Образование месторождений нефти и газа (стр. 2 из 5)

Если пласты-коллекторы латерально замещаются непроницаемыми породами, возникает стратиграфическая ловушка. Основная причина изменения пористости и проницаемости пласта в пространстве связана с изменениями условий осадконакопления по площади. Другой причиной изменения коллекторных свойств является растворяющее действие пластовых вод. Так, участками может растворяться карбонатный цемент в песчаниках. Большую роль играет образование каверн в карбонатных породах. Важный вид стратиграфических ловушек образуется при срезании, эрозии серии наклонно залегающих пластов, в том числе пористых и проницаемых, и последующем их перекрытии непроницаемыми породами-покрышками [1].

2 Месторождение нефти и природных горючих газов

Чем шире проводятся геологические исследования и чем более глубоко и детально производятся анализы, тем чаще обнаруживаются нефти и природные горючие газы или их следы. Пожалуй, не будет преувеличением утверждение о том, что на Земле нет таких осадочных пород, в которых где-либо не встречены те или иные количества нефти и особенно горючих газов. Точно так же можно утверждать, что не существует ни одного континента или очень крупного острова, в пределах которых не было бы нефти и горючих газов. Наконец, результаты бурения в акваториях позволяют считать, что под дном всех без исключения морей и океанов содержатся горючие газы (в основном метан) и довольно часто нефть. Однако сказанное выше не означает, что в любом месте можно заложить буровую скважину и получить нефть и горючий газ. Дело в том, что они могут встречаться в различных концентрациях, а газ и в различном состоянии. Так, например, нефть в виде отдельных капель может быть рассеяна в мощных толщах пород, а газ встречается и в виде отдельных пузырьков, и в растворенном в воде и в сорбированном отдельными минералами состоянии. Но как в песне: «одна дождинка — еще не дождь», так и одна капля нефти или один пузырек газа в породах еще не месторождение. Вероятно, правильнее месторождениями нефти и газа называть такие участки территорий или акваторий, в пределах которых имеются заметные скопления этих ископаемых. Скопления могут быть промышленными, т. е. такими, которые целесообразно разрабатывать добывать нефть и газ, и непромышленными, в применении к которым это делать экономически невыгодно. Добывать нефть или газ из непромышленных месторождений нецелесообразно по различным причинам: либо количества получаемых в скважинах этих полезных ископаемых столь невелики, что не оправдывают затрат на бурение скважин и организацию добычи, либо общие количества нефти и газа в месторождении небольшие и организация их добычи нерентабельна. Вполне понятно, что разделение месторождений нефти и газа на промышленные и непромышленные зависит от многих факторов: близости по

требителя, железной и других дорог, количества и качества нефти и газа, глубин их залегания и т.д. Поэтому месторождения, которые в одних областях по объемам содержащихся в них нефти и газа или по дебитам скважин являются непромышленными, в других областях и районах страны могут быть промышленными. Так, например, промышленные месторождения в Западной Сибири должны содержать гораздо больше нефти, чем промышленные месторождения на Кавказе или на Украине, или иметь гораздо большие дебиты скважин. Это же относится и к морским месторождениям. К описанию месторождений мы еще вернемся, а пока рассмотрим, как же залегают в них нефть и газ. Надо сказать, что до сих пор нередко можно встретиться с представлением о том, что нефть в недрах под поверхностью земли, так же как вода на поверхности, образует реки и озера. Помнится, когда начали добывать нефть в районах Волго-Урала и в то же время снижалось количество добываемой нефти в районе Баку, многие обыватели объясняли это снижение тем, что «нефтяную реку» перехватили в районе Волго-Урала.
Конечно, все эти представления неверны, что станет понятным, когда мы рассмотрим условия залегания нефти и газа в недрах. Совершенно очевидно, что нефть и газ, как и любая материя, должны находиться в пространстве. Рассмотрим, каким же может быть это пространство на глубине. Для этого в первую очередь надо определить, что представляют собой те горные породы, которые слагают верхнюю часть земной коры и в которых чаще всего встречаются нефть и газ [2].

Рисунок 1 - Поры в песке при разной укладке зерен. Пористость песка: а- 25,8; б- 36,7; в- 47,6.

Песок, он состоит из правильных сферических частиц одинакового объема. Расчеты показывают, что в зависимости от плотности укладки эти частицы могут занимать чуть больше половины (52,4%) или три четверти (74,2%) объема всей горной породы, а остальное пространство — свободное, составляющее от 25,8 до 47,6% породы, приходится на поры, в которых могут находиться любые жидкости и газы (рисунок 1). Это значит, что теоретически в каждом кубическом метре песка может содержаться от 0,26 до 0,47 м3 нефти. Для того чтобы представить себе реально количество нефти, которое может находиться в такой породе, примем, что нефть содержится в порах такого песка, который слагает пласт мощностью (или толщиной) 10 м. Теоретически в таком пласте на площади всего 1 км 2 может быть заключено от 2,58 млн. до 4,76 млн. м3 нефти, или, принимая ее среднюю плотность равной 0,86 г/см3, — от 2,219 млн. до 4,09 млн. т. и, следовательно, на площади в сотни квадратных километров — сотни миллионов тонн. Другие породы — известняки, доломиты — также содержат пустоты в виде пор, каверн, трещин и даже мелких пещер, количество и размер которых уменьшаются с глубиной. Общий объем таких пустот или, как принято называть, коэффициент пористости пород, может составлять от десятых долей процента до 20—30% объема пород. Однако наличие пустот в горных породах еще не определяет полностью их свойства по отношению к нефти и газу. Дело в том, что размеры этих пустот могут быть самыми различными и именно от них зависит свойство пород пропускать жидкости и газы. Так, из физики известно, что благодаря действию сил молекулярного притяжения в капиллярных каналах поперечным сечением менее 0,001 мм вода не перемещается под влиянием силы тяжести, и требуется приложение значительных градиентов давления, чтобы сдвинуть такую пленочную, как ее называют, жидкость. Поры всех осадков, накапливающихся под дном водных бассейнов, с начала их образования заполнены водой. На суше, как только порода оказывается ниже уровня грунтовых вод, все ее поры также заполняются водой. Таким образом, когда в породу поступают нефть или газ, то для заполнения ее им надо вытес нить воду. Из пор крупнее 0,001 мм вода может уйти, а из более мелких пор при давлениях, обычно существующих на глубинах до 10 км, она не может быть вытеснена. По этой причине вода, нефть и газ в недрах могут двигаться по пластам песков, песчаников, пористых известняков, доломитов, различных трещиноватых пород, но для них совершенно непроницаемы пласты влажных глин, каменной соли, плотных известняков, ангидритов и других непористых и нетрещиноватых пород [2].

Поскольку пласты, содержащие в недрах подвижную воду, не разобщены друг с другом герметично, все они представляют собой своеобразную систему сообщающихся сосудов, давление в которых равно весу столба жидкости. По этой причине давление жидкости и газа в породах с глубиной увеличивается через каждые 10 м на 0,1 МПа, в общем случае достигая, например, на глубине 1000 м, 10 МПа. Однако нередко пластовые давления превышают эту величину (см. ниже). Благодаря высокому давлению газ в недрах в соответствии с законом Бойля — Мариотта, занимает значительно меньший объем, чем на поверхности. Так, на глубине 1000м при температуре 40 °С в одном кубическом метре пространства содержится такое количество газа, которое на поверхности земли при стандартных условиях: давлении 1 МПа (760 мм рт. ст.) и температуре 15 °С будет иметь объем, равный примерно 103 м3 (не точно из-за отклонения реального газа от идеального). Определяющим моментом в распределении нефти, газа и воды в недрах является существенное различие их плотностей: пластовые воды обычно соленые, часто имеют плотность 1,05—1,25 г/см3, плотность нефти, как отмечалось, в среднем равна 0,86 г/см3, а в пластовых условиях, на глубине порядка 1000 м, благодаря большому количеству растворенного в ней газа (до 300 м3 в 1 м3 нефти) — 0,6—0,7 г/см3, наконец, плотность газа, преимущественно метанового, на этой же глубине — 0,07 г/см3. Черным показана залежь нефти, остальными условными знаками — разные магматические и осадочные породы
движений изгибаются самым различным образом [2].

Рисунок 2- Нефтяная залежь в трещиноватых магматических породах.

В наиболее повышенных участках проницаемых пластов образуются природные ловушки, в которых могут накапливаться нефть и газ (рисунок 2). Эти ловушки в течение многих десятков лет и были основными объектами поисков нефти и газа. Однако природа всегда изобретательнее, чем можно себе представить даже при самой богатой фантазии: оказалось, что ловушки могут образовываться не только вследствие изгибов, но и на месте рифов (рисунок 3), в зонах трещиноватости магматических пород (рисунок 4), у соляных тел (рисунок 5), в зонах выклинивания песков и песчаников, даже в трещиноватых глинах (например, в Западной Сибири) и в других случаях. Нередко в таких участках образуется сразу много ловушек, располагающихся одна под другой. Поэтому в пределах месторождений, как правило, встречается несколько залежей, находящихся на разных глубинах [2].