласты осадочных пород  могут залегать не только горизонтально, но и в виде складок (рис. 1.1), образовавшихся в ходе колебательных, тектонических и горообразовательных процессов. Изгиб пласта, направленный выпуклостью вверх, называется антиклиналью, а выпуклостью вниз - синклиналью. Соседние антиклиналь и синклиналь в совокупности образуют полную складку.

В России почти 90 % найденных  нефти и газа находятся в антиклиналях, за рубежом - около 70 %.

Размеры антиклиналей составляют в среднем: длина 5...10 км, ширина 2...3 км, высота 50...70 м. Однако известны и гигантские антиклинали. Так, самое крупное в мире нефтяное месторождение Гавар (Саудовская Аравия) имеет размеры в плане 225x25 км и высоту 370 м, а газовое месторождение Уренгой (Россия): 120x30 км при высоте 200м.

По проницаемости  горные породы делятся на проницаемые (коллекторы) и непроницаемые (покрышки). Коллекторы - это любые горные породы, которые могут вмещать в себя и отдавать жидкости и газы, а также пропускать их через себя при наличии перепада давления. Встречаются следующие типы коллекторов:

1) поровые, состоящие из зернистых материалов (пески, песчаники и др.), пустотами в которых являются межзерновые поры;

2) кавернозные, пустоты в которых образованы полостями-кавернами различного происхождения (например, образованными в результате растворения солей проникающими в породу поверхносты-ми водами);

3) трещиноватые, образованные из непроницаемых опор, но вмещающие в себя жидкости или газ за счет многочисленных микро-и макротрещин (трещиноватые известняки и др.);

4) смешанные (кавернозно-трещиноватые, трещиновато-норовые, кавернозно-поровые или кавернозно-трещиновато-поровые).

Наилучшими коллекторскими свойствами обладают поровые коллекторы. Неплохими

способностями вмещать  в себя и отдавать жидкости и газы, а также пропускать их через себя могут обладать и другие типы коллекторов. Так, на некоторых месторождениях Саудовской Аравии взаимосвязанные системы трещин создают каналы длиной до 30 км. К трещиноватым коллекторам за рубежом приурочено более 50 % открытых запасов нефти, а в России -12%.

 

Рис.1.1 Складка, образованная осадочными породами

 

Рис. 1.2 Типы ловушек

 

Покрышки  - это практически непроницаемые горные породы. Обычно ими бывают породы химического или смешанного происхождения, не нарушенные трещинами. Чаще всего роль покрышек выполняют глины: смачиваясь водой, они разбухают и закрывают все поры и трещины в породе. Кроме того, покрышками могут быть каменная соль и известняки.

4)Образование месторождений нефти и газа

Состав нефти и газа

Нефть и газ  - это тоже горные породы, но не твердые, а жидкие и газообразные. Вместе с другими горючими осадочными породами (торф, бурый и каменный уголь, антрацит) они образуют семейство каустобиолитов, т.е. горючих органических пород.

Говоря о составе нефти, различают элементный, фракционный и групповой составы.

Основными ее элементами являются углерод ( 83...87 %) и водород (11...14 %).

Фракционный состав нефти определяется при разделении соединений по температуре кипения. Фракцией (дистиллятом) называется доля нефти, выкипающая в определенном интервале температур. Началом кипения фракции считают температуру падения первой капли сконденсировавшихся паров. Концом кипения фракции считают температуру, при которой испарение фракции прекращается. Так, бензины выкипают в пределах 35...205 °С, керосины -150...315 "С, дизельные топлива - 180...350 °С, масла - 350 °С и выше.

Под групповым  составом нефти понимают количественное соотношение в ней отдельных групп углеводородов и соединений.

Углеводороды  представляют собой химические соединения углерода и водорода. Они бывают парафиновые, нафтеновые и ароматические. Парафиновые углеводороды (метан, этан, пропан и т.д.) имеют химическую формулу С_пН_2п+2 (п - число атомов углерода). При п от 1 до 4 парафиновые углеводороды являются газами, при п от 5 до 15 - жидкостями^при п 16 - при обычных температурах твердыми веществами. Твердые углеводороды метанового ряда называют парафинами. Температура их плавления составляет в основном 52...62 °С. В пластовых условиях парафины находятся в растворенном состоянии. Однако при снижении температуры, давления и выделении растворенного газа парафин выделяется из нефти в виде кристаллов, создавая тем самым проблемы для ее фильтрации в пласте и движения в трубопроводах.

Сторонники органической теории утверждают, что исходным материалом для образования нефти стало органическое вещество.

В основе современных  взглядов на происхождение нефти  лежат положения, сформированные академиком И.М. Губкиным в 1932 г. в его монографии «Учение о нефти». Ученый считал, что исходным для образования нефти является органическое вещество морских илов, состоящее из растительных и животных организмов. Его накопление на дне морей происходит со скоростью до 150 г на 1 квадратный метр площади в год. Старые слои довольно быстро перекрываются более молодыми, что предохраняет органику от окисления. Первоначальное разложение растительных и животных остатков происходит без доступа кислорода под действием анаэробных бактерий. Далее пласт, образовавшийся на морском дне, опускается в результате общего прогибания земной коры, характерного для морских бассейнов. По мере погружения осадочных пород давление и температура в них повышаются. Это приводит к преобразованию рассеянной органики в диффузно рассеянную нефть. Наиболее благоприятны для нефтеоб-разования давления 15...45 МПа и температуры 60...150 "С, которые существуют на глубинах 1,5...6 км. Далее, под действием возрастающего давления нефть вытесняется в проницаемые породы, по которым она мигрирует к месту образования залежей.

Таким образом, процесс нефтеобразования делится на три этапа:

1) накопление органического  материала и его преобразование  в диффузно рассеянную нефть;

2) выжимание рассеянной  нефти из нефтематеринских пород  в коллекторы;

3) движение нефти по  коллекторам и ее накопление в залежах.

В последующие годы взгляды И.М. Губкина блестяще подтвердились. В 1934 г. в нефти, асфальтах и ископаемых углях были найдены порфирины, входящие в молекулу хлорофилла. В 50-е годы нашего столетия А.И. Горской (в СССР) и Ф. Смитом (в США) были открыты нефтяные углеводороды в осадках водоемов различных типов (в озерах, заливах, морях, океанах). Открытие крупнейших нефтяных месторождений в осадочных бассейнах сначала между Волгой и Уралом, а затем в Западной Сибири также подтверждает взгляды И.М. Губкина. Наконец, в настоящее время большинство нефтяных месторождений мира находится в местах сосредоточения осадочных пород, содержащих окаменелые останки животных и растений.