Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Сахалинский Государственный Университет
Факультет природопользования и нефтегазового дела
Реферат по дисциплине ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА
Вариант № 6
Выполнил студент
3 курса ЗО
Проверил:________
Причины наличия в разрезе некоторых месторождений как заполненных УВ, так и «пустых» ловушек. Причины образования «висячих залежей УВ».
Когда на путях миграции углеводородов встречаются ловушки, способные накапливать и сохранять в себе значительные количества нефти и газа, начинается процесс образования залежи. Нефть и газ заполнив одну ловушку, мигрируют вверх по восстанию пластов в следующую. Механизм формирования скоплений УВ, их типы и масштабы зависят от ряда тектонических, литологических, геохимических, гидрогеологических и других факторов. Практически для отдельных геологических районов условия образования залежей нефти и газа существенно различны. Однако для всех районов существуют определённые общие черты процесса формирования нефтяных и газовых месторождений. Одной из первых попыток стройного объяснения механизма образования залежей нефти и газа явилась антиклинальная теория, согласно которой формирование скоплений этих полезных ископаемых происходит главным образом в антиклинальных поднятиях и обуславливается ощутимой разницей удельных плотностей нефти, газа и воду.
Антиклинальная теория позволила объяснить образование единичных скоплений нефти и газа. Изучение дифференциации нефти и газа в отдельных нефтегазоносных районах и знание способности газа вытеснять нефть из ранее сформировавшихся нефтяных залежей явились основой теории дифференциального улавливания углеводородов.
Исследования последних лет показали, что на процесс формирования залежей углеводородов различного флюидального состава также существенно влияют термодинамическая обстановка в недрах, типы исходного органического вещества, рассеянного в нефтематеринских породах степень преобразованности этого вещества и пр.
Каким бы ни был разнообразен механизм образования углеводородов для формирования крупных месторождений нефти и газа необходимо наличие ряда причин: наличие проницаемых горных пород (коллекторов), непроницаемых горных пород, ограничивающих перемещение углеводородов по вертикали (покрышек), а также пласта особой формы, попав в который углеводороды оказываются в ловушке.
В некоторых районах наблюдается чередование нефтегазаностных пластов с водоносными. Это долгое время вызывало недоумение, так как при вертикальной миграции УВ одинаково хорошо выраженные ловушки не должны были избирательно аккумулировать нефть или газ (Апшеронский полуостров, Западная Туркмения), т.е в разрезе подобных месторождений наличие «пустых ловушек»
казалось маловероятным. Скорее всего, чередование продуктивных и непродуктивных пластов обусловлено различной гидродинамической активностью в этих резервуарах: если она стала повышенной в части из них, то могла привести к вымыванию нефти подземными водами из хорошо проницаемых пластов. Об этом свидетельствует наличие остаточной нефти в таких пластах.
В ряде случаев известны скопления нефти на крыльях или в периклинальных частях структур (при обводнённости их сводовых частей), так называемые висячие залежи
(например, в продуктивной толще Апшеронского полуострова) или даже в синклиналях (в Аппалачах в США). На некоторых местоскоплениях Апшеронского полуострова в отложениях продуктивной толщи встречены висячие нефтяные залежи, расположенные ассиметрично по отношению к своду структур (Рис.1). Предполагают что эти залежи сформировались на месте древнего свода структуры, а в дальнейшем в связи с изменениями структурного плана они оказались на крыльях современных поднятий. Казалось бы, за геологическое время нефть должна была мигрировать по восстанию слоёв и занять сводовую часть современных структур-куполов. По-видимому, такому перераспределению препятствовали геохимические процессы, протекавшие на контакте нефть- вода. Как известно, в зоне водонефтяного контакта в результате окисления УВ и восстановления сульфатов вод выпадают вторичные карбонаты, а также окисленные нефтяные продукты (битум, асфальт), приводящие к образованию вокруг залежи практически непроницаемой оболочки, которая, по-видимому, препятствует перемещению залежей к современному своду структур.
Наряду с первым видом «висячей залежи» (Рис.1) существуют и другие виды, такие как залежи, осложнённые разрывным нарушением (Рис.2) и «висячих залежей», осложнённых криптодиапиром или вулканогенными образованиями. (Рис.3)
Причины (природные факторы) многообразия нефтей по составу и свойствам. Характер влияния этих причин.
Прежде люди приступали к поискам того или иного полезного ископаемого, не имея представления об условиях его образования. Совершенно иначе смотрят на это теперь у нас, в РФ, где наука помогает решать все основные проблемы жизни и развития человеческого общества. В частности, и вопросы происхождения полезных ископаемых относятся к таким теоретическим проблемам, которые имеют огромное чисто практическое значение. Без научных знаний нельзя правильно организовать разведку ископаемых, а затем и их добычу. При отсутствии знаний о происхождении полезного ископаемого трудно представить себе и условия его залегания, а без этого невозможно вести целенаправленные поиски и разведку. Условия залегания новооткрытого полезного ископаемого могут быть сходными с условиями в других, уже разрабатываемых месторождениях. Это дает возможность, изучив детально разрабатываемые залежи в одном месте, использовать полученные данные для другого, новооткрытого, месторождения. Но тут же надо оговориться, что при обсуждении вопросов об условиях залегания полезных ископаемых недопустимы механические сравнения и сопоставления, так как природные условия образования полезных ископаемых весьма разнообразны. Необходимо конкретное изучение геологического строения и выяснение основных черт геологической истории каждого месторождения. Сопоставляться могут только родственные по происхождению и близкие по форме явления.
Обобщение геолого-исторических данных по однотипным месторождениям позволяет раскрыть общие закономерности, показывающие пути образования нефти и газа и формирования залежей этих полезных ископаемых. Давно научились получать углеводороды нефтяного типа искусственным путем и, что интересно отметить, получают их совершенно различными способами. Образование веществ в природе не происходит по какой-либо определенной, раз навсегда установленной форме. Процессы, протекающие в ней, весьма разнообразны. Сплошь и рядом явления, направленные на первый взгляд в разные стороны или просто не имеющие между собой ничего общего, ведут к возникновению сходных веществ — близких по химическому составу минералов и полезных ископаемых. Подходя к вопросу о происхождении того или иного вещества, человек невольно обращается к окружающей его природе. В ней он ищет те условия, при которых протекают сейчас процессы возникновения интересующего его полезного ископаемого.
В многочисленных озерах и болотах на глазах у человека происходит образование торфа, поэтому вопрос о происхождении таких каустобиолитов, как торф и торфяники, ни у кого не вызывает сомнений.
В тех же условиях выделяется «болотный газ», почти целиком состоящий из метана. Таким образом, становится ясным и един из возможных путей образования метана. Труднее решить вопрос о происхождении нефти и природного газа. Ведь нефть — сложное соединение, смесь различных жидких, газообразных и твердых углеводородов, находящаяся в непрерывном изменении.
Для выяснения проблемы происхождения нефти и освещения современного уровня познаний в этой области необходимо прежде всего уяснить, какие организмы и в каких условиях могут дать в процессе образования осадочных пород материал для образования углеводеродов, составляющих нефть.
В работах творца и основоположника современной теории о происхождении нефти академика Ивана Михайловича Губкина дана последовательная критика всех существующих воззрений на генезис — происхождение нефти и разработано то новое направление, по которому и развивается советская наука в этой области.
Современная наука установила происхождение нефти из органических остатков — как растительных, так и животных, как из высокоорганизованных, так и из простейших организмов. Все они, попадая в осадок, служат исходным материалом для образования углеводородных соединений. Здесь могут участвовать органические остатки, начиная от млекопитающих животных и высокоорганизованной наземной растительности и кончая простейшими одноклеточными организмами. Понятно, что в различных местах и в различных конкретных условиях возможно накопление различных по своему характеру органических веществ. В одних случаях накапливаются в основном остатки высокоорганизованных растений, в других происходит накопление массы смешанного происхождения.
Особого внимания заслуживают мелкие и мельчайшие организмы. Роль их среди организмов, населяющих землю, далеко не так мала, как это кажется на первый взгляд. Скорость развития простейших организмов потрясающе велика. Например, одна диатомея — микроскопически малая водоросль с оболочкой, пропитанной кремнеземом, разделяясь на части, может, если только не встретит препятствий, за восемь дней дать массу материи, равную по объему нашей планете.
В значительной своей части органическое вещество рассеивается в осадке, и только в особо благоприятных условиях в недрах земли могут образовываться значительные органические массы, насыщающие толщи горных пород.
В различные геологические эпохи происходило отложение органического вещества в самых разнообразных условиях. Оно наблюдалось в жарком тропическом климате и во времена оледенения. Происходило оно на пустынных континентах, на плоскогорьях, в межгорных и в равнинных низинах, и в просторах морей и океанов. Всюду, где только была жизнь, живые организмы умирали. Некоторая часть органических остатков накапливалась вместе с неорганическим материалом в земной коре.
Но не везде были одинаковые условия дальнейшего преобразования органических остатков. В районах вечной мерзлоты они консервировались. На пустынных континентах, под окисляющим действием атмосферы, органические остатки «сгорали» почти целиком. Органическое вещество переходило в различные газообразные продукты, рассеивающиеся в атмосфере.
С большими трудностями сопряжены процессы сохранения и накопления органического вещества и в возвышенных частях континентов. Более благоприятны условия для сохранения органических веществ в болотах, озерах, лагунах, заливах, а также в замкнутых и полузамкнутых морских бассейнах. Некоторая часть органических веществ, не успевшая осесть на дно или осевшая, но не захороненная, разлагается до газообразного состояния и рассеивается. Сохранившаяся же часть органических веществ, состоящая из более устойчивых, соединений, обогащается углеродом.
В крупных морских бассейнах, так же как и в малых водоемах, происходят накопление и преобразование органических веществ в углеводороды. Особенно этот процесс захоронения и преобразования органических веществ грандиозен в крупных бассейнах в периоды длительного погружения их дна и мощного накопления осадков. Органические вещества, попадающие в осадок, состоят главным образом из жиров, белков и углеводов. В настоящее время доказано, что в богатой лаборатории природы могут создаваться благоприятные условия для преобразования любой из этих групп в углеводороды.
Различие в исходном органическом материале может привести к различию и в конечных продуктах превращения и явиться одной из причин существующего разнообразия нефтей и битумов. На превращение органических остатков в углеводороды в толщах осадочных пород могут влиять повышенная температура и давление, радиоактивные излучения, деятельность бактерий и всевозможные физико-химические явления, возникающие в разнообразной по составу среде осадков.
Основным условием, определяющим благоприятную обстановку для течения всех этих процессов, ведущих к образованию битуминозных веществ, в том числе нефти и газа, является длительное и устойчивое погружение данного участка земной коры.
Погружение дна бассейна в процессе колебательных движений земной коры ведет к захоронению осадка под более молодыми отложениями. Если сравнить химический состав нефти и других битумов с органическим веществом осадков, то между ними легко обнаружить сходство. В тех и других очень много углерода и водорода. Эти два элемента играют главную роль и в органическом веществе и в нефти. Кислород содержится только в органическом веществе. В нефти и ее продуктах кислорода или совсем нет или очень мало. Таким образом, для того чтобы органическое вещество осадков превратилось в битумы, оно должно потерять имеющийся в нем кислород. Во всяком случае новые порции кислорода никак не должны достигать рсадка. Превращения должны происходить в бескислородной среде. В природе это условие легко соблюдается при погружении осадка на дне водоема под все новыми и новыми слоями осадков.
Жидкие и газообразные углеводороды, образующиеся в осадке при разложении органических веществ, обычно легко рассеиваются в водном бассейне. Возникающий в болотах горючий газ никогда не образует скоплений. По мере своего образования он либо растворяется в воде, либо в виде пузырьков пробулькивается через воду и рассеивается в атмосфере. Что же нужно для того, чтобы образовавшиеся при разложении органических веществ жидкие и газообразные углеводороды могли сохраниться в осадке?
Для этого надо закрыть осадок, изолировать его от масс воды и воздуха, окисляющих органические вещества. Такая изоляция может существовать только тогда, когда осадок, заключающий органические вещества, перекрывается другими плохо проницаемыми осадками. А это может происходить лишь в том случае, если в процессе колебательных движений земной коры погружение все время преобладает и дно бассейна в общем все время погружается.
Для преобразования органических веществ в углеводороды необходимо повышение температуры. Как показали исследования русского ученого С. Н. Обрядчикова, для таких преобразований нужна температура, не превышающая 200—300°. Но и такой температуры на дне моря или океана никогда не бывает. Ведь при 100° вода уже кипит, а мы не знаем ни кипящих морей, ни, тем более, кипящих океанов. Следовательно, и повышение температуры может происходить только в том случае, если осадок перекрывается все новыми и новыми наслоениями. Но такое погружение также не может идти беспредельно. Если порода, заключающая органические вещества, окажется погруженной на несколько километров, образующиеся углеводороды вновь начнут разрушаться. Многие углеводородные соединения начинают преобразовываться даже при сравнительно незначительных повышениях температур.
Следовательно, погружение осадков сначала создает благоприятные температурные условия, которые необходимы для образования углеводородов. Но то же погружение при его дальнейшем развитии приводит и к процессу разрушения битумов.
По мнению многих ученых, для превращения органических веществ в углеводороды необходимо возрастание давления. Это происходит при погружении дна бассейна. Чем глубже захороняется осадок, чем больше возрастает вес откладывающихся на нем слоев, тем больше в нем давление.
Работами профессора А. В. Фроста, М. А. Мессиневой и других доказано, что процессы образования углеводородов из органических веществ идут быстрее и при более низких температурах и давлениях, если в осадках имеются вещества, которые своим присутствием ускоряют химические процессы. Такие вещества называются катализаторами. А. В. Фрост доказал, что катализаторами в процессе образования нефти могут служить некоторые глины. Следовательно, особенно благоприятны для преобразования органических веществ в углеводороды глинистые осадки. М. А. Мессинева показала, что ту же роль, но в еще более резко выраженной форме, могут играть бактерии и продукты их жизнедеятельности. Бактерий при разложении органических веществ всегда много. По-видимому, эти ничтожные по размерам «труженики» и производят основную работу по разрушению остатков различных живых организмов. Из разрушенных, рассеянных среди минеральных частиц органических веществ образуются всевозможные углеводородные соединения, входящие в состав различных битумов, в том числе в нефти и горючие газы.
Углеводородные соединения, рассеянные в илистых породах, — это еще не нефть, которую мы знаем в виде сравнительно однородной массы. Наличие нефти только в хорошо проницаемых пластах и в участках повышенной трещиноватости очень плотных пород свидетельствует об изменении качества органических соединений в связи с переходом из одного состояния в другое. В тонкозернистых илистых породах возможно перемещение органических веществ только в виде молекул.
В хорошо проницаемых породах происходит свободное перемещение масс вещества. Переход органических соединений из тонкозернистых пород в хорошо проницаемые ведет не только к изменению форм их движения, но и к существенному изменению их качественного состава. Переход от рассеянных углеводородов в нефть совершается, по-видимому, скачком. Поэтому и нефть, которую мы знаем в виде скоплений жидких углеводородов, то есть в виде залежей, качественно отлична от углеводородов, рассеянных в пластичных тонкозернистых илистых породах.
В этом процессе имеют немалое значение изменения температуры и давления. По данным С. Н. Обрядчикова, при. высоких температурах образуются нефти, содержащие значительное количество ароматических углеводородов. При низких температурах образуются нефти, бедные ароматическими углеводородами.
Таким образом, если первичной причиной существующего разнообразия нефтей и битумов является различие в исходном материале, то не меньшее значение имеют и физико-химические условия возникновения нефтей и других битумов. Нельзя забывать, что те или иные физико-химические условия возникновения битумов в конечном счете определяются геологической обстановкой накопления и преобразования осадков в породу. Наконец, существует еще и третья причина, вызывающая разнообразие в природе типов нефтей, — это дальнейшая судьба углеводородных соединений. Нефть, насытившая горные породы, представляет собой сложное химическое соединение, составные части которого находятся в непрерывном взаимодействии друг с другом и с окружающей средой.
Литература
1. Основы геологии горючих ископаемых: Учеб. /В.В. Семенович, И.В. Высоцкий, Ю.Н. Корчагина и др. М.: Недра, 1987. 397с.
2. Петров А.А. Углеводороды нефти. М.: наука, 1984.264с.
3. Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти. М.: Мир, 1981.501с.
|