Образование месторождений нефти и газа

 

Рис. 1.3 Схема газонефтяной пластовой залежи:

ВКГ - внутренний контур газоносности; ВНКГ - внешний контур газоносности; ВКН - внутренний контур нефтеносности; ВНКН - внешний контур нефтеносности.

 

Под месторождением нефти и газа понимается совокупность залежей, приуроченных к общем} участку земной поверхности. Понятия месторождение и залежь равнозначны, если на одной площади имеется всего одна залежь. Такое месторождение называется однопластовым. В остальных случаях месторождения являются многопластовыми. Например, на нефтяных месторождениях Апшеронского полуострова установлено до 30...40 залежей.

Месторождение называют газовым, если оно содержит только газовые  залежи, состоящие более, чем на 90 % из метана. К газоконденсатным относят  такие газовые месторождения, из газа которых при снижении давления до атмосферного выделяется жидкая фаза - конденсат. Если месторождение состоит из нефтяных или газонефтяных залежей, то оно соответственно называется нефтяным или газонефтяным.

Более детальную информацию о залежах и месторождениях дают структурные карты и геологические разрезы. Структурная карта представляет собой изображение в горизонталях (изогипсах) рельефа кровли или подошвы продуктивного пласта. Для ее построения залежь рассекают множеством горизонтальных плоскостей и определяют контуры линий пересечения этих плоскостей с кровлей или подошвой продуктивного пласта. По характеру расположения изогипс можно судить о крутизне залегания пласта: чем они ближе друг к другу, тем положение пласта круче. Геологическим разрезом называют изображение геологического строения данного участка земной коры в вертикальной плоскости. Различают геологические разрезы в виде геологического разреза скважины и в виде геологического профиля. Под геологическим разрезом скважины понимают геологическое описание и графическое изображение последовательности напластования пород, пройденных скважиной. Геологическим профилем называют графическое изображение строения месторождения в вертикальной плоскости. Это совокупность геологических разрезов скважин.

Наличие структурных карт и геологических разрезов дает более наглядное представление о строении недр, позволяет более обоснованно и успешно осуществлять бурение скважин, оптимизировать проектные решения по разработке месторождений.

5) ДАВЛЕНИЕ И  ТЕМПЕРАТУРА В НЕДРАХ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Давление в пласте до начала его разработки (начальное  пластовое давление) зависит от глубины  залегания пласта и приближенно  может быть определено по формуле

(1)

где pпл.нач — начальное пластовое давление, Па; Н — глубина залегания пласта, м; р — плотность жидкости, кг/м³; g — ускорение свободного падения тела, м/с².

Обычно пластовое давление больше или меньше вычисленного по формуле (1), так как оно определяется не только с учетом условий притока жидкости в пласт и отбора ее. Повышение или понижение пластового давления по сравнению с гидростатическим обусловливается целым рядом причин: силой тяжести вышележащих горных пород (горным давлением), тектоническими силами, температурой, химическими процессами.

Горное давление передается жидкости и газу, заключенным в пласте, через минералы, слагающие горную породу. Следовательно, передаваемое давление находится в прямой зависимости от механических свойств минералов. Чем больше уплотняется порода под действием горного давления, тем меньше становится ее пористость. В результате горное давление в той или иной степени передается жидкости и газу, насыщающим поры пласта.

Горное давление влияет на уровень жидкости в пласте, сообщающемся с поверхностью. Поэтому приведенная  методика определения пластового давления для данного случая остается справедливой.

Если же пласт изолирован, то находящиеся в нем жидкость и газ воспримут часть горного  давления, что приведет к созданию анормального, превышающего гидростатическое, пластового давления.

Тектонические силы могут  привести к повышению или понижению пластового давления по сравнению с гидростатическим в результате перемещения пласта.

Влияние температуры  в основном сводится к разрушению сложных углеводородов, из которых  состоит нефть и газ, с образованием большого числа простейших молекул. Это приводит к увеличению объема жидкости и газа и, следовательно, к росту пластового давления (в закрытом пласте).

Изменение температуры  может вызвать химические реакции, которые приводят к цементации пластов. Результат этого — снижение пористости, способствующее повышению пластового -давления (в закрытом пласте).

Пластовое давление определяется при помощи спускаемых в скважину манометров.

Если известна плотность  жидкости или газа, заполняющих скважину, то пластовое давление можно определить расчетным путем.

В том случае, когда  скважиной вскрывается пласт  за контуром нефтеносности (газоносности) и если она заполнится пластовой  водой, пластовое давление при закрытом устье определится по следующей  формуле:

(2)

где р_из и р_у— давление в пласте и на устье скважины, Па.

Если в такой скважине открыть устье, то вода будет вытекать на поверхность, т. е. скважина начнет фонтанировать.

В скважине, в которой  уровень жидкости не доходит до устья, пластовое давление составит

(3)

где Hi — высота столба жидкости в скважине, м

Пластовое давление, определенное в какой-либо точке пласта, характерно для пласта в целом только при  пологом его залегании. В том  случае, когда углы падения крыльев  пласта значительные, пластовое давление на этих участках будет большим, а в замковой части (седле) —меньшим.

Поэтому для удобства давление в пласте обычно относят  к какой-либо одной плоскости. За такую плоскость принимают уровень  моря или условная плоскость —  первоначальное положение водонефтяного  контакта в пласте. Пластовое давление, отнесенное к этой условной плоскости, называется приведенным пластовым давлением.

Если пластовое давление в скважинах 1 и 2 (рис. 1.4) равно соответственно pi и р2, то приведенное давление в них (в Па), отнесенное к первоначальному уровню водонефтяного контакта, равно

(4)

где h\ и hi — расстояния от забоев скважин до уровня водонефтяного контакта, м; р_п и р_в — плотности нефти и воды, кг/м³.

Температура на .поверхности  Земли, зависящая главным образом  от освещенности ее участков Солнцем, изменяется в значительных пределах. Однако колебания температуры на поверхности Земли воспринимаются на расстоянии всего лишь десятков метров земной коры.

Границей разделения влияния внешнего (излучение Солнце) и внутреннего тепловых полей  Земли является слой с постоянной отрицательной или положительной температурой.

Ниже слоя с постоянной отрицательной температурой господствуют отрицательные температуры и, следовательно, залегают многолетнемерзлые породы, толщина которых на некоторых  участках достигает 700 м. Области залегания многолетне-мерзлых пород занимают около 10% поверхности всей суши Земли, а в СССР около 45% территории.

Ниже слоя с постоянной положительной температурой условия  залегания пород и их состояние  обусловлены положительной температурой.

Температура в земной коре ниже слоя с постоянной температурой закономерно возрастает с глубиной. Расстояние по вертикали (в м) в земной коре (ниже зоны постоянной температуры), на котором температура горных пород повышается-

Рис. 1.4. К определению пластового давления 

на 1°С, называется геотермической ступенью. Установлено, что значение геотермической ступени колеблется в верхних слоях земной коры в  пределах 11—120 м, среднее ее значение составляет около 33 м. Для характеристики изменения температуры с глубиной иногда пользуются геотермическим градиентом — приростом температуры в °С горных пород на каждые 100 м углубления от зоны постоянной температуры. В среднем геотермический градиент равен 3° С.

Знать температуру на различных глубинах земной коры и  в продуктивной залежи крайне необходимо в процессе бурения скважин, при проектировании системы разработки нефтяных и газовых месторождений, а также во время их эксплуатации.

 6) Этапы поисково-разведочных работ

 Методы поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений

Целью поисково-разведочных  работ является выявление, оценка запасов  и подготовка к разработке промышленных залежей нефти и газа.

В ходе поисково-разведочных  работ применяются геологические, геофизические, гидрогеохимические методы, а также бурение скважин и их исследование.

Геологические методы

Проведение геологической  съемки предшествует всем остальным  видам поисковых работ. Для этого  геологи выезжают в исследуемый  район и осуществляют так называемые полевые работы. В ходе них они изучают пласты горных пород, выходящие на дневную поверхность, их состав и углы наклона. Для анализа коренных пород, укрытых современными наносами, роются шурфы глубиной до 3 м. А с тем, чтобы получить представление о более глубоко залегающих породах бурят картировочные скважины глубиной до 600 м.

По возвращении домой  выполняются камеральные работы, т.е. обработка материалов, собранных  в ходе предыдущего этапа. Итогом камеральных работ являются геологическая  карта и геологические разрезы местности (рис. 1.5).

Геологическая карта - это проекция выходов горных пород на дневную поверхность. Антиклиналь на геологической карте имеет вид овального пятна, в центре которого располагаются более древние породы, а на периферии - более молодые.

Однако как бы тщательно  ни производилась геологическая съемка, она дает возможность судить о строении лишь верхней части горных пород. Чтобы «прощупать» глубокие недра используют геофизические методы.

Геофизические методы

К геофизическим методам  относятся сейсморазведка, электроразведка  и магниторазведка.

Сейсмическая разведка (рис. 1.6) основана на использовании закономерностей распространения в земной коре искусственно создаваемых упругих волн. Волны создаются одним из следующих способов: 1) взрывом специальных зарядов в скважинах глубиной до 30 м; 2) вибраторами; 3) преобразователями взрывной энергии в механическую. Скорость распространения сейсмических волн в породах различной плотности неодинакова: чем плотнее порода, тем быстрее проникают сквозь нее волны. На границе раздела двух сред с различной плотностью упругие колебания частично отражаются, возвращаясь к поверхности земли, а частично преломившись, продолжают свое движение вглубь недр до новой поверхности раздела. Отраженные сейсмические волны улавливаются сейсмоприемниками. Расшифровывая затем полученные графики колебаний земной поверхности, специалисты определяют глубину залегания пород, отразивших волны, и угол их наклона.

 

Рис. 1.5 Антиклиналь на геологической карте i геологический разрез через нее по линии АВ Породы: 1 - самые молодые; 2 - менее молодые; 3 - самые древние	Рис. 1.6 Принципиальная схема сейсморазведки: i - источник упругих волн; 2 - сейсмоприемники; 3 - сейсмостанция

 

Электрическая разведка основана на различной электропроводности горных пород. Так, граниты, известняки, песчаники, насыщенные соленой минерализованной водой, хорошо проводят электрический ток, а глины, песчаники, насыщенные нефтью, обладают очень низкой электропроводностью.

Принципиальная схема  электроразведки с поверхности земли приведена на рис. 1.7. Через металлические стержни А и В сквозь грунт пропускается электрический ток, а с помощью стержней М и N и специальной аппаратуры исследуется искусственно созданное электрическое поле. На основании выполненных замеров определяют электрическое сопротивление горных пород. Высокое электросопротивление является косвенным признаком наличия нефти или газа.

Гравиразведка основана на зависимости силы тяжести на поверхности Земли от плотности горных пород. Породы, насыщенные нефтью или газом, имеют меньшую плотность, чем те же породы, содержащие воду. Задачей гравиразведки является определение мест с аномально низкой силой тяжести.

Магниторазведка основана на различной магнитной проницаемости горных пород. Наша планета - это огромный магнит, вокруг которого расположено магнитное поле. В зависимости от состава горных пород, наличия нефти и газа это магнитное поле искажается в различной степени. Часто магнитомеры устанавливают на самолеты, которые на определенной высоте совершают облеты исследуемой территории. Аэромагнитная съемка позволяет выявить антиклинали на глубине до 7 км, даже если их высота составляет не более 200...300 м.

Геологическими и геофизическими методами, главным образом, выявляют строение толщи осадочных пород  и возможные ловушки для нефти  и газа. Однако наличие ловушки еще не означает присутствия нефтяной или газовой залежи. Выявить из общего числа обнаруженных структур те, которые наиболее перспективны на нефть и газ, без бурения скважин помогают гидрогеохимические методы исследования недр.

Гидрогеохимические методы

К гидрохимическим относят  газовую, люминесцентно-биту-монологическую, радиоактивную съемки и гидрохимический  метод.

 

Рис. 1.7. Принципиальная схема электроразведки

Рис. 1.8. Схема многопластового нефтяного месторождения

 

Газовая съемка заключается в определении присутствия углеводородных газов в пробах горных пород и грунтовых вод, отобранных с глубины от 2 до 50 м. Вокруг любой нефтяной и газовой залежи образуется ореол рассеяния углеводородных газов за счет их фильтрации и диффузии по порам и трещинам пород. С помощью газоанализаторов, имеющих чувствительность К)"¹⁵ ...10"^G %, фиксируется повышенное содержание углеводородных газов в пробах, отобранных непосредственно над залежью. Недостаток метода заключается в том, что аномалия может быть смещена относительно залежи (за счет наклонного залегания покрывающих пластов, например) или же быть связана с непромышленными залежами.