III. ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ НЕФТИ И ГАЗА

Происхождение нефти

В развитии взглядов на происхождение нефти выделяют 4 этапа:

1) донаучный период;

2) период научных догадок;

3) период формирования научных гипотез;

4) современный период.

Ярким донаучных представлений являются взгляды польского натуралиста XVIII в. каноника К.Клюка. Он считал, что нефть образовалась в раю, и является остатком благодатной почвы, на которой цвели райские сады.

Примером взглядов периода научных догадок является высказанная М.В.Ломоносовым мысль о том, что нефть образовалась из каменного угля под воздействием высоких температур.

С началом развития нефтяной промышленности вопрос о происхождении нефти приобрел важное прикладное значение. Это дало мощный толчок к появлению разных научных гипотез.

Среди многочисленных гипотез происхождения нефти наиболее важными являются: органическая и неорганическая.

Впервые гипотезу органического происхождения высказал в 1759 году великий русский ученый М.В. Ломоносов. В дальнейшем гипотеза была развита академиком И.М.Губкиным. Ученый считал, что исходным материалом для образования нефти является органическое вещество морских илов, состоящее из растительных и животных организмов. 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 нефтеобразования 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.

Автором неорганической гипотезы считается Д.И.Менделеев. Он подметил удивительную закономерность: нефтяные месторождения Пенсильвании (штат США) и Кавказа, как правило, расположены вблизи крупных разломов земной коры. Зная о том, что средняя плотность Земли превышает плотность земной коры, он сделал вывод, что в недрах нашей планеты в основном залегают металлы. По его мнению, это должно быть железо. Во время горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь нее проникает вода. Встречая на своем пути карбиды железа, она вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды. Затем последние по тем же разломам поднимаются в верхние слои земной коры и образуют нефтяные месторождения.

Кроме этих двух гипотез заслуживает внимания «космическая» гипотеза. Ее выдвинул в 1892 году профессор Московского государственного университета В.Д.Соколов. По его мнению, углеводороды изначально присутствовали в газопылевом облаке, из которого сформировалась Земля. Впоследствии они стали выделяться из магмы и подниматься в газообразном состоянии по трещинам в верхние слои земной коры, где конденсировались, образуя месторождения нефти.

К гипотезам современного периода относится « магматическая» гипотеза ленинградского геолога-нефтяника, профессора Н.А.Кудрявцева. По его мнению, на больших глубинах в условиях очень высокой температуры углерод и водород образуют углеродные радикалы СН, СН₂ и СН₃. Затем по глубинным разломам они поднимаются вверх, ближе к земной поверхности. Благодаря уменьшению температуры, в верхних слоях Земли эти радикалы соединяются друг с другом и с водородом, в результате чего образуются различные нефтяные углеводороды.

Н. А. Кудрявцев и его сторонники считают, что прорыв нефтяных углеводородов ближе к поверхности происходит по разломам в мантии и земной коре. Реальность существования таких каналов доказывается широким распространением на Земле классических и грязевых каналов, а также кимберлитовых трубок взрыва. Следы вертикальной миграции углеводородов от кристаллического фундамента в слои осадочных пород обнаружены во всех скважинах, пробуренных на большие глубины, — на Кольском полуострове, в Волго-Уральской нефтеносной провинции, в Центральной Швеции, в штате Иллинойс (США). Обычно это включе­ния и прожилки битумов, заполняющих трещины в магматических поро­дах; в двух скважинах обнаружена и жидкая нефть.

До недавнего времени общепризнанной считалась гипотеза органического происхождения нефти (этому способствовало то, что большинство открытых месторождений нефти приурочено к осадочным породам), согласно которой «черное золото» залегает на глубине 1, 5...6 км. Белых пятен в недрах Земли на этих глубинах почти не осталось. Поэтому теория органического происхождения не дает практически никаких перспектив в отношении разведки новых крупных месторождений нефти.

Есть, конечно, факты открытия крупных месторождений нефти не в осадочных породах (например, гигантское месторождение «Белый тигр», обнаруженное на шельфе Вьетнама, где нефть залегает в гранитах), объяснение этому факту дает гипотеза неорганического происхождения нефти. Кроме того, в недрах нашей планеты имеется достаточное количество исходного материала для образования углеводородов. Источниками углерода и водорода считаются вода и углекислый газ. Их содержание в 1 м³ вещества верхней мантии Земли, составляет 180 и 15 кг соответственно. Благоприятная для реакции химическая среда обеспечивается присутствием закисных соединений металлов, содержание которых в вулканических породах доходит до 20 %. Образование нефти будет продолжаться до тех пор, пока в недрах Земли есть вода, углекислый газ и восстановители (в основном закись железа). Кроме того, на гипотезу неорганического происхождения нефти работает, например практика разработки Ромашкинского месторождения (на территории Татарстана). Оно было открыто 60 лет назад и считалось выработанным на 80 %.. По словам госсоветника при президенте Татарстана Р.Муслимова, каждый год запасы нефти на месторождении пополняются на 1, 5-2 млн.тонн и по новым расчетам нефть можно будет добывать до 2200г. Таким образом, теория неорганического происхождения нефти не только объясняет факты, ставящие в тупик «органиков», но и дает нам надежду на то, что запасы нефти на Земле значительно больше разведанных на сегодня, а самое главное - продолжают пополняться.

В целом можно сделать вывод, что две основные теории происхождения нефти достаточно убедительно объясняют этот процесс, взаимно дополняя друг друга. А истина лежит где-то посредине.

 

Происхождение газа

Метан широко распространен в природе. Он всегда входит в состав пластовой нефти. Много метана растворено в пластовых водах на глубине 1, 5...5 км. Газообразный метан образует залежи в пористых и тре­щиноватых осадочных породах. В небольших концентрациях он присутствует в водах рек, озер и океанов, в почвенном воздухе и даже в атмосфере. Основная же масса метана рассеяна в осадочных и изверженных породах. Напомним также, что присутствие метана зафиксировано на ряде планет Солнечной системы и в далеком космосе.

Широкое распространение метана в природе позволяет предположить, что он образовался различными путями.

На сегодня известно несколько процессов, приводящих к образованию метана:

• биохимический;

• термокаталитический;

• радиационно-химический;

• механохимический;

• метаморфический;

• космогенный.

Биохимический процесс образования метана происходит в илах, почве, осадочных горных породах и гидросфере. Известно более десятка бактерий, в результате жизнедеятельности которых из органических соединений (белков, клетчатки, жирных кислот) образуется метан. Даже нефть на больших глубинах под действием бактерий, содержащихся в пластовой воде, разрушается до метана, азота и углекислого газа.

Термокаталитический процесс образования метана заключается в преобразовании в газ органического вещества осадочных пород под воз­действием повышенных температуры и давления в присутствии глинис­тых минералов, играющих роль катализатора. Этот процесс подобен образованию нефти. Первоначально органическое вещество, накапливающееся на дне водоемов и на суше, подвергается биохимическому разложению. Бактерии при этом разрушают простейшие соединения. По мере погружения органического вещества вглубь Земли и соответственного повышения температуры деятельность бактерий затухает и полностью прекращается при температуре 100°С. Однако уже включился другой механизм-разрушения сложных органических соединений (остатки живого вещества) в более простые углеводороды и, в частности, в метан, под воздействием возрастающих температуры и давления. Важную роль в этом процессе играют естественные катализаторы — алюмосиликаты, входящие в состав различных, особенно глинистых пород, а также микроэлементы и их соединения.

Чем же отличается в таком случае образование метана от образова­ния нефти?

Во-первых, нефть образуется из органического вещества са­пропелевого типа - осадков морей и шельфа океанов, образованных из фито- и зоопланктона, обогащенных жировыми веществами. Исходным для образования метана является органическое вещество гумусового типа, состоящее из остатков растительных организмов. Это вещество при термокатализе образует, в основном, метан.

Во-вторых, главная зона нефтеобразования соответствует температурам горных пород от 60 до 150°С, которые встречаются на глубине 1, 5...6 км. В главной зоне нефте­образования наряду с нефтью образуется и метан (в сравнительно малых количествах), а также его более тяжелые гомологи. Мощная зона интенсивного газообразования соответствует температурам 150...200°С и больше, она находится ниже главной зоны нефтеобразования. В главной зоне газообразования в жестких температурных условиях происходит глубокая термическая деструкция не только рассеянного органического вещества, но и углеводородов горючих сланцев и нефти. При этом образуется большое количество метана.

Радиационно-химический процесс образования метана протекает при воздействии радиоактивного излучения на различные углеродистые соединения.

Замечено, что черные тонкодисперсные глинистые осадки с повы­шенной концентрацией органического вещества, как правило, обогащены и ураном. Это связано с тем, что накопление органического вещества в осадках благоприятствует осаждению солей урана. Под воздействием радиоактивного излучения органическое вещество распадается с образованием метана, водорода и окиси углерода. Последняя сама распадается на углерод и кислород, после чего углерод соединяется с водородом, так­же образуя метан.

Механохимический процесс образования метана заключается в об­разовании углеводородов из органического вещества (углей) под воздей­ствием постоянных и переменных механических нагрузок. В этом случае на контактах зерен минеральных пород образуются высокие напряжения, энергия которых и участвует в преобразовании органического вещества.

Метаморфический процесс образования метана связан с преобра­зованием угля под воздействием высоких температур в углерод. Данный процесс есть часть общего процесса преобразования веществ при температуре свыше 500 °С. В таких условиях глины превращаются в кристаллические сланцы и гранит, известняк—в мрамор и т. п.

Космогенный процесс образования метана описывает «космическая» гипотеза образования нефти В. Д. Соколова.

Какое место занимает каждый из этих процессов в общем, процессе образования метана? Считается, что основная масса метана большинства газовых месторождений мира имеет термокаталитическое происхождение. Образуется он на глубине от 1 до 10 км. Большая доля метана имеет биохимическое происхождение. Основное его количество образуется на глубинах до 1...2 км.

 

Внутреннее строение Земли

К настоящему времени сформировались общие представления о строении Земли, так как самые глубокие скважины на Земле вскрыли только земную кору. Более подробно про сверхглубокое бурение будет рассказано в разделе, посвященном бурению скважин.

В твердом теле Земли выделяют три оболочки: центральную – ядро, промежуточную – мантию и наружную – земную кору. Распределение внутренних геосфер по глубинам представлено в табл.16.

 

Таблица 16 Внутренние геосферы Земли

 

Геосфера	Глубина, км	Состояние
Кора	10-70	Твёрдое
Мантия верхняя	до 1000	Полужидкое
Мантия нижняя	1000-2900	Твёрдое
ядро внешнее	2900-5270	Жидкое
ядро внутреннее	5270-6370	Твёрдое

 

В настоящее время имеются разнообразные представления о внутреннем строении и составе Земли (В.Гольдшмидта, Г.Вашингтона, А.Е.Ферсмана и др.). Наиболее совершенной моделью строения Земли признана модель Гутенберга-Буллена.

Ядро – это наиболее плотная оболочка Земли. По современным данным различают внутреннее ядро (которое считается находящимся в твердом состоянии) и внешнее ядро (которое считается находиться в жидком состоянии). Считается, что ядро, в основном состоит из железа с примесью кислорода, серы, углерода и водорода, причем внутреннее ядро имеет железо-никелевый состав, что полностью отвечает составу ряда метеоритов.

Далее располагается мантия. Мантия разделяется на верхнюю и нижнюю. Считается, что верхняя мантия состоит из магнезиально-железистых минералов-силикатов типа оливина и пироксена. Нижняя мантия характеризуется однородным составом и состоит из вещества, богатого оксидами железа, магния. В настоящее время мантия оценивается как источник сейсмических и вулканических явлений, горообразовательных процессов, а также зона реализации магматизма.

Выше мантии находится земная кора. Граница между земной корой и мантией устанавливается по резкой смене скоростей сейсмических волн, она названа разделом Мохоровича, в честь югославского ученого А.Мохоровича, который впервые ее установивил.Мощность земной коры резко изменяется на материках и в океанах и делится на две основные части - континентальную и океаническую и две промежуточные-субконтинентальную и субокеаническую.

Такой характер планетарного рельефа связан с разным строением и составом земной: коры. Под материками толщина литосферы достигает 70 км (в среднем 35 км), а под океанами 10—15 км (в среднем 5-10 км).

Континентальная кора состоит из трех слоев осадочного, гранитогнейсового и базальтового. Океанская кора имеет двухслойное строение: под маломощным рыхлым осадочным слоем располагается базальтовый, который в свою очередь сменяется слоем, сложенным габбро с подчиненными ультрабазитами.

Субконтинентальная кора приурочена к островным дугам и имеет повышенную мощность. Субокеанская кора располагается под крупными океанскими впадинами, во внутриконтинентальных и окраинных морях (Охотское, Японское, Средиземное, Черное и др.) и в отличие от океанской обладает значительными мощностями осадочного слоя.

Строение земной коры

Земная кора является наиболее изученной из всех оболочек. Она сложена из горных пород. Горные породы - это минеральные соединения постоянного минералогического и химического состава, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. Горные породы по своему происхождению делятся на три группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические породы образовались в результате застывания и кристаллизации магмы на поверхности Земли в глубине земной поверхности или в ее недрах. Эти породы 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. Они делятся на обломочные породы, а также породы химического, органического и смешанного происхождения.

Обломочные породы образовались в результате отложения мелких кусочков разрушенных пород. Типичные представители: валуны, галечники, гравий, пески, песчаники, глины.

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.

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

Породы смешанного происхождения сложены из материалов обломочного, химического, 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.

Коренные породы Удмуртии выходят из-под почв и четвертичных отложений по берегам рек и ручьев, в оврагах, а также в различных выработках: карьерах, котлованах и т. д. Терригенные породы абсолютно преобладают. К ним относятся такие разности, как алевролиты, песчаники и значительно меньше — конгломераты, гравелиты, глины. Карбонатные породы, встречающиеся редко, включают известняки и.мергели. Все названные породы, как и любые другие, состоят из минералов, т. е. природных химических соединений. Так, известняки состоят из кальцита — соединения состава СаСО₃. Зерна кальцита в известняках очень мелки и различимы только под микроскопом.

Мергели и глины, кроме кальцита, содержат в большом количестве микроскопически мелкие глинистые минералы. По этой причине после воздействия на мергель соляной кислотой на месте реакции образуются осветленные или более темные пятна — результат концентрации глинистых частиц. В известняках и мергелях порой встречаются гнезда и жилки кристаллического кальцита. Иногда можно видеть и друзы кальцита — сростки кристаллов данного минерала, приросших одним концом к горной породе.

Терригенные породы делятся на обломочные и глинистые. Большая часть коренной поверхности республики сложена обломочными породами. К ним относятся уже упомянутые алевролиты, песчаники, а также более редкие гравелиты, конгломераты.

Алевролиты состоят из обломочных зернышек таких минералов, как кварц (SiO₂), полевые шпаты (KAlSi₃O₈; NaAlSi₃O₈∙ CaAl₂Si₂O₈), других пылеватых частиц диаметром не более 0, 05 мм. Как правило, алевролиты сла о сцементированы, комковаты и по внешнему виду напоминапоминают глины. От глин они отличаются большим окаменением и меньшей пластичностью.

Песчаники — вторая распространенная коренная порода Удмуртии. Они состоят из обломочных частиц (песчинок) различного состава — зернышек кварца, полевых шпатов, обломков кремнистых и эффузивных (базальты) пород, вследствие чего данные песчаники называют полимиктовыми или полиминеральными. Размер песчаных частиц колеблется от 0, 05 мм до 1 — 2 мм. Как правило, песчаники слабо сцементированы, легко разрыхляются и поэтому используются в строительных целях как обычные (современные речные) пески. В рыхлых песчаниках нередко встречаются прослои, линзы и конкреции известковых песчаников, обломочный материал которых сцементирован кальцитом. В отличие от алевролитов песчаникам свойственна как горизонтальная, так и косая слоистость. В песчаниках изредка отмечаются мелкие известковые раковины пресноводных двустворчатых моллюсков. Все вместе взятое (косая слоистость, редкие ископаемые моллюски) свидетельствуют о речном, или аллювиальном, происхождении полимиктовых песчаников. Цементация песчаников кальцитом связана с распадом бикарбоната кальция в подземных водах, циркулировавших по порам песков. Кальцит при этом выделялся как нерастворимый продукт реакции в результате улетучивания углекислого газа.

Реже терригенные горные породы представлены гравелитами и конгломератами. Это крепкие горные породы, состоящие из окатанных (круглых, овальных) или сглаженных обломков бурых мергелей, сцементированных кальцитом. Мергели — местного происхождения. В виде примеси в обломочном материале попадаются темные кремни и эффузивы (древние базальты), привнесенные пермскими реками с Урала. Размер обломков гравелитов колеблется от 1 (2) мм до 10 мм, соответственно в конгломератах от 10 мм до 100 мм и более.

В основном, месторождения нефти приурочены к осадочным породам, хотя существуют месторождения нефти, приуроченные либо к метаморфическим (Марокко, Венесуэла, США), либо к магматическим породам (Вьетнам, Казахстан).

 

 

13. Пласты-коллекторы. Пористость и проницаемость.

Коллектором называется горная порода, обладающая такими геолого-физическими свойствами, которые обеспечивают физическую подвижность нефти или газа в ее пустотном пространстве. Порода-коллектор может быть насыщена как нефтью или газом, так и водой.

Породы с такими геолого-физическими свойствами, при которых движение нефти или газа в них физически невозможно, называются неколлекторами.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. Рабочее тело и параметры его состояния. Основные законы идеального газа.
2. IV. ОСНОВЫ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ
3. IV. Психофизиологические основы профессионального отбора и профессиографии.
4. VIII. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕМ
5. VШ. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
6. X. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ
7. XI. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
8. XII. ЛИЦЕНЗИОННО-ДОГОВОРНЫЕ ОСНОВЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
9. XIV. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО АУДИТА
10. XVI. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
11. XXII. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОБРАЩЕНИЯ С ВЕЩЕСТВАМИ,