поддержка
проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку!И мы
разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на
e-mail
Статистика
Основы геологии нефтяных и газовых месторождений
Геология - это наука о составе, строении и истории Земли. В настоящее
время установлено существование внутри земного шара нескольких оболочек:
литосферы, мантии и ядра. Литосфера - это внешняя твердая оболочка,
распространяющаяся на глубину 50-70 км от поверхности Земли. Ниже
литосферы расположена следующая оболочка - мантия, глубина которой до
2900 км. Наконец, в центральной части земного шара на глубине от 2900 до
6380 км расположено ядро. Все полезные ископаемые, в том числе нефть и
газ, сосредоточены в верхней зоне земного шара - литосфере. Литосферу
называют также земной корой. Земная кора сложена горными породами,
различными по составу и свойствам. Горные породы, в свою очередь,
состоят из минералов. Минералы - это природные химические соединения,
представленные приблизительно однородными по составу и физическим
свойствам телами и образующиеся при различных физико-химических
процессах, протекающих в земной коре. Горные породы - это природные
агрегатные минеральные соединения, возникшие в результате геологических
процессов и слагающие земную кору в виде самостоятельных геологических
тел. В зависимости от происхождения все горные породы принято разделять
на магматические, осадочные и метаморфические. Магматические или
изверженные горные породы - это горные породы обычно силикатного состава
(кремнеземные), образующиеся в результате застывания и кристаллизации
магмы. Осадочные горные породы - это породы, сформировавшиеся при
осаждении главным образом в водной среде минеральных и органических
веществ и последующем их уплотнении и изменении. Осадочные горные породы
наиболее распространенные, так как они покрывают около 75 % всей земной
поверхности и составляют около 10 % массы земной коры. В зависимости от
характера осаждения осадочные горные породы разделяются на обломочные,
химические и биогенные. Метаморфические горные породы включают породы,
образовавшиеся в результате изменения осадочных или магматических
(изверженных) пород при метаморфизме с полным или значительным
изменением минералогического состава, структуры и текстуры. Метаморфизм
в переводе с греческого означает "подвергнутый превращению" и связан с
изменением структуры, минералогического, а иногда и химического состава
горных пород в земной коре под влиянием повышенной температуры, давлений
и химических воздействий. Типичные метаморфические горные породы - это
мраморы, кварциты, кристаллические известняки и др.
Промышленные запасы нефти и газа сосредоточены главным образом в
осадочных горных породах (песках, песчаниках, известняках и их
конгломератах). В магматических (изверженных) и метаморфических горных
породах нефть и газ встречаются крайне редко и, как правило,
промышленного значения не имеют. Для осадочных горных пород характерно,
что они обладают слоистостью, т.е. свойством располагаться параллельными
или почти параллельными слоями. Причем каждый слой отличает свой состав,
структура, твердость и окраска, слагающих их пород. Каждый слой
осадочных пород отделен друг от друга поверхностями раздела, которые
называют поверхностями напластования. Поверхность напластования,
ограничивающая пласт снизу, называется подошвой, а ограничивающая сверху
- кровлей. Понятно, что кровля нижележащего слоя одновременно является
подошвой для вышележащего слоя. По-видимому, первичной формой залегания
слоя-пласта был горизонтально лежащий слой-пласт. Однако за миллионы лет
существования Земли в земной коре происходили и происходят различные
сдвиги и смещения. Это приводит к тому, что первичные горизонтальные
пласты осадочных пород деформируются и принимают положения, отличные от
горизонтального (наклонные пласты, складки и т.д.). Происходящие
движения в земной коре могут быть колебательными, складчатыми и
разрывными. Колебательные движения связаны с вертикальными перемещениями
отдельных участков земной коры относительно друг друга. В результате
этого горизонтальность залегания пластов осадочных пород нарушается и
образуются очень пологие прогибы, называемые синеклизами, и вздутия,
называемые антеклизами, т.е. образуются локальные нарушения
горизонтальности. Складчатые движения приводят к образованию так
называемых складок, когда пласты изгибаются волнообразно. При этом
различают два вида образующихся складок: синклинали и антиклинали.
Синклиналь - это складка, ядро которой сложено более молодыми пластами,
а по краям расположены более древние пласты. Синклиналь обычно обращена
изгибом (вершиной) вниз. Антиклиналь - складка, ядро которой сложено
более древними породами, а по краям расположены более молодые породы.
Антиклиналь обращена изгибом (вершиной) кверху. Две соседние складки -
синклиналь и антиклиналь - образуют полную складку. В земной коре редко
встречаются одиночные полные складки. Обычно в земной коре полные
складки последовательно располагаются друг за другом. Разрывные движения
- комбинация колебательных и складчатых движений, приводящих к
образованию складок разрывных форм. В процессе образования разрывных
складок породы пластов очень часто не выдерживают действующих сил и
разрываются, образуя трещины. Кроме трещин возникают также такие
разрывные нарушения, как сбросы, взбросы, сдвиги и надвиги. Сброс
образуется, когда одна часть складки опускается, а вторая остается на
месте. При взбросе, наоборот, одна часть складки поднимается, когда
вторая часть складки остается неподвижной. Разрывные движения в земной
коре бывают не только вертикальными, но и горизонтальными, способствуя
образованию при этом сдвигов. Когда такие смещения горных пород в
пластах происходят под небольшим углом наклона к горизонту, то в земной
коре образуются надвиги.
В земной коре образуется ряд геологических структур, главные из которых
- платформы и геосинклинали. Платформой называют основную тектоническую
единицу земной коры, не способную к резкому изменению своей
первоначальной структуры. Геосинклинали, наоборот, наиболее подвижные
участки земной коры, состоящие из осадочных горных пород большой
мощности (толщины) -до нескольких тысяч метров. В развитии
геосинклиналей различают две стадии:
геосинклиналь в виде морского бассейна с интенсивно прогибающимся дном,
где скапливаются достаточно мощные пласты осадочных и изверженных
(вулканических) пород;
превращение геосинклиналей за счет интенсивного поднятия земной коры в
складчатую систему с последующим превращением в горы. Примером таких гор
служат Уральские, Крымские и Карпатские. Следует отметить и примеры
развивающихся в наше время геосинклиналей (например, часть Тихого океана
с грядами Курильских островов).
Долгое время считали, что нефть в земной коре может скапливаться в
пустотах большого объема или в крупных трещинах в земной коре. Однако
еще в шестидесятых годах XIX в. великий русский ученый Д.И. Менделеев
выдвинул идею о скапливании нефти и газа в осадочных горных породах с
большим количеством мелких сообщающихся между собой пустот (наподобие
губки или поролона). Последующее изучение продуктивных пластов (нефтяных
илй газовых) при бурении скважин полностью подтвердило эту идею.
Пористость осадочных горных пород характеризуют различными параметрами
(абсолютная Пористость, коэффйциент пористости). Абсолютная или
теоретическая пористость характеризует суммарный объем пустот в горной
породе (пор, каверн, трещин). Коэффициент пористости представляет собой
отношение суммарного объема пустот в горной породе ко всему объему,
занимаемому этой породой. Естественно, чем больше объем пор или
коэффициент пористости для данной осадочной породы, тем больше жидкости
или газа может разместиться в данном объеме породы. Суммарный объем пор
в осадочной горной породе зависит от трех основных факторов: формы
зерен, составляющих горную породу; характера взаимного расположения этих
зерен; наличия цементирующих прослоек между зернами. Конечно, форма
частиц горной породы может быть самой различной. Однако гипотетически
можно представить частицы горной породы в виде мелких шариков
одинакового диаметра. В этом случае суммарный объем пор в горной породе
будет зависеть только от взаимного расположения зерен-шариков. Кроме
того, между частицами породы практически всегда присутствуют различные
склеивающие прослойки, уменьшающие размер пор или полностью
перекрывающие поры. Необходимо также учесть, что сам по себе показатель
пористости (объем пор) не является еще критерием пригодности пластов
осадочных пород для накапливания нефти или газа. Вторым показателем
пригодности осадочных пород для накапливания нефти или газа является
сообщаемость пор друг с другом. Чем больше сообщающихся пор и пустот в
осадочной горной породе, тем легче перемещаются нефть или газ по пласту.
Суммарный объем сообщающихся пор в горных осадочных породах называют
эффективной пористостью. Открытые (сообщающиеся) поры в осадочных горных
породах насыщаются жидкостью (нефтью, водой) и газом, а несообщающиеся
(изолированные) поры в этом же объеме породы заполняются другими
веществами. Для характеристики объема сообщающихся пор в осадочных
горных породах введено понятие коэффициента насыщения, который
представляет собой отношение общего объема пор и пустот, заполненных
нефтью, водой или газом, к суммарному объему всех пустот. Чем больше
коэффициент насыщения, тем больше нефти или газа может разместиться в
продуктивном пласте.
Для перемещения жидкости или газа по пласту необходимы два фактора:
наличие сообщающихся пор (каналов) достаточного диаметра и перепада
давления. Естественно, чем больше диаметр сообщающихся каналов в горной
породе, тем легче перемещается при данном перепаде давления жидкость или
газ по пласту. Способность осадочной горной породы пропускать при данном
перепаде давления газ или жидкость называют проницаемостью. При оценке
пригодности горных пород для накапливания и перемещения нефти или газа
необходимо учитывать оба показателя - как пористость, так и
проницаемость, т.е. наличия определенной пористости или только
проницаемости недостаточно, чтобы данный пласт был продуктивным. Хорошо
проницаемые породы - это пески, рыхлые песчаники, трещиноватые
известняки и др. Эти же породы обладают и хорошей пористостью. Плохо
проницаемые породы - это плотные породы, такие, как глины, гипсы, сланцы
и др. Высокопористые и хорошо проницаемые для жидкостей и газа осадочные
горные породы, способные быть вместилищем для нефти или газа, называют
коллекторами. Однако наличие таких коллекторов в земной коре еще
недостаточно для сосредоточения нефти или газа в пластах и формирования
месторождения. Необходимо, чтобы сверху и снизу коллектор был перекрыт
плотными непроницаемыми породами, предотвращающими утечки нефти и газа
из коллектора. Такой коллектор, перекрытый непроницаемой кровлей и
имеющий непроницаемую подошву, называют природным резервуаром.
Следовательно, природный резервуар для нефти или газа - это хорошо
проницаемый пористый пласт (например, пласт песка), перекрытый сверху и
снизу плохо проницаемыми пластами (например, глинистыми пластами). В
земной коре природные резервуары, как правило, насыщены водой. В связи с
этим нефть и газ, попав в такой природный резервуар, перемещаются
(мигрируют), стремясь отделиться от воды. Это происходит вследствие
разности их плотностей. Миграция нефти и газа продолжается до выхода на
поверхность земной коры или до какого-то непроницаемого препятствия. При
выходе на поверхность земной коры нефть поглощается породой, а газ
улетучивается в атмосферу. При наличии препятствия (например, слоя
глины) нефть и газ скапливаются в пласте около этого препятствия и как
бы попадают в ловушку. Ловушка представляет собой часть природного
резервуара, имеющего непроницаемые препятствия. В ловушке
устанавливается равновесие между нефтью, газом и водой. В соответствии
со своими плотностями газ в ловушке распределяется в верхней зоне, под
ним нефть, а нижнее положение занимает вода. Самыми распространенными
являются сводовые и экранированные ловушки. Сводовые ловушки
располагаются в складках-антиклиналях (в кровле и подошве расположены
плохо проницаемые породы). В тектонически экранированной ловушке
препятствием (экраном) для миграции нефти и газа служит непроницаемый
пласт, оказавшийся на конце природного резервуара при тектоническом
сдвиге. Существуют и другие типы экранированных ловушек. Если в ловушке
любого происхождения и любой формы скапливается значительное количество
нефти или газа, то такую ловушку называют залежью.
Существует определенная геологическая терминология, относящаяся к
нефтяным или газовым залежам. Так, поверхность, разделяющую нефть и воду
в залежи, называют подошвой нефтегазовой залежи или поверхностью
водонефтяного раздела. Линию пересечения этой поверхности с кровлей
пласта называют внешним контуром нефтеносности. Линию пересечения
поверхности водонефтяного раздела с подошвой пласта - внутренним
контуром нефтеносности (рис. 5). Скопление газа в залежи над нефтью
называют газовой шапкой. Поверхность раздела между газом и нефтью в
залежи называют поверхностью нефтегазового раздела. Линию пересечения
поверхности нефтегазового раздела с кровлей пласта называют внешним
контуром газоносности, а с подошвой пласта - внутренним контуром
газоносности. Для формирования газовой шапки в пласте нужны определенные
условия и, в частности, необходимо, чтобы давление в залежи было бы
равно давлению насыщения нефти газом при данной температуре в пласте.
Если же давление в пласте будет выше давления насыщения нефти газом, то
весь газ растворяется в нефти, и газовая шапка не образуется.
Чисто газовая залежь образуется, если в природном резервуаре
отсутствует нефть. Если газонефтяная залежь является массивной (рис. 6),
то внутренние контуры нефтеносности и газоносности отсутствуют.
Следовательно, геометрические размеры залежи в плане определяют по
проекции ее на горизонтальную поверхность. Высота залежи определяется
расстоянием по вертикали от подошвы залежи до ее наивысшей точки. Высота
нефтяной части залежи определяется расстоянием по вертикали от подошвы
до газонефтяного раздела. Длина залежи определяется как расстояние между
крайними точками, которые образуются при пересечении большой оси залежи
с внешним контуром нефтеносности или газоносности. Ширина залежи - это
расстояние между крайними точками, образующимися при пересечении малой
оси залежи с контуром нефтеносности или газоносности. Совокупность
залежей, находящихся в земной коре, образует нефтяное, газовое или
газонефтяное месторождение. Единичную залежь можно считать
месторождением, если запасы нефти или газа в ней позволяют считать
экономически выгодной ее разработку. Было уже показано, что в земной
коре существуют два основных вида геологических структур - геосинклинали
и платформы. В связи с этим все месторождения нефти и газа разделяют на
два основных класса - первый и второй. К первому классу месторождений
относят месторождения, сформировавшиеся в геосинклинальных (сводчатых)
областях. Ко второму классу относят месторождения, сформировавшиеся в
платформенных областях. Примером месторождений первого класса служат
месторождения Север-кого Кавказа и юго-восточной части Кавказского
хребта {в частности, месторождения Апшеронского полуострова и шельфа
Каспийского морн), месторождения Крыма, Восточных Карпат, Туркмении,
Узбекистана, Таджикистана и острова Сахалин. Примерами второго класса
месторождений служат все месторождения нефти и газа, находящиеся между
Волгой и Уралом, а также хорошо известные месторождения
Западно-Сибирского нефтегазового региона.
Но сформировавшиеся в природе залежи нефти и газа в продуктивных пластах
еще нужно обнаружить и оценить их запасы. Для этого проводят поисковые и
разведочные работы, используя геологические, геохимические и
геофизические методы. Геохимия - это наука, изучающая химический состав
Земли, распространенность и законы распределения в ней химических
элементов. Геофизика - наука, изучающая физические свойства Земли.
