«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет очного обучения института Нефти, газа и энергетики.
Кафедра Нефтегазового промысла
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
По дисциплине:
« Геология нефти и газа »
для студентов всех форм обучения специальностей:
130501 Проектирование, сооружение и эксплуатация нефтегазопроводов и нефтегазохранилищ;
130503 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений;
130504 Бурение нефтяных и газовых скважин.
бакалавров по направлению 131000 «Нефтегазовое дело»
Составитель: старший преподаватель
Шостак А.В.
КРАСНОДАР 2012
ЛЕКЦИЯ 1- ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………… 3
ЛЕКЦИЯ 2- ПРИРОДНЫЕ ГОРЮЧИЕ ИСКОПАЕМЫЕ………………………………….. 12
ЛЕКЦИЯ 3- ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ЛИТОГЕНЕЗЕ……………… ………………….19
ЛЕКЦИЯ 4 - СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ И ГАЗА…. 25
ЛЕКЦИЯ 5 - ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТИ И ГАЗА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ…………………………………………………………………….. 45
ЛЕКЦИЯ 6 - ПРОБЛЕМЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТИ И ГАЗА………………………. 56
ЛЕКЦИЯ 7 - МИГРАЦИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ……………………………………………… 62
ЛЕКЦИЯ 8 - ФОРМИРОВАНИЕ ЗАЛЕЖЕЙ………………………………………………… 75
ЛЕКЦИЯ 9 - ЗОНАЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССОВ НЕФТЕОБРАЗОВАНИЯ…………………. 81
ЛЕКЦИЯ 10- ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗМЕЩЕНИЯ СКОПЛЕНИЯ НЕФТИ И ГАЗА В ЗЕМНОЙ КОРЕ…………………………………………101
ЛЕКЦИЯ 11 - МЕСТОРОЖДЕНИЯ НЕФТИ И ГАЗА И ИХ ОСНОВНЫЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПРИЗНАКИ…………………………………………………….108
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………….112
Лекция 1 введение
Среди важнейших видов промышленной продукции одно из главных мест занимают нефть, газ и продукты их переработки.
До начала XVIII в. нефть, в основном, добывали из копанок, которые обсаживали плетнем. По мере накопления нефть вычерпывали и в кожаных мешках вывозили потребителям.
Колодцы крепились деревянным срубом, окончательный диаметр обсаженного колодца составлял обычно от 0,6 до 0,9 м с некоторым увеличением книзу для улучшения притока нефти к его забойной части.
Подъем нефти из колодца производился при помощи ручного ворота (позднее конного привода) и веревки, к которой привязывался бурдюк (ведро из кожи).
К 70-м годам XIX в. основная часть нефти в России и в мире добывается из нефтяных скважин. Так, в 1878 г. в Баку их насчитывается 301, дебит которых во много раз превосходит дебит из колодцев. Нефть из скважин добывали желонкой - металлическим сосудом (труба) высотой до 6 м, в дно которого вмонтирован обратный клапан, открывающийся при погружении желонки в жидкость и закрывающийся при ее движении вверх. Подъем желонки (тартание) велся вручную, затем на конной тяге (начало 70-х годов XIX в.) и с помощью паровой машины (80-е годы).
Первые глубинные насосы были применены в Баку в 1876 г., а первый глубинный штанговый насос – в Грозном в 1895 г. Однако тартальный способ длительное время оставался главным. Например, в 1913 г. в России 95% нефти добыто желонированием.
Целью изучения дисциплины «Геология нефти и газа является» создание базы понятий и определений, образующих фундаментальную науку - основами знаний о свойствах и составе углеводородов, их классификации, о происхождении углеводородов, о процессах формирования и закономерностях размещения месторождений нефти и газа.
Геология нефти и газа – отрасль геологии, изучающая условия образования, размещения и миграции нефти и газа в литосфере. Становлении Геологии нефти и газа как науки произошло в начале ХХ века. Ее основоположником является Губкин Иван Михайлович.
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, СН 2 и СН 3 . 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 м 3 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
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 СаСО 3 . 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 (SiO 2), полевые шпаты (KAlSi 3 O 8 ; NaAlSi 3 O 8 ∙CaAl 2 Si 2 O 8), 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.
ГеологияКонспект лекций
Типы нефтегазоносных провинций, областей и зон нефтегазонакопления.
Провинция
Нефтегазовая область
Зона нефтегазонакопления
Понятие «порода-коллектор».
Типы пустотного пространства.
Общие закономерности распределения скоплений нефти и газа в земной коре.
Нефтегазогеологическое районирование территории.
Понятие «порода-покрышка» и классификация флюидоупоров по площади распространения.
Миграция, дифференциация аккумуляция углеводородов.
Химический состав и физические свойства газов.
Химический состав и физические свойства нефти.
Терригенные коллекторы.
Соляные и сульфатные покрышки.
Виды проницаемости и методы ее определения.
Первичная и вторичная пористости.
Неорганическая и органическая теории происхождения нефти и газа.
Элементы залежи (на примере пластовой сводовой).
Виды пористости.
Глинистые и карбонатные флюидоупоры
Изменение коллекторских свойств с глубиной.
Классификация пород-коллекторов.
Природный резервуар. Типы природных резервуаров
От каких факторов зависят коллекторские свойства пород.
Понятие «ловушка для нефти и газа». Виды ловушек по происхождению.
Понятие «залежь» и местоскопление нефти и газа.
Классификация залежей
Миграция нефти и газа. Виды миграции.
Факторы, вызывающие миграцию углеводородов.
Разрушение залежей углеводородов.
Дифференциальное улавливание нефти и газа.
Классификация флюидоупоров по литологическому составу.
Стадии преобразования органического вещества в углеводородов.
Тимано-Печопская провинция. Характеристика основных месторождений.
^
1. Типы нефтегазоносных провинций, областей и зон нефтегазонакопления.
Провинция – это единая геологическая провинция, объединяющая смежные нефтегазовые области со сходными чертами в геологии, в том числе стратиграфическим основных отложений в разрезе (нефтегазоносные комплексы).
По стратиграфическому возрасту продуктивных отложений нефтегазоносные провинции подразделяются на провинции палеозойского, мезозойского и кайнозойского нефтегазонакопления.
^ Нефтегазовая область
^ Зона нефтегазонакопления
В зависимости от генетического типа составляющих ловушек зоны нефтегазонакопления подразделяются на структурные, литологические, стратиграфические и рифогенные.
Нефтегазоносные провинции, области и зоны нефтегазонакопления относятся к региональным
, а местоскопления – к локальным
скоплениям нефти и газа.
^
2. Понятие «порода-коллектор».
коллекторами. терригенные карбонатные
гранулярные или поровые трещинные (любые горные породы) и каверновые (только карбонатные породы).
Хорошими коллекторами являются пески, песчаники, кавернозные и трещиноватые известняки и доломиты.
3. Типы пустотного пространства.
Различают следующие виды пустот:
поры между зернами обломочных и некоторых карбонатных пород, обусловленные текстурными особенностями этих пород.
поры растворения (каверны выщелачивания) образуются в результате циркуляции подземных вод преимущественно в горных породах.
поры и трещины, возникающие под влиянием химических процессов (процесс доломитизации – превращение известняка в доломит, сопровождающийся уменьшением объема).
пустоты и трещины, образовавшиеся в результате выветривания.
4. Общие закономерности распределения скоплений нефти и газа в земной коре.
99.9% месторождений приурочены к осадочным скоплениям залежи и местоскопления.
Группируются в зоны нефтегазонакопления, совокупность которых образует нефтегазоносные области, объединенных в крупные нефтегазоносные провинции. Изучение условий залегания нефти и газа показывает, что на местоскоплениях могут встречаться одновременно несколько типов залежей.
В размещении скоплений нефти и газа наблюдается зональность (региональная и зональная)
Вертикальная зональность . В верхней части разреза до глубины 1.5 км содержат преимущественно скопления газа (1.5 – 3.5 км), с глубиной запасы газа сокращаются, а запасы нефти увеличиваются. Дальше (больше 4 – 5 км) вновь происходит увеличение запасов газообразных у/в и уменьшается содержание запасов нефти (газоконденсатные залежи).
Образование у/в различного фазового состояния в различных геохимических зонах
Повышенная миграционная способность газа по сравнению с нефтью
Процесс преобразования нефти в метан на больших глубинах под влиянием высоких температур
Горизонтальная (региональная) зональность. Пример: Все нефтяные местоскопления Предкавказья сосредоточены в восточной части этого региона, а газовые и газоконденсатные – в Центральной и Западной частях Предкавказья. В Западной Сибири: нефть – центральная часть, газ – обрамляет регион, причем, в основном, с Севера. Основные факторы:
Состав органического вещества
ТД и геохимическая обстановка
Условия миграции и аккумуляции
5. Нефтегазогеологическое районирование территории.
Бакиров разработал классификацию для региональных нефтегазоносных территорий. В основу этой классификации положен тектонический принцип: платформы, складчатые области, переходные области.
Основным элементом районирования является провинция.
Провинция – это единая геологическая провинция, объединяющая смежные нефтегазовые области со сходными чертами в геологии, в том числе стратиграфическим положением основных отложений в разрезе (нефтегазоносные комплексы).
Провинции, относящиеся к платформам: Волго-Уральская, Тимано-Печорская. Прикаспийская, Ангаро-Ленская, Западно-Сибирская.
Провинции, относящиеся к складчатым областям: Закавказская, Тянь-Шань-Памирская, Дальневосточная, Западно-Туркменская.
Провинции, относящиеся к переходным областям: Предкарпатская, Предкавказкая, Предуральская, Предверхоянская.
Каждая провинция состоит из нескольких нефтегазоносных областей.
^ Нефтегазовая область – территория, приуроченная к одному из крупных геоструктурных элементов, характеризующаяся общностью геологической истории развития, включающая в себя ряд зон нефтегазонакопления.
^
Зона нефтегазонакопления
– ассоциация смежных, сходных по геологическому строению месторождений с общими условиями формирования.
6. Понятие «порода-покрышка» и классификация флюидоупоров по площади распространения.
покрышками (флюидоупорами).
По площади распространения выделяют следующие типы флюидоупоров:
региональные – толщи практически непроницаемых пород, распространенные в пределах нефтегазоносной провинции или большей ее части;
субрегиональные – толщи практически непроницаемых пород, распространенные в пределах нефтегазоносной области или большей ее части;
зональные – толщи, распространенные в пределах зоны или района нефтегазонакопления;
локальные – распространены в пределах отдельных местоскоплений.
^ 7. Миграция, дифференциация аккумуляция у/в.
Миграция – это перемещение в осадочной оболочке. Путями миграции служат поры, трещины, каверны, а также поверхности наслоений, поверхности разрывных нарушений.
Нефть и газ при миграции в свободной фазе перемещаются в пласте-коллекторе и в первой же ловушке, встреченной ими, будет происходить их аккумуляция , и в результате образуется залежь.
Если же нефти и газа достаточно для заполнения целого ряда ловушек, лежащих на пути их миграции. То первая заполняется только газом, вторая – может нефтью и газом, третья – лишь нефтью. В этом случае происходит так называемая дифференциация
нефти и газа.
8. Химический состав и физические свойства газов.
Природные газы – это смесь различных газов. Наиболее распространены – CH4, N2, CO2.
Классификация природных газов по Соколову В.А.:
атмосферные газы (Наличие свободного О2 – отличительная особенность. Главные компоненты - N2 (78%), O2 (20-21%), Ar (1%), CO2 (0.03%), Ne, He, H).
газы земной поверхности (На земной поверхности процессы газообразования интенсивно протекают в условиях заболоченных площадей и в илистых отложениях на дне водоемов – CH4, H2S, CO2).
газы осадочной толщи (Среди газов осадочной толщи промышленные скопления образуют:
сухие (хим. состав до 99% СН4).
попутные нефтяные (газы, растворенные в нефтях, высших у/в до 50% (С2Н6, С3Н8, С4Н10...), жирные (богатые) газы).
газы конденсатных месторождений (ρ=0.69-0.8 г/см3 – очень свободная нефть, практически полностью выкипает до 300 С и не содержит см-асф. веществ. В газах этих месторождений до 10% и более тяжелых у/в.
газы каменно-уг. месторождений (обычно содержат много СН4 и обычно обогащены СО2 и N2, тяжелые у/в, как правило, в них отсутствуют).
газы изверженных пород
Свободные газы содержатся в порах горных пород, встречаются в рассеянном виде и в виде скоплений.
Сорбированный газ удерживается на поверхности частиц породы (адсорбция), либо пронизывает всю массу этих частиц (абсорбция).
В группу растворенных газов входят газы жидких растворов. Они распространены в водных растворах и в нефтях.
Свойства газа:
плотность.
вязкость.
диффузия – взаимное проникновение одного вещества в другое через поры при их соприкосновении. Разность концентрации газа в смежных частицах горных пород, как правило, прямопропорциональна давлению и коэффициенту растворимости.
растворимость газов . Коэффициент растворимости газов в воде зависит от температуры и минерализации воды:
растворимость у/в газов в нефти в 10 раз больше, чем в воде.
жирный газ растворяется в нефти лучше, чем сухой.
более легкая нефть растворяет газа больше, чем тяжелая.
9. Химический состав и физические свойства нефти.
Темно-коричневая, почти черная вязкая жидкость, жирная на ощупь, состоящая из у/в соединений.
^ Хим. Состав . С-83-87%. Н-11-14%. S, N, O-всегда присутствуют в нефти, их 1-3%.
Всего в нефти выделено около 500 соединений:
у/в соедин. [ алканы (метановые, парафиновые), циклоалканы (нафтеновые), арены (ароматические)];
гетероорганические (все соедин. S, N, O).
^ Физ. Свойства .
Плотность – масса вещества в единице объема. (г/см3)
Вязкость – способность жидкости оказывать сопротивление при перемещении ее частиц друг относительно друга под влиянием действующих сил.
Величина, обратная вязкости – текучесть (чем больше температура, тем больше текучесть).
^ Поверхностное натяжение – это сила, с которой нефть сопротивляется изменению гладкой поверхности.
Нефть обладает оптической активностью , т.е. способностью вращать плоскость поляризации светового луча.
Люминесценция – способность светиться при солнечном свете.
Температура кипения нефтей: легкие легче, чем тяжелые.
Температура застывания нефтей: зависит от содержания парафинов.
10. Терригенные коллекторы.
Образуются в результате механического разрушения ранее существовавших горных пород. Самые распространенные: пески, песчаники, гравелиты, когломераты, брекчии, алевролиты. Крупные обломки накапливаются вблизи разрушающихся горных пород, а мелкие – дальше. Основная масса терригенных коллекторов характеризуется межзерновым (поровым) пространством – это межзерновые или гранулярные коллекторы. Однако среди терригенных коллекторов встречаются и коллекторы со смешанным характером пустотного пространства. Выделяются трещинно-поровые и даже кавернозно-поровые разности.
^ 11. Соляные и сульфатные покрышки.
К соляным и сульфатным породам относятся гипсы, ангидриты, каменная соль. Это породы светлых тонов кристаллической структуры, плотные, крепкие. Образовались в результате выпадения солей из неглубоких водоемов, сообщающихся с морем. Самой лучшей и распространенной соляной покрышкой является каменная соль.
^
12. Виды проницаемости и методы ее определения.
Проницаемость – способность породы пропускать сквозь себя жидкость или газ при наличии перепада давления.
За единицу проницаемости в 1 Дарси принимается такая проницаемость, при которой через поперечное сечение в 1 см2 при перепаде давления в 1 атм. за 1 сек. проходит 1 см3 флюида с вязкостью 1 сантиПуаз. Очень часто породы, обладая большой пористостью. Практически лишены проницаемости, например глины (пористость – 40-50%, проницаемость – 0).
Виды проницаемости:
абсолютная (физическая) – это проницаемость пористой среды для газа или однородной жидкости при отсутствии физико-химических взаимодействий между жидкостью и пористой средой и при условии полного заполнения пор среды жидкостью или газом.
эффективная (фазовая) – это проницаемость пористой среды для данного газа или жидкости при одновременном наличии в порах другой среды.
относительная – отношение эффективной пористости к абсолютной.
При одном и том же содержании цементирующего вещества в породе резкое падение проницаемости наблюдается у пород с большой плотностью, плохой отсортированностью и окатанностью зерен или обломков.
Также коллекторы характеризуются разной величиной проницаемости вдоль напластования и перпендикулярно к нему.
Пористость и проницаемость могут быть практически определены:
лабораторным путем при наличии образцов из скважин или из естественных отложений
по промысловым данным
по комплексным данным промысловой геофизики
13. Первичная и вторичная пористости.
Пористость
^ Первичная пористость – это когда поры между частицами породы образуются одновременно с породой. К ним относятся поры между зернами пород, обусловленные текстурными особенностями этих пород.
^
Вторичная пористость
возникает после формирования породы в результате циркуляции подземных вод, под влиянием химических процессов, в результате выветривания, в результате тектонических движений.
^
14. Неорганическая и органическая теории происхождения нефти и газа.
Основные позиции неорганической теории
Имеет небольшое количество сторонников. Основные положения были намечены Менделеевым.
Развитие астрономии и изучение спектра космических тел показали во многих из них наличие соединений углерода с водородом. Например: в газовой оболочке головы кометы обнаружено присутствие CH4, CO, CO2, CN. В планетах тоже обнаружено присутствие у/в. В атмосфере Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна найден СН4.
В современных вулканических газах присутствуют горючие газы. Однако содержание СН4 – 0.004%.
Возможный синтез у/в неорганическим путем. Доказано простейшими химическими экспериментами в XIX в, однако эти эксперименты не соответствовали условиям, которые могли наблюдаться на Земле в какую-либо из стадий ее развития.
Наличие нефти или ее признаков в изверженных или метаморфических породах. (30 пром. залежей.)
Существует гелиевый метод для определения условного возраста нефтей и природных газов. Расчеты показали, что в большинстве возраст нефти и газа соответствует возрасту вмещающих пород.
Имеет большое количество сторонников. Основные положения были намечены Ломоносовым. Опубликованы Губкиным в книге «Учение о нефти».
99.9% промышленных скоплений нефти и газа приурочено к осадочным толщам.
Сосредоточение наибольших ресурсов у/в в отложения геологических периодов, отличавшихся активной жизнедеятельностью организмов биосферы.
Отмечается структурные сходства ряда органических соединений, обнаруженных в осадках с у/в, составляющими основную массу нефти.
Сходства изотопных составов S и С, содержащихся в нефтях и органическом веществе вмещающих пород. В составе органического вещества можно выделить липоиды, белки, углеводы (после отмирания растительного и животного мира).
Белки – C, H, N, S, O, P. При анаэробных условиях белки легко разрушаются с образованием жирных и аминокислот. Многие ученые рассматривают белки в качестве исходного материала для образования нефти.
Углеводы. Обнаружение в нефти хлорофилла и его производных дает основание полагать участие в образовании нефти растительного материала.
Газ, нефть и вода располагается в ловушке в соответствии с их плотностью. Газ, как наиболее легкий, находится в кровельной части природного резервуара под покрышкой. Ниже поровое пространство заполняется нефтью. А еще ниже – водой.
Газовая шапка, нефтяная часть залежи, газо- и водонефтяной контакт.
^
16. Виды пористости.
Пористость – это объем пустотного пространства в породе-коллекторе, зависит от текстурно-структурных особенностей породы.
В коллекторах, состоящих из обломочных пород, пористость зависит от размера, формы, сортированности области материала, системы укладки этого материала, а также состава, количества и характера распределения цементирующих веществ.
Различают пористость общую и открытую.
^ Общая (полная или абсолютная) – это объем всех пустот пород, включая поры, каверны, трещины, связанные и несвязанные между собой.
Открытая – это объем только сообщающихся между собой пор. Открытая пористость меньше общей на объем изолированных пор.
Коэффициент открытой пористости
– это отношение объема сообщающихся пор к объему горной породы. выраженное в процентах.
^
17. Глинистые и карбонатные флюидоупоры
Глинистые покрышки состоят из частиц размером менее 0.01 мм. В их составе кроме обломочного материала также присутствуют глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др.). Это продукт химического разложения магматических пород. Они выносятся водами. Коэффициент пористости глин достигает 50%. .Однако, глины выполняют роль покрышек, т.к. они практически непроницаемы, потому что тончайшие поры в глинах не сообщаются между собой. Различают аргиллитовые, пеллитовые и др. глинистые покрышки.
Карбонатные покрышки образовались в результате выпадения солей из водных растворов в неглубоких водоемах, сообщающихся с морем. К ним относятся известняки различного происхождения, доломиты без признаков свободного пространства в них. Они часто глинистые, плотные, нередко окремнелые.
^
18. Изменение коллекторских свойств с глубиной.
С увеличением глубины залегания пород под влиянием геостатического давления увеличивается их плотность, а следовательно пористость уменьшается и ухудшаются емкостно-фильтрационные свойства.
Это относится преимущественно к гранулярным коллекторам (пески, песчаники, алевролиты).
Улучшение коллекторских свойств с глубиной наблюдается у карбонатных и других сильноуплотненных хрупких пород, подверженных растрескиванию под влиянием тектонических и других процессов.
В терригенных горных породах – коллекторах вторичная пористость на больших глубинах при высоких температурах возникает в результате выщелачивания и растворения карбонатного или карбонатно-глинистого цемента под воздействием агрессивных горячих вод, насыщенных углекислотой.
^
19. Классификация пород-коллекторов.
Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке, называются коллекторами. Абсолютное большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. Коллекторами нефти и газа являются как терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы), так и карбонатные (известняки, мел, доломиты) породы.
Все коллекторы по характеру пустот подразделяют на три типа: гранулярные или поровые (только обломочные горные породы), тре-щинные (любые горные породы) и каверновые (только карбонатные породы).
Выделяют 3 больших группы коллекторов: равномернопроницаемые, неравномернопроницаемые, трещиноватые.
Выделяются 5 классов коллекторов по величине открытой пористости:
Пористость >20%
Пористость 15-20%
Пористость 10-15%
Пористость 5-10%
Пористость <5%
По характеру и природе порового пространства коллекторы делятся на 2 большие группы:
Коллекторы с межзерновыми (межгранулярными) порами – пески, песчаники, алевролиты
^ Коллекторы с межагрегатным поровым пространством – карбонатные породы (известняки и доломиты), в которых развиты трещиноватость или кавернозность.
коллекторы региональные . Они развиты в пределах значительной площади областей генерации и аккумуляции у/в.
коллекторы зональные . Имеют меньшую площадь распространения, охватывают зоны нефтегазонакопления или части нефтегазоносных областей.
коллекторы локальные . Развиты в пределах локальных структур или в пределах группы нескольких смежных местоскоплений.
^ 20. Природный резервуар. Типы природных резервуаров .
Природный резервуар – естественное вместилище для нефти и газа, внутри которого возможна циркуляция флюидов. Форма (морфология) природного резервуара определяется соотношением в разрезе и по площади пород-коллекторов с вмещающими в них слабопроницаемыми породами.
Различают 3 типа природных резервуаров:
пластовый
массивный
литологически ограниченный со всех сторон
^ 21. От каких факторов зависят коллекторские свойства пород.
Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке, называются коллекторами. Абсолютное большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. Коллекторами нефти и газа являются как терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы), так и карбонатные (известняки, мел, доломиты) породы.
Все коллекторы по характеру пустот подразделяют на три типа: гранулярные или поровые (только обломочные горные породы), трещинные (любые горные породы) и каверновые (только карбонатные породы).
Из определения пород-коллекторов следует, что они должны обладать емкостью, т.е. системой пустот - пор, трещин и каверн. Однако далеко не все породы, обладающие емкостью, являются проницаемыми для нефти и газа, т.е. коллекторами. Поэтому при изучении коллекторских свойств горных пород определяют не только их пустотность, но и проницаемость. Проницаемость горных пород зависит от поперечных (к направлению движения флюидов) размеров пустот в породе. Кроме этого горная порода должна обладать высоким коэффициентом нефтегазонасыщенности.
^
Вывод: Основными показателями коллекторских свойств горных пород является пористость, проницаемость и нефтегазонасыщенность.
22. Понятие «ловушка для нефти и газа». Виды ловушек по происхождению.
Ловушка - это часть природного резервуара, где уменьшаются скорости движения флюидов - воды, нефти, газа - происходит их дифференциация, и возникают скопления нефти и газа. Ловушка - это препятствие на пути движения пластовых флюидов. В строении ловушки участвуют коллектор и ограничивающие его непроницаемые отложения. Возникают ловушки на перегибах пласта-коллектора, в участках ограничения его тектоническими, стратиграфическими и литологическими экранами, в выступах и линзах.
По происхождению различают следующие ловушки:
структурные - образованные в результате изгиба слоев или разрыва их сплошности;
стратиграфические - сформированные в результате эрозии пластов-коллекторов во время перерыва в накоплении осадков (в эпоху восходящих движений) и перекрытия их затем непроницаемыми породами (в эпоху нисходящих движений). Как правило, толщи пород, образовавшиеся после перерыва в осадконакоплении, характеризуются более простыми структурными формами залегания. Поверхность, отделяющая эти толщи от толщ, возникших ранее, называется поверхностью стратиграфического несогласия;
литологические - образованные в результате литологического замещения пористых проницаемых пород непроницаемыми;
рифогенные - сформированные в результате отмирания организмов-рифостроителей (кораллов, мшанок), накопления их скелетных остатков в форме рифового тела и последующего его перекрытия непроницаемыми породами.
Каждая ловушка имеет различный генезис:
Тектонический,
Седиментационный,
Денудационный .
23. Понятие «залежь» и местоскопление нефти и газа.
Залежь нефти и газа представляет собой естественное локальное промышленное скопление нефти и газа в проницаемых коллекторах (ловушках) различного типа. Залежь образуется в той части резервуара, в которой устанавливается равновесие между силами, заставляющими перемещаться нефть и газ в природном резервуаре, и силами, препятствующими этому перемещению.
Местоскопление – это совокупность залежей, приуроченных к одной или нескольким ловушкам в недрах одной и той же ограниченной по размерам площади.
Местоскопления бывают локальные (залежи и местоскопления) и региональные (зоны нефтегазонакопления, нефтегазоносные области и провинции).
^
24. Классификация залежей
.
Залежью нефти и газа называют скопление полезного ископаемого, возникшее под влиянием гравитационных сил в ловушке природного резервуара. Залежь образуется в той части резервуара, в которой устанавливается равновесие между силами, заставляющими перемещаться нефть и газ в природном резервуаре, и силами, препятствующими этому перемещению.
Залежи делятся на:
Структурные
Группа антиклинальных структур. Они приурочены к локальным поднятиям различного вида:
Сводовые залежи
Висячие залежи (располагаются на крыльях складки)
Тектонически-экранированные (формируются вдоль сбросов и взбросов)
Приконтактные (образуются на контакте продуктивного горизонта с соленым штоком или вулканогенными образованиями)
Группа моноклинальных структур . Связаны с флексурными образованиями или со структурными носами, или с разрывными нарушениями.
Группа синклинальных структур . Формируется в практически безводных коллекторах под действием сил гравитации, встречается крайне редко.
Рифогенные. В рифогенном массиве кавернозность и трещиноватость очень неоднородна, поэтому коллекторские свойства могут меняться даже на незначительных расстояниях и дебиты скважины в различных частях массива неодинаковы.
Литологические.
Литологически-экранированные:
Участки выклинивания коллекторов
Участки замещения проницаемых пород непроницаемыми
Литологически-ограниченные :
Песчаные образования русел палеорек
Линзовидные коллекторы
Стратиграфические . Залежи в коллекторах, срезанных эрозией и перекрытых непроницаемыми породами более молодого возраста.
25. Миграция нефти и газа. Виды миграции.
Миграция – это перемещение в осадочной оболочке.
Путями миграции служат поры, трещины, каверны, а также поверхности наслоений, поверхности разрывных нарушений. Миграция может происходить в одной и той же толще или пласта (внутрипластовая, внутрирезервуарная), а также она может быть из одного пласта в другой (межпластовая, межрезервуарная). Первая осуществляется по порам и трещинам, а вторая – по разрывным нарушениям и стратиграфическим несогласиям. И та, и другая могут иметь боковое напряжение (вдоль напластования пластов) - латеральная, вертикальная миграция (перпендикулярно напластованию пластов).
В зависимости от физического состояния у/в различаются:
Молекулярная (движение у/в в растворенном состоянии вместе с водой)
Фазовая (у/в находятся в свободном состоянии)
По отношению к нефтегазоматеринским толщам:
Первичная – процесс перехода у/в из пород, в которых они образовались, в коллекторы.
Вторичная – перемещение у/в по породам-коллекторам, по разрывным нарушениям, трещинам и т.д.
26. Факторы, вызывающие миграцию у/в.
Давление статистическое и динамическое .
Динамическое давление – это действие тектонических сил, выводящих породы из нормального залегания и сминающих их в складки.
Под действием тектонических сил породы бывают разбиты разрывными нарушениями и по ним происходит перераспределение давления, также разрывы и трещины служат путями миграции нефти, газа и воды. При складкообразовании часть пород оказывается поднятой на значительную высоту и подвергается эрозии (разрушению). Эрозия, с одной стороны, влияет на изменение давления в земной коре, а с другой стороны может привести к разрушению слоев, содержащих нефть и газ.
^ Гравитационный фактор .
^ Гидравлический фактор.
^ Капиллярное и молекулярное явления.
Энергия газа.
Силы расширения жидкости.
27. Разрушение залежей у/в.
Скопления нефти и газа, образованные в результате миграции и аккумуляции их в ловушках, в последующем могут быть частично или полностью разрушены под влиянием тектонических, биохимических, химических и физических процессов.
Тектонические движения могут привести к исчезновению ловушки вследствие ее наклона или образования дизъюнктивного нарушения, тогда нефть и газ из нее будут мигрировать в другую ловушку или на поверхность. Если в течение продолжительного времени крупные территории испытывают восходящие движения, то нефтегазосодержащие породы могут быть, выведены на поверхность и УВ рассеятся.
Биохимические реакции при наличии разлагающих УВ бактерий и химические процессы (окисление) также могут привести к уничтожению скоплений нефти и газа. К разрушению могут привести в ряде случаев и диффузионные процессы.
^
28. Дифференциальное улавливание нефти и газа.
Нефть и газ при миграции в свободной фазе перемещаются в пласте-коллекторе в направлении максимального угла восстания пласта. В первой же ловушке, встреченной мигрирующими газом и нефтью, будет происходить их аккумуляция и в результате образуется залежь. Если нефти и газа достаточно для заполнения целого ряда ловушек, лежащих на пути их миграции, то первая ловушка заполнится газом, вторая может быть заполнена нефтью и газом, третья - лишь нефтью, а все остальные, расположенные гипсометрически выше, могут оказаться пустыми (содержать воду). В этом случае происходит так называемое дифференциальное улавливание нефти и газа . Теория дифференциального улавливания нефти и газа при миграции их через цепочку сообщающихся друг с другом ловушек, расположенных одна выше другой, была разработана советскими учеными В.П. Савченко, С.П. Максимовым. Независимо от них принцип этот был сформулирован и канадским геологом В. Гассоу.
Миграция нефти и газа в свободном состоянии может осуществляться не только внутри пласта-коллектора, но и через разрывные смещения, что также приводит к формированию залежей.
Если в пласте-коллекторе происходит движение нефти с растворенным в ней газом, то на больших глубинах ловушки будут заполнены нефтью (и растворенным в ней газом). После заполнения этих ловушек нефть будет мигрировать вверх по восстанию пластов. На участке, где пластовое давление окажется ниже давления насыщения, газ будет выделяться из нефти в свободную фазу и поступать вместе с нефтью в ближайшую ловушку. В этой ловушке может образоваться нефтяная залежь с газовой шапкой, или, если газа будет много, она заполнится газом, а нефть будет вытеснена им в следующую гипсометрически выше расположенную ловушку, которая будет содержать газонефтяную или нефтяную залежь. Если нефти или газа не хватит для заполнения всех ловушек, то наиболее высоко расположенные из них будут заполнены только водой. Таким образом, дифференциальное улавливание нефти и газа имеет место при формировании их залежей только в тех случаях, когда движение и нефти, и газа осуществляется в свободной фазе.
^
29. Классификация флюидоупоров по литологическому составу.
Перекрывающие нефтяные и газовые залежи, непроницаемые или плохопроницаемые породы, называются покрышками (флюидоупорами).
Породы-покрышки различаются по характеру распространения и протяженности, по мощности, по литологическим особенностям, по наличию или отсутствию нарушений сплошности, однород-ности сложения, плотности, проницаемости, минеральному составу.
По литологическому составу флюидоупоры делятся на:
однородные (глинистые, карбонатные, галогенные) – состоят из пород одного литологического состава.
неоднородные:
смешанные (песчано-глинистые, глинисто-карбонатные, терригенно-галогенные и др.) – состоят из пород различного литологического состава, не имеющих четко выраженной слоистости.
расслоенные – состоят из чередования прослоев различных литологических разностей пород.
^ 30. Стадии преобразования органического вещества в у/в.
Современное представление о биогенной теории происхождения нефти и газа сводится к следующим стадиям преобразования органического вещества в у/в:
накопления органического вещества
генерации
миграции у/в
аккумуляции
консервации у/в
разрушения (перераспределения)
^ 31. Тимано-Печопская провинция. Характеристика основных месторождений.
Расположена на С-В Европейской части России. Площадь провинции – 350 тыс км2. С Востока и С-В граничит с Уральскими и Пайхоем, с Запада – Тиманский кряж, с Севера – Баренцево море.
Тектоническое отношение: Русская платформа (является северо-восточной окраиной), в печорской синеклизе, палеозойские и мезозойские осадочные отложения (7-8 км).
Основное промышленное значение имеют среднедевонские песчаные коллекторы, которые с вышележащими верхнедевонскими породами образуют единый терригенный нефтегазоносный комплекс, продуктивный на всей территории.
Каменноугольно-Нижнепермский нефтегазовый комплекс, сложенный карбонатными породами: коллекторами служат трещиноватые и кавернозные известняки, продуктивные на всей территории.
Вуктыльское, Ярегское, Усинское. Войвожское, Шапкинское, Западно-Тэбукское, Нибельское, Турчаниновское, Возейское, Харьягинское месторождения.
^ Усинское месторождение нефти связана с крупной антиклинальной складкой. Девон: 33*12 км, амплитуда – 500 м. 2 нефтяные залежи:
в среднедевонских терригенных коллекторах на глубине 2900-3100 м открыта основная литолого-стратиграфическая залежь легкой нефти.
средний карбон, карбонатная толща (1100-1400 м 0, массивная сводовая залежь тяжелой нефти (высота 300 м).
Основным промышленным объектом является пласт среднего девона общей мощностью около30 м.
Песчаники с линзами и прослоями алевролитов и аргиллитов. Тяжелая нефть – 0.95 г/см3.
^ Вуктыльское газоконденсатное месторождение. Крупная антиклинальная складка, в геологическом строении ордовик, селур, каменноугольный, пермский, девонский, триасовый. Амплитуда по нижнепермским отложениям – 1500 м. 2 газоконденсатные залежи:
основная из них приурочена к мощной карбонатной массивной толще пермско-каменноугольного возраста. Мощность 800 м.
в песчаниках нижнекаменноугольной толще. Относится к пластовым сводовым. Коллекторами служат глины.
Нефть и природный газ. Нефть, её элементный состав. Краткая характеристика физических свойств нефти. Углеводородный газ. Компонентный состав и краткая характеристика физических свойств газа. Понятие о конденсате
Условия залегания нефти, природного газа и пластовой воды в земной коре. Породы-коллекторы. Литологические типы пород-коллекторов. Поровые пространства в горных породах, их виды, форма, размеры. Коллекторские свойства горных пород. Пористость, трещиноватость. Проницаемость. Карбонатность. Глинистость. Методы изучения коллекторских свойств. Нефтегазонасыщенность пород-коллекторов. Породы-покрышки.
Понятие о природных резервуарах и ловушках. Понятие о залежах и месторождениях нефти и газа. Водонефтяные, газонефтяные контакты. Контуры нефтегазоносности. Классификация залежей и месторождений
Происхождение нефти и газа. Миграция и аккумуляция углеводородов. Разрушение залежей.
Пластовые воды нефтяных и газовых месторождений, их промысловая классификация. Общие сведения о давлении и температуре в нефтяных и газовых пластах. Аномально высокие и аномально низкие пластовые давления. Карты изобар, их назначение.
Понятие о нефтегазоносных провинциях, областях и районах, зонах нефтегазонакопления. Основные нефтегазоносные провинции и области России. Крупнейшие и уникальные нефтяные и нефтегазовые месторождения России
Методические указания
При бурении нефтяных и газовых скважин и разработке нефтяных и газовых месторождений основополагаюшими являются знания по нефтяной геологии, а именно, необходимо знать состав и физические свойства нефти и газа, условия их залегания в земной коре. Всегда остается актуальным вопрос о происхождении нефти. Сегодня ученые пытаются выйти за рамки общепризнанной органической теории происхождения, чтобы совершать открытие новых месторождений. Однако для начала, изучите сущность органической и неорганической теорий происхождения нефти и газа и доказательства в пользу каждой из них.
Порода-коллектор-это порода, способная содержать в себе нефть и газ и отдавать их при перепаде давления. Породами - коллекторами могут быть пески и песчаники, алевриты и алевролиты (терригенные), известняки и доломиты (карбонатные).
Газ, нефть, воды в пределах ловушки распределяются под действием гравитационных сил в зависимости от их плотности. Газ, как наиболее легкий флюид, располагается в верхней части ловушки, под ним залегает нефть, под нефтью - вода. ВНК- водонефтяной контакт, ГНК- газонефтяной контакт, ГВК- газоводяной контакт. Зарисуйте газонефтяную залежь и подпишите ГНК и ВНК. Рассмотрите и зарисуйте различные типы ловушек и залежей.
Изучите принципы районирования нефтегазоносных территорий. Основным является тектонический принцип. Большая часть нефтегазоносных провинций России находится в пределах платформенных территорий. С ними связаны провинции преимущественного палеозойского и мезозойского нефтегазонакопления. На территории России и сопредельных государств расположены две древние платформы - Русская и Сибирская. На Русской платформе выделяют Волго-Уральскую, Тимано-Печорскую, Прикаспийскую, Прибалтийскую нефтегазоносные провинции. На Сибирской платформе выделяют Лено-Тунгусскую, Лено-Вилюйскую, Енисейско-Анабарскую нефтегазоносные провинции. Выше перечислены провинции древних платформ, а к молодым платформам приурочены Западно-Сибирская и Северо-Кавказская нефтегазоносные провинции. Провинции складчатых территорий приурочены к межгорным впадинам, прогибам в основном альпийской складчатости (Дальневосточная). Провинции переходных территорий соответствуют предгорным прогибам - Предкавказская Предуральская, Предвехоянская нефтегазоносные провинции. В пределах провинций выделяют нефтегазоносные области, внутри областей – нефтегазоносные районы, внутри районов – зоны нефтегазонакопления, которые состоят из месторождений.
Литература1, стр.126-203
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое нефть, какие химические элементы входят в ее состав?
2. Классификация нефти по товарным качествам.
3. Что такое плотность, вязкость нефти и чему она равна? Единицы измерения. От каких факторов зависит плотность нефти? Где плотность нефти больше: в пластовых или поверхностных условиях? Поясните почему?
4. Какие оптические свойства, тепловые и электрические нефти вы знаете?
5. Чему равны объемный и пересчетный коэффициенты, усадка нефти? Почему необходимо их применение в практике. Что такое давление насыщения, газовый фактор и газосодержание?
6. Какой химический состав имеют природные углеводородные газы? Расскажите о плотности и вязкости природных углеводородных газов.
7. Что понимают под «сухим» и «жирным» углеводородным газом?
8. Расскажите о сжимаемости и растворимости природных углеводных газов.
9. Что представляет собой конденсат? Какой его состав и плотность? Что представляют собой газогидраты?
10. Какой химический состав и свойства имеют пластовые воды нефтяных и газовых месторождений?
11. Что такое минерализация и как она изменяется с глубиной?
12. От чего зависит плотность и вязкость пластовых вод? От чего зависит сжимаемость пластовых вод? Каковы электрические свойства пластовых вод и от чего они зависят?
13. Назовите типы вод классификации Сулина, какие из них сопутствуют нефти?
14. Какие горные породы называются коллекторами? Назовите литологические типы пород-коллекторов.
15. Какие виды пустотного пространства бывают? Охарактеризуйте их.
16. Что понимается под пористостью пород-коллекторов? Приведите коэффициенты общей и открытой пористости.
17. Что такое проницаемость? Назовите размерность проницаемости. Закон Дарси.
18. Что понимается под нефтенасыщенностью (газонасыщенностью)?
19. Что называется породами-покрышками? Какие породы ими могут быть?
20. Природные резервуары и ловушки нефти и газа. Залежи нефти и газа. Приведите понятия.
21. Что называется природными резервуарами? Нарисуйте их типы.
22. Что называется ловушкой нефти и газа? Приведите рисунки ловушек различного типа.
23. Что такое залежь нефти и газа, месторождение нефти и газа? Нарисуйте
газонефтяную залежь, нефтяную залежь, газовую залежь?
24. Как в ловушке распределяются газ, нефть, вода? От какого фактора зависит
Газ – в виде пузырьков или газовых фонтанов (грязевые конусы, от метра до сотен метров) Пример. Апшеронский полуостров, «вулкан» Тоурагай – 300 м. Конусы наблюдаются в Иране, Мексике, Румынии, США.
Естественные выходы нефти – со дна водоемов, выделяется со дна Каспийского моря, трещины, нефтяные конусы, породы пропитанные нефтью. Дагестан, Чечня, Апшеронский, Таманский полуостров. Такие проявления характерны для сильно изрезанной местности, где горные складки врезаются в пласты. Встречаются нефтяные озера до 50 га. Вязкая окисленная нефть. Породы, пропитанные нефтью, именуются «Кирами», например пропитанный известняк. Кавказ, Туркмения, Азербайджан.
Сначала достаточно было естественных источников. Росла потребность в энергии. Закладка колодцев в местах выхода увеличивала дебит.
Простейший метод разведки – это бурение скважин на прямой соединяющей два естественных выхода или две уже действующие скважины. Закладка скважин вслепую. (случай с вороной).
Бурение одной скважины стоит около трех миллионов рублей. И только одна из десяти скважин может дать нефть. Проблема - повысить вероятность обнаружения нефти.
В основе этого – наука геология – состав, строение, история Земли, а так же методов поиска и разведки нефтегазовых месторождений.
Состав и возраст земной коры. Характер основных пород.
Состав и возраст земной коры
Земная кора сложена из пород, которые по происхождению делятся на три группы: магматические (изверженные), осадочные м метаморфические (видоизмененные) (метаморфоза)
Магматические – образовались в результате застывания и кристаллизации магмы, после ее внедрения в земную кору или излияния на поверхность имеют в основном кристаллическую структуру. Признаков животных и растительных остатков в них нет. Это очень крепкие, монолитные, однородные массивы, слагающие базальтовый и гранитный слои земной коры.
Осадочные - результат осаждения органических и неорганических веществ на дне бассейнов и поверхности материков. Ледниковые морены. Они делятся – на обломочные (валуны, гравий пески, песчаник, глины,) , породы химического происхождения - выпадение солей и водных растворов, или химических реакций в земной коре (гипс, каменная соль, бурые железняки, кремнистые туфы), органического (окаменелые останки) и смешанного (смесь – обломочных, химических, органических пород) мергели, глинистые и песчаные известняки.
Толщина осадочного слоя 15 -20 км. Осадочные породы составляют около 10% массы земной коры и покрывают 75% поверхности Земли.
Более ¾ всех полезных ископаемых – уголь, нефть, газ, руды железа и марганца, россыпи золота, платины, алмазов – связаны с осадочными породами.
Метаморфические – образовались из магматических и осадочных пород под воздействием высоких температур и давления (сланцы, мрамор, яшмы и тд)
Основные залежи нефти и газа сосредоточены в осадочных породах, Есть и исключения. Осадочные породы залегают в пониженных областях континентов и водных бассейнов. В них присутствую признаки животных и растительных субстанций в виде окаменелостей или отпечатков.
Определенные виды органики существовали в определенные временные отрезки, поэтому возраст пород логично увязать с наличием этих признаков.
В геологии определение возраста горных пород исчисляется в привязке к периоду существования определенного вида растительного и животного мира.
Геохронология земной коры.
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, тои возраст пород стало возможным увязать с наличием тех или иных останков.
Время формирования земной коры 3-3,5 млрд. лет делится на эры, которые подразделяются на периоды, периоды –на эпохи, эпохи – на века.
Толща горных пород, образовавшаяся в течение эры, называется группой, в течение периода – системой, в течение эпохи - отделом, в течение века - ярусом. Толщина горн пород образованная в эру – группа, в течении периода – системой, в течение эпохи – отделом, в течение века – ярусом.
Древнейшая эра – археозойская - «эра начала жизни». В породах этого возраста останки растительности и животных встречаются очень редко.
Следующая эра - протерозойская - «заря жизни». В породах этой эры встречаются окаменелости беспозвоночных животных и водорослей.
Палеозойская эра , т.е. «эра древней жизни», характеризуется бурным развитием животного и растительного мира, интенсивными горообразовательными процессами. В этих породах найдены больше запасы угля, нефти, газа, сланцев.
В этих породах найдены большие залежи угля, нефти, газа и сланца.
Мезозойская , т.е. «эра средней жизни», также характеризуется благоприятными условиями для образования углеводородов и угля.
Кайнозойская эра, т.е. «эра новой жизни», самая близкая к нам, с максимально благоприятными условиями для образования месторождений полезных ископаемых. К этому периоду относятся наиболее мощные месторождения углеводородов.