Условия и формы залегания углеводородов в земной коре

Введение

Нефтеобразование представляет собой стадийный и очень длительный процесс образования углеводородов, который происходит в течение десятков и сотен миллионов лет. Основной мировой теорией происхождения нефти является так называемая биогенная теория, в соответствии с которой, нефть формируется из остатков древних живых организмов и растений. Альтернативой для биогенной теории является теория абиогенного происхождения нефти на сверхбольших глубинах из неорганического углерода и водорода.
В целом еще нет общего согласия специалистов относительно того, как же именно формируется в природе жидкая нефть. На сегодняшний день нефтеподобные вещества могут быть синтезированными в научных лабораториях, причем они могут быть созданы как из неорганических, так и из органических веществ, однако залегание углеводородов практически исключительно в осадочных породах, которые содержат остатки древних организмов, представляет собой важное доказательство того, что исходный материал является органическим.
В основном считается, что остатки живых организмов и растений, которые захоронились в иле, преобразуются в восстановительной среде, которая предохраняет органическое вещество от окисления. С увеличением погружения в глубину Земли температура и давление также постепенно увеличивается.
Соответствующее время (не менее полумиллиона лет), воздействие умеренных температур (порядка 35-40 °С) и давления (величиной 10 атмосфер) ведут к преобразованию органического вещества в низкомолекулярные легкие углеводороды, как правило, находящиеся в сырой нефти.
Существуют как чисто газовые залежи, так и залежи нефти. Количество залежей имеющихся на месторождении может быть разным — от 1 до 40 и больше. Крупнейшие месторождения в мире показаны на Рисунке 5 Приложения.
Под нефтегазоносным бассейном, согласно Игнатию Осиповичу Броду, который был первооткрывателем целого ряда нефтяных месторождений, необходимо понимать крупную территорию распространения углеводородных скоплений, которая связана единством своего строения и историей геологического развития, которая обладает определенными структурами и коллекторами, контролирующими газовые и нефтяные накопления.
Нефть и газ, будучи углеводородами, могут залягаться в абсолютно разных геологических условиях, однако в основном они скапливаются к коллекторам осадочного чехла, а именно к достаточно пористым или трещиноватым породам. Однако иногда промышленные скопления углеводородов находятся и в изверженных породах.
Целью в данной работе является условия и формы залегания углеводородов в земной коре.
Задачами в данной работе являются:
во-первых, условия залегания нефти и газа в земной коре;
во-вторых, основные типы залежей углеводородов.


I Условия залегания нефти и ПРИРОДНОГО газа
в земной коре

Вопрос относительно того, каким же именно образом углеводороды формируют разные по своим размерам скопления, которые в свою очередь находятся в земной коре, имеет большое значение. Причем как теоретическое, так и практическое значение, так как полученный верный ответ на него способен дать возможность существенного увеличения эффективности проведения поисково-разведочных работ на нефть и на природный газ.
В геологии Земли большое значение имеет условно выделенная верхняя оболочка земного шара, которая называется земной корой. Толщина такой вот земной коры в разных местах на земном шаре может составлять величину от пятнадцати до семидесяти километров. Данная оболочка складывается из разных горных пород и в ней залегают вместе с остальными породами углеводороды, в частности нефть и горючие газы.
Специалистами в области геологии было установлено, что формирование углеводородов: нефти и природного газа осуществлялось на протяжении всех геологических периодов, за исключением, пожалуй, наиболее древнего периода — архейского периода, тогда когда еще не существовало на Земле ни животных ни растений. В связи с этим в недрах земли нефть находится во всех геологических формациях. Скопления углеводородов взаимосвязаны с вмещающими горными породами, а также со структурными особенностями пластов и рядом некоторых других особенностей.
Горные породы на основании их происхождения принято разделять на следующие породы:
магматические породы;
осадочные породы;
метаморфические породы.
Магматические (или изверженные) породы формируются в результате остывания и затвердевания расплавленной магмы, и это в свою очередь может происходить как на глубине, так и на земной поверхности.
Осадочные породы являются продуктами разрушения и преобразования различных коренных пород.
Метаморфические горные породы образуются в результате воздействия на погрузившиеся на значительные глубины осадочные и магматические породы больших температур и давлений.
Все месторождения нефти привязаны к осадочным породам, которые формируются в морских бассейнах. Углеводороды, как нефть и природные газы, как правило, залегают, находясь под высоким давлением в пористых горных породах, в определенной степени насыщая последние. В связи с этим горные породы, которые способны содержать в себе нефть и природный газ и отдавать их при разработке, принято называть коллекторами.[1]
Условия для образования залежей углеводородов:
наличие материнского пласта, в котором образуются углеводороды;
наличие над материнский пластом пласта-коллектора, через который нефть диффундирует наверх;
наличие ловушки.[4]
Самыми характерными принято считать проницаемые песчаные коллекторы углеводородов, а также сопровождающие их воды. Коллекторы углеводородов, среди которых пески, песчаники, известняки, которые находятся между плохо проницаемыми породами: глиной, глинистыми сланцами, мергелем, формируют так называемые природные резервуары (вместилища).
Принято выделять три основных типа природных резервуаров, а именно:
Пластовый резурвуар;
Массивный резервуар;
Литологически ограниченный со всех сторон резервуар.

1. Пластовым резервуаром является сочетание значительного по своей площади, а также протяженного пластового коллектора с небольшой мощностью (до десятков метров) с ограничивающими его по кровле (сверху) и подошве (снизу) плохо проницаемыми породами (рисунок 1).
Для пластового резервуара являются характерными относительно однородный состав и выдержанная мощность пород-коллекторов.

Рисунок 1 - Схема пластового резервуара: 1 - песок; 2 - глина

Под массивным резервуаром (рисунок 2) нужно понимать мощную (до нескольких сотен метров) толщу проницаемых пород, которые образуют единую гидродинамическую систему, которая ограничивается плохо проницаемыми породами

. Пористость массивных коллекторов является обусловленной наличием в последних каверн и трещин.

Рисунок 2 - Однородный массивный резервуар: 1 - покрышка; 2 - коллектор
Отдельным случаем образования массивного резервуара представляются ископаемые рифы, которые являются захороненными под мощной толщей молодых отложений рифовыми постройками. Коллекторы, которые слагают единый массивный резервуар, могут обладать различным вещественным составом и состоять при этом из пород имеющих разный возраста.
Литологически ограниченные резервуары, представляют собой участки проницаемых пород, ограниченные со всех сторон плохо проницаемыми породами (рисунок 3).
К примеру, здесь могут быть линзы песчаников в глинах, участки с повышенной пористостью и проницаемостью в относительно однородных породах.


Рисунок 3 - Схема резервуара, литологически ограниченного со всех сторон плохо проницаемыми породами:
1 - песчаники; 2 - глины

Ловушки нефти и газа. При движениях подземных вод в проницаемой среде те углеводороды, которые содержаться в них могут при ряде условий создаваться нефтяные и газовые скопления. Общая схема ловушки углеводородов показана на Рисунке 6 Приложения.
Однако, для осуществления данной цели необходимо, чтобы на пути движения появилась преграда. При столкновении с ней, углеводороды попадут в естественную ловушку и с течением времени они накопятся перед преградой.
Ловушкой принято считать часть природного резервуара, в которой нефть и природный газ накапливаются в проницаемых породах и не могут выйти из них.
Углеводороды находятся в специальных ловушках. Принято выделять следующие виды ловушек:
структурные ловушки;
стратиграфические ловушки;
литологические ловушки.

Для ловушек характерной способностью является способность концентрировать вытесняемую водой нефть. Например, антиклинальные складки могут концентрировать имеющуюся нефть в замковых частях пористых слоев.
Залежи углеводородов в зависимости от типа природного резервуара и типа ловушки принято разделять на:
пластовые сводовые ловушки;
пластовые экранированные ловушки;
массивные ловушки;
литологически ограниченные ловушки.

Пластовые сводовые залежи представляют собой скопления углеводородов находящиеся в сводовой части пористого пласта антиклинали (свода). Они могут быть в определенной степени разбитыми нарушениями, которые приводят к образованию отдельных блоков нефтегазоносных пластов.
Пластовые экранированные залежи представляют собой скопления углеводородов находящихся в пористом пласте, которые ограничены вверху по восстанию пласта экраном, который складывается из плохо проницаемых пород.
Под массивными залежами подразумевают скопления нефти и природного газа в эрозионных и рифовых выступах массивных известняково-доломитовых толщ. Залежи нефти и газа здесь вовсе не приурочены к какому-нибудь одному стратиграфическому горизонту, а занимают определенную часть одного из выступов вне зависимости от характера напластований.
Следует отметить, что массивная залежь может быть образована и в песчано-глинистых толщах при наличии гидродинамической связи между проницаемыми пластами.
Литологически экранированные залежи и литологически ограниченные залежи представляют собой скопления углеводородов в линзах, а также в зонах имеющих повышенную пористость, и которые в свою очередь заключаются в плохо проницаемых породах. Есть определенные скопления углеводородов в трещинах горных пород, где они являются широко развитыми.
По утверждению доктора геолого-минералогических наук и профессора Вассоевича Н.В., ловушки, которые содержат нефть, разделяются на следующие:
замкнутые ловушки;
незамкнутые ловушки;
полузамкнутые ловушки.

Первый и последний типы ловушки связаны с различного рода выклиниванием пластов, то есть они представляют собой ловушки выклинивания.
В незамкнутых ловушках углеводороды удерживаются посредством антиклинального изгиба слоев или благодаря существованию выступов, которые и обусловливают водяной подпор.
Под залежью углеводородов следует понимать единичное скопление их в породе-коллекторе (или в пористом или в трещиноватом), ограниченном непроницаемыми или проницаемыми породами, но поры которых обязательно должны быть заполнены водой или теми и другими одновременно.[1]

Таблица 1 – Типы углеводородных ловушек[4]
Сводная, или купольная ловушка, появляется в областях, где пласты геологических пород вспучиваются под воздействием внутреннего давления.
Тектоническая экранированная ловушка формируется в результате поднятия части земной коры и образовавшихся тектонических разломов.
В результате избыточного давления появляется отрыв и смещение пластов с перекрыванием одного пласта другим пластом.
Литологическая антиклиналь, формируется при волнообразной деформации поверхности земной коры, словно волны, расходящиеся по поверхности земли при вулканическом извержении.
В данном случае формируется длинная и узкая складка породы-коллектора, которая является выпуклой вверх. Месторождение обладает вытянутой формой.
Стратиграфическая, или структурная ловушка, образована путем смещения горных пород, а также посредством перекрывания породы-коллектора слоем непроницаемой породы.


II Основные типы залежей углеводородов

Залежью принято называть единичное скопление углеводородов. Залежи могут считаться как промышленными, так и непромышленными в зависимости от их размера и от запасов углеводородов, которые содержатся в них.
В том случае если их количества достаточно велико и является рентабельным для дальнейшей разработки, называют промышленной залежью. В данном случае следует указать то, что понятие как промышленной, так и непромышленной залежи является достаточно условным понятием.
По мере своего развития методы и технологии по извлечению жидких углеводородов, как природного газа, так и нефти, определенные залежи, которые считались ранее непромышленными, в дальнейшем могут быть переведены в разряд промышленных залежей и успешно введены в разработку.[5]
Условия залегания углеводородов в залежах могут обусловлены следующим, а именно:
гипсометрическим положением водонефтяного (ВНК), газоводяного (ГВК) и газонефтяного (ГНК) контактов;
высотой, которую имеет залежь;
размерами, которые имеет нефтяная и газовая зоны, водонефтяная, газонефтяная и газоводяная зоны, нефтегазонасыщенной толщиной пласта, величинами начальной и остаточной нефтенасыщенности и газонасыщенности пород-коллекторов, а также их изменением, как по площади, так и по разрезу;
начальным пластовым давлением и начальной температурой.[2]

Газонасыщенность (или газосодержание) нефти принято определять таким количеством природного газа, который растворен в нефти в условиях залежи.
Газонасыщенность принято определять по взятым глубинным пробам, которые берут при забойной части ствола скважины, используя при этом глубинные пробоотборники.
От количества, растворенного в нефти природного газа, зависит целый ряд свойств нефти в частности таких как: удельный вес, плотность, вязкость и другие свойства