Горючие породы. Нефть и газ

Необходимые условия для формирования нефтяных и газовых залежей

Залежь - это единичное скопление нефти или газа в горных породах. Совокупность залежей, приуроченных к единой биологической структуре, называется месторождением.

Чтобы образовалась залежь или месторождение, необходимо сочетание определенных условий (коллекторы, покрышки, ловушки, миграция).

Коллекторы - это любые горные породы, которые могут вмещать в себя и отдавать жидкости и газы. Все породы делятся на три группы: осадочные, магматические, метаморфические. К осадочным относятся отложения, радовавшиеся при осаждении различного материала в водных бассейнах он непосредственно на суше. Это пески, песчаники, глины, известняки, шомиты, каменная соль и т.д.

Магматические породы возникли из магмы при ее остывании (гранит, базальт и т.д.). Метаморфические образовались при изменении кадочных или магматических пород под действием высоких температур или явлений (сланцы, мрамор, гнейс, кварцит и др.).

Наилучшими коллекторскими свойствами обладают пески и другие породы, состоящие из обломков различной величины.

Коллекторские свойства определяются пористостью и проницаемостью. Пористость - это суммарный объем всех пустот в породе. Она оценивается коэффициентом пористости (m) - отношением суммарного объема пустот () в образце породы к общему объему образца ()

У песчаников и песков = 20 - 25%, у известняков - 3 -5%, Если, например, нефть полностью заполняет поровое пространство, то при - 20% в 1 м³ породы будет содержатся 0,2 м³ нефти.

Проницаемость — это способность пород пропускать сквозь себя жидкости или газ. Проницаемость выражается через коэффициент измеряемый в дарси (Д). Пески и песчаники имеют проницаемость 0,5 - 1,0 Д или 500 - 1000 миллидарси (мД); известняки - 5 -20 мД; глины, каменная соль практически непроницаемы.

Известняк, который в обычном виде непроницаем для нефти, будучи иссеченым микро - и макротрешинами, становится коллектором.

Если бы вся толща осадочных пород состояла из коллекторов, то нефть и газ не смогли бы скопиться в залеж. Они поднимались бы вверх, всплывая на поверхности. Поэтому необходимым условием накопления залежи является присутствие в осадочной толще пласта или пластов, непроницаемых для нефти и газа пород - своеобразных экранов, способных задержать вертикальное движение флюидов к поверхности земли.

Такие практически непроницаемые породы называются покрышками. Обычно ими бывают глины, каменная соль, гипсы, а иногда известняки без трещин. В Западной Сибири и Средней Азии, например, залежи нефтяных и газовых месторождений удерживаются покрышками толщиной 20-30 м.

Для образования залежи, кроме покрышки, необходима ловушка. Это пласт особой формы, попав в который нефть и газ оказываются как бы в тупике. Обычно ловушки делятся на структурные и неструктурные. Типичным примером структурной ловушки являются антиклинальные складки.

Антиклиналь — это изгиб пласта выпуклостью вверх. Обратная форма называется синклиналью. Антиклиналь - наиболее распространенная ловушка. В России почти 90% найденной нефти и газа связано с антиклинальными ловушками, за рубежом - около 70%.

Примеры ловушек структурного типа

Рис. 3.4. Антиклинальная складка

Рис. 3.5. Тектонический экран

Рис. 3.6. Примеры ловушек неструктурного типа

Размеры антиклинальных структур различны: в среднем длина 5-10 км, ширина 2-3 км, высота (амплитуда) 50-70 м. Известны гигантские антиклинали. Например, самое крупное месторождение ГАВАР (Саудовская Аравия) имеет размеры 225x25 км, высоту 370 м, а размер самого крупного газового месторождения Уренгой (Россия) 120x30 км при высоте 200 м.

Иногда залежи образуются в древних погребенных руслах рек. Впервые такая ловушка с залежами нефти была установлена И.М. Губкиным в Майкопском районе Предкавказья в 1911 г.

Погребенные рифы - это бывшие колонии кораллов, перекрытые более поздними породами. Рифы состоят из пористого известняка, с крупными кавернами. Самые крупные месторождения, связанные с рифами, известны в юго-восточной Мексике. Цепочка отдельных рифов образует здесь дугу на суше в 180 км, шириной 2-3 км (в акватории Мексиканского залива). Погребенные здесь рифы содержат залежи УВ, знаменитые высокими дебитами нефтяных скважин: скв. 4 Серро-Асуль давала в сутки 35620 т. нефти; скв. Потреро-дель-Льяно давала 13700 т. в сутки (всего она дала 13 млн. т. нефти), что является мировым рекордом добычи для одной скважины.

Миграция нефти и газа - важнейшее условие формирования месторождений. Она происходит в проницаемых породах вместе с подземной водой, которая обычно насыщает поровое пространство. Перемещение нефти и газа по пласту может происходить в растворенном или свободном состоянии. Направление миграции определяется перепадом давлений и происходит из области большего давления в область меньшего давления. Специалисты называют эти области "пьезомаксимума" и "пьезоминимумами". При движении нефти в растворенном состояния растворителем обычно бывает вода. Двигаясь по пласту, подземная вода неизбежно попадает в область относительного пьезоминимума, при снижении давления уменьшается и растворяющая способность воды -происходит выделение нефти или газа в свободную фазу. Причем, - чем больше падает давление, тем больше выделяется УВ из воды. В свободном состоянии нефть и газ также способны мигрировать, они как бы всплывают в воде вследствие разности плотностей.

Как правило, в земной коре не встречается единичных скоплений нефти к газа. Они располагаются целыми "семействами", как опята в лесу. Одно такое "семейство", связанное однотипными ловушками, образует зону нефтегазонакопления. Несколько зон, приуроченных к одному крупному структурному элементу коры, объединяются в нефтегазоносную область, а последнее - в нефтегазоносные провинции.