 |
Курс лекций по нефтедобыче. Лекция №1. Приветствие. Представление себя. Представление курса «Общезаводского хозяйства». (ОЗХ)
|
|
|
|
Курс лекций по нефтедобыче.
Лекция №1
Приветствие... . Представление себя... . Представление курса «Общезаводского хозяйства». (ОЗХ)
ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ
Земная кора состоит преимущественно из трех типов горных пород - вулканических, метаморфических и осадочных. Хотя нефть и газ присутствуют во всех трех типах пород, чаще всего они ассоциируются с осадочными породами. Известны различные пути образования осадочных пород, но основной путь - это отложение под действием ветра или воды или химическое осаждение (нап-ример, выщелачивание). Осадочные материалы подразделяются на обломочные породы (песчаники, сланцы), карбонатные породы (некоторые известняки) и доломиты.
Хотя осадочные породы ассоциируются с нефтью, далеко не всегда они содержат нефть. Согласно большинству теорий, для образования нефти необходимы остатки растений и животных, а также определенные температуры и давления. Каким же образом создавались такие условия?
Все мы знаем, ещё со школы, что жизнь появилась в обширных морях и внутренних озерах, которые покрывали значительную долю современных материков. По мере гибели огромного количества морских растений и животных их остатки быстро опускались вниз водоема и были захоронены в иловых отложениях, которые постепенно собирались на дне (рис. 3. 1).
Реки переносили огромные количества ила и песка, которые затем разносились течениями и распространялись за пределы постоянно меняющейся береговой линии морей. Они присоединя-лись к остаткам морских организмов, собирающихся на морском дне и в дельтах рек, где на них многократно оседали новые слои. Ил и морская вода предохраняли вещество от дальнейшего разложения. По мере накопления новых слоев органического вещества, песка, ила, глины и извести и с течением времени масса покрывающих отложений оказывала огромное давление на лежащие ниже осадочные слои. С увеличением массы отложений подстилающий слой постепенно опускался, формируя и сохраняя плотные слои ила, песка и карбонатов. В конце концов они преобразовывались в осадочные горные породы. Огромное давление в сочетании с высокой температурой, действием бактерий и химическими реакциями и привело к образованию сырой нефти и природного газа.
|
|
|
Доказательством состоятельности этой теории является наличие в природе залежей торфа и угля. Можно предположить, что торф – это одна из первых стадий образования нефти и газа. Ведь торф образуется в заболоченных местах в результате накопления и уплотнения отмерших растений и животных, и залегают пласты торфа всего на несколько метров от поверхности земли.
Следующей стадией метаморфических превращений отмерших растений и животных является - каменный уголь. Месторождения или пласты каменного угля залегают на глубине от десятков метров от поверхности до нескольких сотен метров и даже километров. И возможно со временем пласты каменного угля под воздействием высокого давления, всё образующихся и образующихся верхних пластов, и высокой температуры, которая увеличивается при движении в глубь к центру земли, - станут источниками образования нефти и газа.
Накопление и залегание
Вопреки распространенному мнению, нефть и газ не залегают в виде больших рек и озер под земной поверхностью (хотя мы и говорим о нефтяных пластах). На самом деле углеводороды -сырая нефть и природный газ, образованные из углерода и водорода, входящих в состав остатков древних растительных и животных форм, — находятся в виде флюидов в пространстве пор осадочных пород.
|
|
|
Вернемся к донным отложениям, которые мы обсуждали выше. Слой ила, содержащий первоначально разлагающиеся остатки растений и животных, называется - материнским пластом . Материнский пласт включает темные морские сланцы и морской известняк. В результате постоянного сжатия материнского пласта, содержащего отложения, которые при этом трансформировались, повышались давление и температура, достаточно высокие для того, чтобы нефть и газ выходили наружу из материнской породы и накапливались в прилежащих пористых и проницаемых породах (рис. 3. 2), таких как песчаники, карбонатные породы (известняки) и доломиты. Эти породы являются хранилищами мигрирующих углеводородов и называются - породы-коллекторы.
Но как же может нефть или газ проходить через скальную породу? Разве порода не твердая? В действительности нет. Конечно порода твердая, но не монолитная. В горной породе находится множество крошечных пустот, которые называются - порами (рис. 3. 3). Эти поры являются пространством между отдельными зернами, которые и составляют породу-коллектор. В одних горных породах имеются большие поры, в других - маленькие. Отношение объема пор к общему объему породы называется - пористостью, которая обычно выражается в процентах. Например, пористость хорошего песчаника может достигать 30%, а плотный известняк может иметь пористость всего 5%. Таким образом, чем больше объем пор, тем выше способность горной породы удерживать значительные объемы нефти.
Помимо наличия достаточного пустого пространства в порах необходимо, чтобы углеводороды могли перемещаться из одной поры в другую и в результате оказаться ближе к поверхности. Легкость, с которой жидкость или газ проходит через соединенные друг с другом пустоты в горной породе, характеризуется - проницаемостью. Чем выше проницаемость горной породы, тем легче углеводороды перемещаются внутри нее из одной поры в другую.
Понятие пористости можно проиллюстрировать следующим примером. Возьмите две банки одинакового объема. Одну наполните сухим песком, а другую — водой. Теперь медленно переливайте воду в банку с песком. Если вам удастся полностью переместить содержимое банки с водой в песок без переливания через край, то пористость составляет 50%, если только половину банки — 25% и т. д.
|
|
|
Таким образом, крошечные промежутки между частицами в осадочной породе образуют пустоты, в которых могут накапливаться нефть и газ. А крошечные трещины в горных породах позволяют нефти и газу выходить из материнских пород и проходить через породы-коллекторы.
Далее они продолжают подниматься сквозь пористые породы, пока не достигают слоя непроницаемой горной породы и таким образом оказываются в ловушке.
Откуда берутся эти слои и ловушки? Вспомните, что осадочные горные породы в основном залегают в виде горизонтальных слоев или неглубоких наклонных участков, которые называются напластованиями (или пластами) (см. рис. 3. 1). По мере осаждения новых слоев нижние слои сжимались и уплотнялись, превращаясь в горную породу. Однако большая часть горных пород недостаточно прочна, чтобы выдерживать перемещения и давление земной коры, поэтому они деформируются.
Одним из видов деформаций являются складки, они, как правило, образуют горные сооружения, такие как Скалистые горы (рис. 3. 4). Складки различаются по размерам — от небольших морщин до огромных арок или впадин, занимающих сотни километров. Складки, направленные вверх, или арки, называются - антиклиналями, а складки, направленные вниз, впадины, - синклинолями. Складки могут быть симметричными, с одинаковыми крыльями с обеих сторон, а могут быть асимметричными, когда одно крыло круче, чем другое. Очень короткая антиклиналь, свод которой снижается от верхней точки во всех направлениях, называется - куполом . Купола очень важны для поиска нефти, так как именно с этими структурами была связана первая теория, позволяющая научно обосновать поиск и разведку нефти и газа.
Другим видом деформации горной породы является сброс. Практически все породы имеют разломы и образуют трещины, так называемые линии кливажа. Если слои породы по одну сторону от линии кливажа смещаются в направлении, противоположном их смещению по другую сторону, образуется сброс . Величина сбросов горных пород может изменяться от нескольких сантиметров до километра или даже многих километров, как, например, Сан-Андреас в Калифорнии. Сбросы подразделяют на нормальные, обратные, открытые и поперечные, в зависимости от вида смещения (рис. 3. 5).
|
|
|
В нормальных и обратных сбросах смещение происходит вверх и вниз, а в случае открытых и поперечных сбросов пласты смещаются в основном в горизонтальном направлении. Сбросы могут быть смещены одновременно и вертикально, и горизонтально.
Другим результатом движения земной коры является уничтожение или частичное предотвращение отложения ряда осадочных пород, которые присутствуют в других местах. Такую глубинную эрозионную поверхность называют - несогласное напластование (рис. 3. 6). Оно также имеет важное значение, так как может выступать в качестве ловушки.
Движение земной коры — очень важный фактор в геологии нефти, поскольку оно позволяет сформировать структуру (ловушку), которая улавливает нефть и газ. Не забывайте, что нефть или газ продолжает постоянно перемещаться вверх, двигаясь при этом иногда вертикально, иногда горизонтально, пока наконец не оказывается в ловушке, образованной какой-либо деформацией в пласте или слое.
Ловушки делятся на три основных типа — структурные, стратиграфические и комбинированные. В структурных ловушках в породе-коллекторе нефть и/или газ задерживаются вследствие структурных особенностей (складка или сброс). Данные структурные особенности создаются в результате движения земной коры. Стратиграфические ловушки удерживают нефть и/или газ вследствие изменения литологии горной породы, т. е. типа породы или ее пористости. Наконец, комбинированные ловушки включают в себя особенности как структурных, так и стратиграфических ловушек (рис. 3. 7).
Таким образом, для накопления залежей нефти и газа необходимы три фактора. Во-первых, нужен источник нефти и газа. Во-вторых, должна быть порода-коллектор — пористый пласт, достаточно проницаемый, чтобы жидкость могла проходить через него. В-третьих, нужна ловушка или барьер, чтобы жидкость остановилась и стала накапливаться.
|
|
|
