Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Глава II ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА



Происхождение нефти

Единого мнения о происхождении нефти и газа нет. Существуют в основном две гипотезы о происхождении нефти и газа. Одна из них органического, а другая неорганического происхождения.

Гипотезу органического происхождения высказал в 1759 году великий русский ученый М.В. Ломоносов, по которой нефть и газ образуются из остатков животных и растительных организмов под воздействием высоких температур и давления без доступа кислорода. Остатки животных и растительных организмов при высокой температуре и давлении разлагаются. В результате разложения органических остатков образуются углеводороды как основная составная часть нефти и газа.

В застойных низменных бассейнах в огромных количествах скапливались водоросли, членистоногие и планктоновые организмы, которые вместе с привнесенным минеральным веществом, осаждаясь на дне бассейнов, образовывали мощные слои органического ила - сапропеля. Сапропель и гумусовые отложения накапливались на дне водоемов, и под воздействием давления, температуры, при наличии кислорода и минерализованной воды шла реакция гидролиза жиров, содержащихся в отложениях, в результате чего образовывались жирные кислоты, глицерин и другие продукты, которые затем превращались в метановые, нафтеновые, ароматические углеводороды и кислородные соединения -кетоны. Эти соединения, растворяясь в массе жирных кислот, образуют смолообразную массу и вместе с минеральными веществами (песком, глиной) остаются на дне бассейнов и покрываются минеральными отложениями. Эта смолообразная масса является первичной нефтью. В дальнейшем в процессе превращения

в нефть органического материала происходят химические про- | цессы, при которых происходит увеличение содержания углерода и водорода и снижение содержания кислорода. В настоящее время ряд ученых высказывает мнение, что первичный органический материал преобразуется в нефть при повышенных температурах и давлениях, а также деятельности бактерий и действия радиоактивных веществ.

Нефть в виде мельчайших включений пропитывает горную породу, которая со временем подвергается все большему горному давлению из-за увеличения накапливающихся осадочных пород. Под горным давлением она перемещается (мигрирует) в более пористые породы (песчаники, известняки), к месту образования нефтяных залежей.

Важную роль в формировании и понимании теории происхождения углеводородов сыграли труды выдающегося ученого В.И. Вернадского - основоположника геохимии и в том числе основ биогеохимии нефти, разработавшего геохимическую систему взаимодействия углерода с живым веществом биосферы.

Основными предпосылками биогенной теории происхождения нефти и газа служит приуроченность почти всего объема промышленных скоплений углеводородов (99,9%) к осадочным образованиям, сосредоточение наибольших ресурсов углеводородов в отношениях геологических периодов с активной жизнедеятельностью организмов биосферы (отмечается параллелизм в образовании и накоплении углей, горючих сланцев и нефти); наличие скоплений углеводородов в замкнутых линзах песчаников, прибрежных местах древних палеоморей и па-леорусел рек, заключенных в мощной толще непроницаемых глин; установление процессов преобразования органического вещества в углеводороды нефтяного типа в осадках (илах) современных морей и океанов; сходство изотопного состава серы, содержащейся в нефти; наличие в составе нефтей различных химических соединений (азотистых, кислородных, сернистых) биогенного происхождения и сходство изотопного состава углерода нефти и органического вещества. Важным является сходство изотопных составов углерода и серы, содержащейся в нефтях и органическом веществе вмещающих пород, в то

время как изотопные составы этих элементов в разных литоло-го-стратиграфических комплексах даже в пределах одного региона неодинаковы, что указывает на различные источники образования углеводородов в данном регионе. Процесс образования нефти и газа, формирования их скоплений-залежей проходит несколько стадий, каждой из которых свойственны определенные палеогеологические, палеогеофизические, палео- > геохимические и палеогидрогеологические условия, характеризующие развитие данного региона и земной коры в целом. В зависимости от условий, в которых накапливается органическое вещество - в основном остатки простейших животных и растительных организмов, - происходит его преобразование в сторону формирования ископаемых углей, нефти и газа. Из исходного органического вещества сапропелевого типа при прочих равных условиях образуются, главным образом, нефть и углеводородный газ, из органического вещества гумусового типа генерируется, преимущественно, газ.

К сапропелевому органическому веществу относятся продукты распада планктона с высоким содержанием липоидов, накапливающихся в морских и озерных породах при преобладании восстановительных или слабо восстановительных условий, к гумусовому - продукты распада целлюлозы и танинов, входящих в состав растительных организмов в окислительной обстановке, но при ограниченном доступе кислорода.

Неизменным условием образования нефти и углеводородных газов является накопление органического вещества в субак-вальной среде с восстановительной анаэробной обстановкой на фоне преимущественного прогибания бассейна седиментации. Как отмечает Д. Хонт, некоторые углеводороды, содержащиеся в нефти, попали в нее из живых организмов в малоизмененном виде, большинство же углеводородов претерпели значительные изменения, и, в конечном счете, углеводороды нефти в целом намного сложнее по строению, чем таковые в исходном органическом веществе.

Современное представление о биогенной теории происхождения нефти и газа показано в таблице 1.

 

 
Стадии преобразования ОВиУВ Геологические условия среды нахождения ОВ и УВ Источники энергии преобразования ОВиУВ Состояние ОВ и УВ и формы нахождения последних
Накопление ОБ Водная среда с анаэробной геохимической обстановкой; застойный па-леогидрогеологический режим; пониженная сульфатность; накопление и захоронение ОВ в процессе осад-конакопления Геостатическое давление (уплотнение породой); биохимическое воздействие микроорганизмов и ферментов, каталитическое воздействие минералов; нисходящие тектонические движения (устойчивое прогибание) Исходное ОВ осадков в диффузно-рассеянном состоянии
Генерация УВ Породы различного состава, содержащие потенциально нефтегазомате-ринские толщи; аэробная геохимическая среда; застойный палеогидро-геологичсский режим Геостатическое давление (устойчивое интенсивное прогибание); повышенный тепловой поток; внутренняя химическая энергия ОВ, связанная с его молекулярной перестройкой в УВ нефтяного ряда; радиоактивные минералы вмещающих пород УВ нефтяного ряда на стадии диагенеза и катагенеза осадков в рассеянном состоянии. УВ в свободном водога-зорастворенном состоянии
Миграция УВ Породы различного состава, обладающие повышенными емкостными и фильтрационными свойствами; анаэробная геохимическая среда Тектонические движения, проявляющиеся в различных формах; повышенная температура; гравитационные силы, обусловливающие перемещение УВ; геодинамическое давление; гидродинамические процессы, обусловливающие движение  
Стадии преобразования ОВиУВ Геологические условия среды нахождения ОВ и УВ Источники энергии преобразования ОВиУВ Состояние ОВ и УВ и формы нахождения последних  
    флюидов в латеральном и вертикальном направлениях; электрокинетические силы; капиллярные силы, приводящие к вытеснению УВ водой из мелких пор в крупные; молекулярные силы, приводящие к диффузии нефти и газа через горные породы; кристаллизация и перекристаллизация пород-коллекторов    
Аккумуляция УВ Наличие пород-коллекторов, 'обладающих повышенными емкостными и фильтрационными свойствами; анаэробная геохимическая среда; застойный режим пластовых вод; наличие пород-флюидоупоров (покрышек) над коллекторами; начисление региональных и локальных ловушек, благоприятных для аккумуляции УВ Тектонические движения, способствующие аккумуляции; повышенный тепловой поток; гидродинамические силы; гравитационные силы; молекулярные силы, обусловливающие диффузию УВ; капиллярные силы Скопления УВ  
Консервация УВ Наличие пород-коллекторов, обладающих повышенными емкостными и фильтрационными свойствами; анаэробная геохимическая среда; за- Развитие преимущественно движений прогибания; термодинамическая энергия; благоприятные для консервации термодинамические Скопления УВ  
Стадии преобразования ОВиУВ Геологические условия среды нахождения ОВ и УВ Источники энергии преобразования ОВиУВ Состояние ОВ и УВ и формы нахождения последних
  стойный режим пластовых вод; наличие пород флюидоупоров (покрышек) над коллекторами; их герметичность; нахождение скреплений УВ вне зоны аэрации; сохранение замкнутости структурных ловушек после формирования скоплений; сохранение благоприятного регионального наклона слоев факторы (повышенные давление и температура)  
  Попадание скоплений УВ в зоны аэрации; раскрытие ловушек; тектоническая нарушенность пород; фильтрация УВ из ловушек по тектоническим нарушениям; прорывы УВ через покрышку; перенос УВ движущейся водой; растворение, окисление и разложение УВ Движение пластовых и трещинных вод в зонах активного водообмена; тектонические движения (преимущественно восходящие формы); химическая энергия; процессы окисления УВ сульфатными водами; биохимическая энергия; процессы разложения У В микроорганизмами; молекулярные силы, обусловливающие диффузию УВ УВ в рассеянном состоянии либо новые скопления УВ
                     

Примечание: данная таблица составлена А.А. Бакировым, Э.А. Бакировым и Л.П. Мстиславской.

Углеводороды органического вещества, накапливающегося в осадках в диффузно-рассеянном состоянии, и само органическое вещество испытывают на первой стадии действие, главным образом, биохимических процессов и микроорганизмов.

По мере погружения осадков, с усилением действия внутренней химической энергии ОВ и все возрастающего теплового потока земных недр процесс генерации УВ активизируется, и они эмигрируют из нефтепродуцирующих толщ в коллекторы (вторая стадия). Под влиянием различных внутренних и внешних источников энергии углеводороды в свободном или растворенном состоянии мигрируют по коллекторам или по трещинам (третья стадия), заполняя ловушки и образуя залежи (четвертая стадия). В зависимости от характера проявления дальнейших тектонических движений и других геологических процессов эти залежи консервируются (пятая стадия) или разрушаются (шестая стадия), рассеиваясь в литосфере или атмосфере. Так завершается полный цикл естественно-исторического процесса генерации, аккумуляции и разрушения скоплений углеводородов по В.И. Вернадскому.

Гипотезу неорганического происхождения нефти и газа выдвинул в 1877 году Д.И. Менделеев, который объяснял, что углеводороды могут образовываться в недрах земли при воздействии перегретого водяного пара на карбиды тяжелых металлов под действием высоких температур и давлений. Во время горных процессов по трещинам-разломам в земную кору поступает вглубь вода, которая на своем пути встречает карбиды железа и вступает с ними в реакцию. В результате реакций образуются окислы железа и в виде паров - углеводороды. Образовавшиеся углеводороды по тем же трещинам поднимаются в верхние слои земной коры и по проницаемым породам (песчаники, известняки и другие) перемещаются к местам образования нефтяных залежей.

Как отмечалось, до сих пор нет единого мнения о происхождении нефти и газа. Обе гипотезы имеют свои «за» и «против».

Во многом подтвердилась гипотеза органического происхождения. К настоящему времени большинство нефтяных место-

рождений в мире находятся в осадочных породах, содержащих окаменелые останки животных и растений. В то же время сторонники органического происхождения не могут обосновать огромные скопления останков животных и растений в местах, где органического вещества в осадочных породах сравнительно мало. Кроме того, имеются большие скопления нефти в Морок-ко, Венесуэле и других странах в метаморфических и изверженных породах, в которых органического вещества не может быть.

Не согласуются с гипотезой органического происхождения нефти и результаты, полученные в магматических породах. Так, на сверхглубокой Кольской скважине, в древнейших кристаллических породах, обнаружено присутствие сходного с нефтью битуминозного вещества. На территории шельфа Вьетнама открыты сравнительно крупные нефтяные месторождения (Белый тигр, Волк и другие), где продуктивными коллекторами являются не песчаники и известняки, а гранитный массив.

В 1892 году русский геолог В.Д. Соколов выдвинул «космическую» гипотезу возникновения нефтяных углеводородов в земной коре. Он утверждал, что углеводороды изначально присутствовали в газопылевом облаке, из которого образовалась Земля. Затем углеводороды стали выделяться из магмы и подниматься в газообразном состоянии по трещинам в верхние слои земного шара, где конденсировались и образовывали нефтяные месторождения. Другой геолог, Н.А. Кудрявцев, собрал и обобщил большой геологический материал по нефтяным месторождениям мира. Он подтвердил мнение Д.И. Менделеева о том, что многие нефтяные месторождения открываются под зонами глубинных разломов земной коры. Он также на основе собранного материала утверждал об отсутствии прямой связи между наличием нефти и количеством органического вещества в продуктивном коллекторе. Так, в частности, мархининский вал на севере Сибири, где горные породы на глубину двух километров пропитаны нефтью, а количество углерода, образовавшегося одновременно с породой, составляет всего 0,2-0,4%. На основании этого Н.А. Кудрявцев считал, что нефтеносность мархининского вала связана не с преобладанием

органического вещества, а с наличием глубинного разлома, по которому углеводороды поднимались из недр Земли.

Н.А. Кудрявцев выдвинул «магматическую» гипотезу образования нефти. Он считал, что на больших глубинах, где очень высокие температуры, углерод и водород образуют углеводородные радикалы СН, СБ^, СН3. Затем они по глубинным разломам поднимаются вверх, ближе к земной поверхности. Из-за уменьшения температуры в верхних слоях Земли эти радикалы соединяются между собой и с водородом, в результате чего образуются нефтяные углеводороды.

Оппоненты Н.А. Кудрявцева утверждают, что при высоких температурах углеводородные радикалы не могут существовать. Но Э.Б. Чекалюк на основе расчетов доказал, что на больших глубинах высокое давление полностью подавляет термическую деструкцию углеводородов. Кроме того, он показал, что при этом происходит не только синтез углеводородов из воды и углекислого газа, но и их полимеризация, циклизация и конденсация в крупные углеводородные молекулы. Оптимальные термодинамические условия для синтеза нефти, по мнению Э.Б. Чекалюка, могут быть на глубинах 100-200 км. Прорыв нефтяных углеводородов к поверхности Земли происходит по разломам, возникающим в мантии и земной коре. В.А. Трофимов, В.И. Корчагин, Р.Х. Муслимов указывают на многочисленные и разнообразные доказательства тесной связи нефтяных месторождений с разрывными нарушениями.

Нефтеносность нарушений не сплошная, а ограничена узкими участками - нефтеподводящими каналами, за счет которых, вероятно, и происходит формирование нефтяных месторождений. При этом предполагается наличие глубинных резервуаров, расположенных на больших глубинах и содержащих нефтеподобный флюид. По их предположению, каждое нефтяное месторождение состоит из трех компонентов: 1 - ловушка, заполненная нефтью, 2 - глубинный резервуар, являющийся основным поставщиком углеводородного флюида, и 3 - нефтеподводящий канал, соединяющий глубинный резервуар с залежью.

О наличии глубинных резервуаров могут говорить такие факты, как увеличение с глубиной содержания битумоидов и УВ-газов в кристаллическом фундаменте Татарстана (Р.Х. Муслимов). Кроме того, по данным глубинной сейсморазведки, под крупными нефтяными месторождениями наблюдаются обширные динамические аномалии по глубине 15-20 км и субвертикальные, сужающиеся вниз аномалии, которые, возможно, отражают глубинный резервуар и каналы, соединяющие его с месторождениями.

Авторы формулируют два основных положения:

1. Каждое нефтяное месторождение расположено на нефте-подводящем разломе, за пределами которого нефтяных месторождений и залежей не может быть.

2. Под каждым нефтяным месторождением имеется нефтеподводящий канал, по которому поступала нефть и образовалось месторождение.

Собственно нефтеподводящие каналы до настоящего времени не обнаружены, хотя, по утверждению В.И. Корчагина, их существование подтверждается целым рядом убедительных доказательств. Одним из них является длительный срок эксплуатации ряда месторождений (более 100 лет). К ним относятся месторождения Бакинской группы в Азербайджане (Сабунчи, Бибиэйбат), некоторые месторождения Северного Кавказа, Ферганы, Западной Туркмении и другие. На некоторых крупных нефтяных месторождениях, таких как Ромашкинское (в Татарии), где большинство добывающих скважин обводнены и значительная их часть выведена из эксплуатации как нерентабельные, имеется ряд скважин, сохраняющих высокие дебиты, а накопленная добыча нефти из них достигает несколько миллионов тонн. Одной из вероятных причин подобного аномального явления, по мнению авторов, может быть расположение скважин вблизи крупного неф-теподводящего канала, обеспечивающего постоянный высокий подток новых порций нефтефлюида.

Вдоль высокопродуктивных нефтеподводящих разломов нефтью заполняются все ловушки, а в осадочных бассейнах, где

нефтеподводящие разломы отсутствуют, даже идеальные ловушки остаются пустыми.

Четких критериев и признаков, по которым можно отличить нефтеподводящие разломы от «пустых» разломов, пока нет. Авторы также показывают, что нефтеподводящие каналы могут иметь разные возможности и не зависят от размеров залежи, расположенной над ними.

Нефтеподводящие каналы играют роль в процессе заполнения ловушки, а как только ловушка заполнится, нефтеподводя-щий канал приостанавливает свою деятельность. Поэтому между дебитами нефтеподводящих каналов и размерами расположенных над ними залежей прямой зависимости не существует.

Под мелкими, нерентабельными для разработки месторождениями могут находиться высокодебитные нефтеподводящие каналы, которые могут стать новым дополнительным источником добычи нефти.

Сторонники неорганического происхождения нефти и газа показывают, что образование нефти - процесс постоянный, пока в недрах Земли есть вода, углекислый газ и восстановители (закись железа).

Происхождение газа

Метан всегда имеется в составе нефти. Значительное количество метана растворено в пластовых водах на глубине 1-5 км. Метан в определенных количествах присутствует в водах рек, озер и океанов, в атмосфере и т.д. Основное содержание метана наблюдается в осадочных и изверженных породах. В настоящее время известно несколько процессов образования метана:

- биохимический;

- радиационно-химический;

- метаморфический;

- термокаталитический;

- механо-химический;

- космогенный.

Биохимический процесс образования метана происходит в илах, почве, осадочных горных породах и гидросфере, в результате жизнедеятельности бактерий из органических соединений (белков, клетчатки, жирных кислот) образуется метан.

Радиационно-химический процесс образования метана проходит при воздействии радиоактивного излучения на углеродистые соединения.

Метаморфический процесс образования метана проходит с преобразованием угля под воздействием высоких температур (500° С) в углерод.

Термокаталитический процесс образования метана заключается в преобразовании в газ органического вещества осадочных пород под действием высоких температур и давления в присутствии глинистых минералов. Важную роль в этом процессе играют катализаторы-алюмоселикаты, входящие в состав глинистых пород, а также микроэлементы и их соединения.

Механо-химический процесс образования метана происходит в образовании углеводородов из органического вещества (угли) под воздействием механических нагрузок, когда на контактах зерен минеральных пород образуются высокие напряжения, энергия которых участвует в преобразовании органического вещества.

Космогенный процесс образования метана согласуется с гипотезой образования нефти В.Д. Соколова. Считается, что основная масса метана газовых месторождений имеет термокаталитическое происхождение и образуется он на глубине от 1 до 10 км. Значительная часть метана имеет биохимическое происхождение и образуется на глубинах 1-2 км.


Глава III




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.