Редпосылки возникновения "Геологии нефти и газа". Как выбирали месторождения скважин до образования этой дисциплины

Министерство образования и  науки Российской Федерации

САХАЛИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет природных ресурсов и нефтегазового  дела

Кафедра Нефтегазового дела

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

Геология  нефти и газа

направление подготовки 131000.62 «Нефтегазовое дело»

вариант № __44__

Выполнил:

Иванов С.В. 

Студент __1__ курса

Заочной формы обучения

№ зачетной книжки __11-396___

Проверил:

Ст. преподаватель  Баенкевич П.И.

Оценка:_________________

Содержание:

1. Предпосылки  возникновения "Геологии нефти  и газа". Как выбирали месторождения  скважин до образования этой  дисциплины.

Слово «нефть» происходит от греческого слова «нафта». Нефть и природный горючий газ известны с давних времен. Древние народы называли выделения природного горючего газа на поверхности «вечными огнями». Упоминание о нефти можно найти в различных древних рукописях и книгах, дошедших до нас. Выделения нефти и природного газа считались священными. Поклонение огню было широко распространено в Азии. Этот культ существует и сейчас в различных районах Юго-Восточной Азии, например в Индии.[5]

Нефть и ее производные в древности  использова>гась для разнообразных целей. Ее употребляли как лекарство, как смазку, для освещения, как зажигательное средство во время сражений, строительный материал и т. д.

До второй половины XIX в. нефть добывали в очень небольшом количестве кустарным способом у ее естественных выходов. Глубина колодцев обычно не превышала 1—2 м, лишь изредка достигая нескольких десятков метров.

Несмотря на то, что с древних  времен нефть и получаемые из нее  продукты были известны как прекрасное топливо и лучшие осветительные  и смазывающие средства, она до середины прошлого столетия не разрабатывалась в промышленных масштабах.

Решающую роль в развитии нефтяной промышленности сыграло бурение. Бурение  как метод углубления в недра  земной коры было известно очень давно. В Китае, в провинции Сычуань, более чем за 200 лет до н. э. бурились скважины при помощи бамбуковых штанг для добычи рассолов. Некоторые из этих скважин углублялись на несколько сотен метров. Вместе с соленой водой иногда получали и горючий газ.

В середине XIX в. бурение начали применять для получения нефти. Одна из первых попыток получения нефти из скважин была сделана техником Семёновым в Бакинском районе в 1848 г. Но промышленная нефть из скважины в этом районе была получена лишь в 1871 г. Первые скважины на Северном Кавказе были заложены А. Н. Новосильцевым в 1864 г. у г. Анапы, на Тамани и в долине р. Кудако. Последняя скважина при глубине 80 м фонтанировала нефтью с дебитом от 10 до 15 тыс. ведер в сутки. В связи с этим к концу 1865 г. на р. Кудако уже бурилось около 50 скважин.

Бурение скважин на Челекене впервые было начато в 1876 г. Скважины имели глубину 60—100 м и давали 3—8 т/сутки нефти.

Первая разведочная скважина на Ухте и на Крайнем Севере России была заложена сибирским золотопромышленником М. К. Сидоровым в 1870 г. в районе ранее существовавшего кустарного промысла.

Разведочные работы с применением  ручных буровых станков на Эмбе впервые  были организованы С. Н. Никитиным в 1892 г.[1]

Развитие нефтедобывающей промышленности в широких масштабах началось лишь после освоения способов переработки нефти. Одной из первых в мире нефтеперегонных установок был «завод», сооруженный в 1821 г. крепостными графини Паниной, братьями Дубиниными в Моздоке. Нефтеперегонный завод на Ухте был построен в 1845 г. архангельским купцом Федором Прядуновым. Значительно более совершенный нефтеперегонный завод был построен в 1859 г. В. А. Кокаревым на Апшеронском п-ове, близ сел. Сураханы. На этом заводе под наблюдением великого русского химика Д. И. Менделеева были налажены очистка нефти п производство из нее осветительных масел. Роль Д. И. Менделеева в развитии отечественной нефтяной техники и науки о нефти исключительно велика. Под его наблюдением строились первые нефтеперегонные заводы, под его руководством впервые в мире началось изучение химического состава нефти.

На первом этапе развития нефтедобывающей  промышленности основная часть нефти  использовалась для переработки  на керосин. Большое количество добываемой нефти из скважин, простота ее переработки, высокое качество получаемого керосина обеспечили такой быстрый темп развития нефтяной промышленности, какого не знала до этого ни одна отрасль промышленности по добыче полезных ископаемых. В этом отношении нефтяная промышленность намного обогнала даже угледобывающую, которая чрезвычайно быстро развивалась в XIX в. Если до 1860 г. на земном шаре добывалось всего 2000—5000 т нефти в год, то в первые же годы применения бурения начали добывать десятки тысяч тонн, а в 1862 г. было добыто уже более 30 000 т. В первые 50 лет применения бурения мировая добыча возросла до 40 млн. т, а в 1965 г. она достигала более 1,5 млрд. т нефти. Можно полагать, что к 1970 г. добыча нефти в мире превысит 2 млрд. т. Несмотря на бурный рост нефтедобывающей промышленности, спрос на нефтяное топливо значительно превышает его предложение. Параллельно с нефтедобычей, хотя и значительно менее интенсивно, развивалась добыча и потребление природного газа.

Уже в конце XX в. нефть широко применялась  как топливо для фабрик и заводов. Перевести морской флот на нефтяное топливо в России первым предложил Д. И. Менделеев. Испытания, давшие весьма положительные результаты, производились в 1887 г. на миноносцах «Сова» и «Лук» в Черном море. Однако морской флот был переведен на нефтяное топливо лишь в XX в. сначала в Англии, а затем и в других странах.

Для того чтобы удовлетворить возрастающие потребности мирового рынка на нефть и ее продукты, потребовалось введение в разработку многих новых месторождений, расположенных не только в старых известных районах добычи нефти, но и в совершенно новых, где нефть как полезное ископаемое ранее не добывалась.

В геологии нефти решение теоретических  вопросов имеет большое значение. К основным теоретическим проблемам  относятся следующие:

1) происхождение нефти и газа;

2) условия образования их скоплений; 

3) изучение законов, контролирующих размещение скоплений нефти и газа в земной коре.

Вопрос о происхождении полезного  ископаемого очень сложен и часто  не имеет однозначного решения. Всестороннее освещение его выходит за пределы  отдельных наук и базируется на данных всего естествознания. В частности, разбирая вопрос происхождения нефти и природного газа, следует привлечь данные геологии, геохимии нефти, палеоботаники, петрографии, биохимии, биогеохимии, микробиологии, физической и органической химии. Если рассматривать проблемы образования скоплений нефти и газа и законы, контролирующие их размещение в земной коре, то круг смежных наук значительно расширяется за счет геофизики, гидрогеологии, гидродинамики и т. д.

2. Основные доказательства  неорганического происхождения углеводородов в соответствии с магматической гипотезой Н.А. Кудрявцева

Основные положения ее были намечены еще в прошлом веке Д.И.Менделеевым. Позднее она возродилась в  США (1939г. – Е.Мак-Дермот), а затем  в СССР (1951г. – Н.А.Кудрявцевым; 1955г. – П.И.Кропоткиным, И.М.Порфирьевым и др.) Сторонники неорганического происхождения нефти связывают ее образование либо с локальными очагами проявления магмы, либо рассматривают ее как продукт глубинных подкоровых процессов.

В 1954г. Н.А.Кудрявцев выдвинул гипотезу образования углеводородов в глубинных зонах Земли. По его предположению из углерода и водорода, содержащихся в магме, образуются углеводородные радикалы СН, СН2, СН3, которые служат материалом для образования нефти в более холодных верхних слоях Земли. Глубинные разломы, по мнению Н.А.Кудрявцева, служат путями для подъема из мантии Земли газов, паров и нефти.

Прежде всего Кудрявцев обратил  внимание на то, что многие месторождения  нефти и газа обнаруживаются под  зонами глубинных разломов земной коры. Сама по себе такая мысль не была новой: на это обстоятельство обратил внимание еще Д. И. Менделеев. Но Кудрявцев намного расширил географию применения таких выводов, глубже обосновал их.[3]

Например, на севере Сибири, в районе так называемого Мархининского  вала, очень часто встречаются выходы нефти на поверхность. На глубину двух километров все горные породы буквально пропитаны нефтью. В то же время, как показал анализ, количество углерода, образовавшегося одновременно с породой, чрезвычайно невелико—всего 0,02—0,4%. Но по мере удаления от вала количество пород, богатых органическими соединениями, возрастает, а вот количество нефти резко уменьшается.

На основании этих и других данных Кудрявцев утверждает, что нефтегазоносность  Мархининского вала скорее всего  связана не с органическим веществом, а с глубинным разломом, который и поставляет нефть из недр планеты.

Подобные же образования имеются  в других регионах мира. Скажем, в  штате Вайоминг (США) жители издавна  отапливают дома кусками асфальта, который они берут в трещинах горных пород соседних Медных гор. Но сами по себе граниты, из которых состоят эти горы, не могут накапливать нефть и газ. Эти полезные ископаемые могут поступить только из земных глубин по образовавшимся трещинам.[2]

Более того, найдены следы нефти в кимберлитовых трубках— тем самых, в которых природа осуществила синтез алмазов. Такие каналы взрывного разлома земной коры, образовавшиеся в результате прорыва глубинных газов и магмы, могут оказаться вполне подходящим местом и для образования нефти и газа.

Возможный синтез углеводородов неорганическим путем доказывается рядом простейших химических реакций, проведенных еще  в прошлом столетии. Наиболее известной  является карбидная теория Д.И.Менделеева (1887г.), согласно которой при реакции  углеродистых металлов с водой образуется этан и окисел металла:

2FeC+3H2O = Fe2O3+C2H6.

Однако  карбиды металлов в земной коре практически  отсутствуют, предполагается их наличие  в ядре Земли. Гипотеза неорганического  происхождения нефти содержит много  противоречивых положений. Критика последних дана И.О.Бродом, М.Ф.Мирчинком, А.А.Бакировым, Н.Б.Вассоевичем, М.К.Калинко, Н.А.Еременко и др.

Находки различных углеводородных газов, жидкостей  и битумов в магматических  породах известны давно. Сводку этих данных опубликовал Н. А. Кудрявцев. Одним из районов, изученных с достаточной детальностью, является Хибинский массив, где углеводороды обнаружены как в составе щелочных пород, так и в составе ассоциирующихся с ними докембрийских гнейсов, филлитов и кристаллических сланцев. Тщательное геологическое обследование таких районов показывает, что большинство находок обязано органическому углероду, который когда-то аккумулировался в осадках, испытавших впоследствии значительное изменение. Можно дать несколько объяснений нахождению углеводородных газов и битумов в магматических и метаморфических породах.

1.В качестве одного из основных  доказательств неорганического  происхождения нефти Н.А.Кудрявцев  рассматривал наличие нефти или  ее признаков в магматических  и метаморфических породах. Действительно, известно около 30 залежей нефти, находящихся в магматических и метаморфических породах, и около 200 нефтегазопроявлений в них. Геологический анализ показывает, что такие залежи и проявления в гранитах и базальтах образовались за счет притока нефти и газа из контактирующих с ними нефтегазоносных осадочных комплексов.

2. Гипотеза неорганического происхождения  нефти не объясняет причину  неравномерного размещения залежей  нефти и газа по разрезу,  присутствие скоплений в одних толщах и отсутствие в других, имеющих такие же коллекторы и покрышки.

3. Региональная приуроченность  скоплений нефти и газа к  зонам глубинных разломов использовалась  как довод в пользу неорганической  гипотезы. Исследования показывают, что прямая связь между глубинными разломами и нефтегазоносностью осадочных пород отсутствует.

4. Неорганическая гипотеза не  объясняет причину образования  чисто нефтеносных и чисто  газоносных областей, причину территориального  разделения нефти и газа.[4]

Обобщив эти и множество других фактов, Кудрявцев создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти. В мантии Земли под давлением и при высокой температуре из углерода и водорода сначала образуются углеводородные радикалы СН, CH2 и СН3. Они движутся в веществе мантии от области высокого к области низкого давления. А так как в зоне разломов перепад давлений особенно ощутим, углеводороды и направляются в первую очередь именно сюда. Поднимаясь в слои земной коры, углеводороды в менее нагретых зонах реагируют друг с другом и с водородом, образуя нефть. Затем образовавшаяся жидкость может перемещаться как вертикально, так и горизонтально по имеющимся в породе трещинам, скапливаясь в ловушках.

Исходя из этих теоретических представлений, Кудрявцев советовал искать нефть не только в верхних слоях, но и глубже. Этот прогноз блестяще подтверждается, и глубина бурения с каждым годом возрастает.

Незадолго до своей кончины, в одной  из последних статей, посвященных  неорганическому синтезу углеводородов, Кудрявцев писал: “Сторонники этой гипотезы, которых становится все больше, уверены, что именно за ней будущее...” И действительно, в Ленинграде, Киеве, Львове образовались целые научные коллективы, продолжающие развитие идей своего учителя.

3. Существующие  взгляды о происхождении углеводородных газов

Проблема происхождения нефти  и формирования месторождений УВ рассматривается исключительно  с гидрогеологических позиций, включая  региональные закономерности формирования глубоких подземных вод в пределах артезианских бассейнов, и в первую очередь положение в пространстве областей питания,разгрузки и транзита.

Более 150 лет осуществляется промышленная добыча нефти и газа. Тем не менее  до сих пор ученые не достигли согласия по вопросам генезиса нефти.Проблема происхождения  нефти и газа,как проблема генезиса любого полезного ископаемого,сложна из-за многофакторности причинно-следственных связей и явлений,существующих в природе.[4]

В настоящее время практически  существуют две основные теории: органическая (осадочно-миграционная гипотеза и др.) и неорганическая (минеральная,эманационная гипотезы и т.д.). Наряду с давно существующими осадочно-миграционной и абиогенной гипотезами происхождения нефти и газа в последние годы по этой проблеме опубликовано несколько новых представлений,претендующих на роль обобщающих теорий нафтидогенеза:флюидодинамическая (Б.А. Соколов и др.); геосинергическая (А.Е. Лукин); осадочно-неорганическая (И.И.Чебаненко, Н.И. Евдошук и др.); осадочно-флюидодинамическая(Б.П. Кабышев,Ю.Б. Кабышев) и др.

Осадочно-миграционная гипотеза происхождения нефти впервые появилась в США и получила широкое распространение на территории бывшего СССР.В силу своей простоты она пользовалась и пользуется широкой популярностью как в научной среде, так у большинства геологов –практиков во всем мире. Глубоко и детально она получила развитие в многочисленных работах Н.Б.Вассоевича, по праву считающегося основоположником эволюционно-генетического направления в нефтегазовой геологии, а также в работах его учеников и последователей.

В основе органической теории лежат представления о том, что захороненное вместе с осадками органическое углеродистое вещество, которое на протяжении длительной истории геологического развития проходит все стадии диагенеза и катагенеза,в результате абиогенного синтеза превращается в нефть. Под нефтью понимаются выделившиеся в отдельную фазу наиболее стойкие жидкие гидрофобные продукты обычного процесса фоссилизации ОВ, захороненного в субаквальных отложениях.

Аргументы в пользу осадочно-миграционной гипотезы происхождения нефти приводят следующие:[2]

1. Все осадочные породы, от рифейских  до современных,содержат углеродистое  биоорганическое вещество, среднее  содержание которого в пределах  континентов составляет в пересчете  на Сорг 12-15 кг на 1 м3 породы.Рассеянное  углистое вещество по своему составу близко к керогену горючих сланцев и углям. Для осадочных пород характерно преобладание сапропелевого или гумусо-сапропелевого ОВ. Во всех случаях определенную часть органики составляют битумоиды – углеродистые соединения,растворяющиеся в органических растворителях типа ССL4,СНСL3, CS2,С6Н6 и др. В их состав входит масляная и смолисто-асфальтовая части. Среднее содержание УВ, по данным Н.Б. Вассоевича,составляет в осадочных породах 250 – 300г/м3. Присутствие битумоидов считается проявлением одного из законов фоссилизации живого вещества в пределах биосферы, в которой осуществляются седиментация осадков во всех без исключения водоемах. ОВ находится во всех типах осадков: в глинах органического углерода в два раза больше,чем в алевритах,а в алевритах– в среднем в два раза больше,чем в песках.

2. Наличие зависимости между  количеством и типом битумоидов  и составом УВ,с одной стороны,и  нерастворимой его частью в  породах – с другой стороны,установленное  многочисленными исследованиями в нашей стране и за рубежом.Это, по мнению сторонников органической гипотезы происхождения нефти, не оставляет никаких сомнений в том, что в осадочных породах существует свой автохтонный битумоид с присущими только ему УВ,составляющими основу микронефти.В битумоидах и в нефтях главную роль играет углерод, но присутствуют также водород,кислород, азот,сера и нередко металлы, в частности никель и ванадий.

3. Микронефть,могущая иметь несколько  этапов генерации– это наиболее  восстановленная,наиболее миграционная и нейтральная часть автохтонных битумоидов(в основном их масляной фракции),состоящая преимущественно из смеси УВ и растворенных в ней низкомолекулярных смол (определение Н.Б. Вассоевича).Установлены стадии и этапы литогенеза,каждой из которых свойственны свои генерации УВ и свои пред-УВ.С одним из этапов,который протекает при мощности перекрывающих отложений 2-4км и при температурах80 – 150˚С, связана главная фаза нефтеобразования.В течение этой стадии значительно активизируются процессы формирования микронефти и увеличивается ее содержание,осуществляются процессы десорбции микронефти,ее отрыв от материнской органики. Иногда микронефть выделяется в отдельную фазу и образует уже собственно нефть, которая классифицируется как аллохтонный битумоид.

4. Сходство химических соединений в битумоидах,микронефти и нефти (по данным хроматографических и спектральных анализов, а также экстрагирования).

5. Серьезным аргументом в пользу  органического происхождения нефти  является нахождение в ее составе  молекулярных структур,свойственных тканям живым организмов:растениям и животным. Причем содержание некоторых из них (пристан,фитан и др.) в нефтях достаточно велико, "чтобы считать их примесями,попавшими извне путем захвата или экстрагированием"глубинной"нефтью из пород,по которым она мигрировала".

6. Вопрос о начальной миграции  нефти из нефтематеринских пород  и поступлении ее в коллектора  был решен после установления  того факта, что растворение  битумоидов и микронефти осуществляется  сжатыми газами СО2, СН4, и его  гомологами,а также водами различной солености.Опыты проводились в термодинамических условиях, близких к пластовым.Растворение и вынос микронефти осуществлялись как в раздробленных образцах, так и в керне пород.

Таким образом, осадочно-миграционная гипотеза, дополненная сведениями о флюидодинамических процессах,широко используется для объяснения процессов нефтегазообразования в различных регионах. Такие примеры многочисленны.

Осадочно-миграционная гипотеза происхождения  нефти постепенно сдает свои позиции, что проявляется:а) в расширении границ плавной фазы нефтегазообразования с глубин 1800 – 2000м до нескольких километров и температур с 90 – 120˚С до нескольких сот градусов;б) в дополнении этой гипотезы флюидодинамической концепцией,т.е. признании гидротермальной деятельности,что неизбежно приведет к признанию определенной роли мантийных УВ, которые уже признаются,но пока им отводится незначительная роль (Б.А. Соколов);в) в признании того факта, что не все осадочные породы являются нефтематеринскими.Так, например,результаты геохимических исследований ОВ показали,что по УВ-биомаркерам ОВ абалакской свиты и нижневасюганской подсвиты не являются источником нефтей в горизонтах Ю1, Ю2, и пластах группы "Б" и"А" нижнемеловых отложений –ненефтематеринских свитах, несмотря на их нефтематеринский потенциал.

Существующих в настоящее время  данных о соотношениях изотопов различных  газов явно недостаточно для однозначного решения вопроса о генезисе УВ.Спектр их соотношений для различных  геологических сред постоянно расширяется.

Расширение спектра исходных веществ, химических элементов и катализаторов,термодинамических условий позволяет получать все больше синтезированных УВ, приближающихся по своему составу и свойствам к природным.

Таким образом,основные доказательства осадочно-миграционной гипотезы формирования нефти и образования месторождений УВ постепенно расшатываются в связи с новыми данными, получаемыми в различных областях, и все больше подтверждений появляется в доказательство минеральной или смешанной гипотез формирования УВ.

Для решения многих спорных вопросов и вообще проблемы образования нефти  и формирования месторождений УВ совершенно необходима организация  мониторинга на эксплуатируемых  месторождениях.Целью такого мониторинга  должно быть создание временных рядов, включая наблюдения за физическими и геохимическими свойствами нефти в процессе эксплуатации,геодинамические,гидродинамические,палинологические и другие виды наблюдений.

Список литературы:

1. Дюнин В.И. Гидрогеодинамика  глубоких горизонтов нефтегазоносных  бассейнов. - М.:Научный мир, 2011. 471 с

2. Пиковский Ю.И. Концепция нефтегазообразования:практические  следствия как критерий оценки// Мат-лы Шестой межд. конф. "Новые  идеи в геологии и геохимии  нефти и газа.К созданию общей  теории нефтегазоносности недр". Кн. 2. М.:ГЕОС, 2009. С. 82-85.

3. Баженова О.К.,Соколов ЕА.Происхождение  нефти – фундаментальная проблема  естествознания// Тезисы докл.межд. конф. "Генезис нефти и газа  и формирование их месторождений  в Украине как научная основа  прогноза и поисков новых скоплений".Чернигов. 2010. С.10-12

4. Карцев А.А., Лопатин НВ, Соколов  БА., Чахмахчев В.А. Торжество органической(осадочно-миграционной)теории  нефтеобразования к концу ХХ  в. // Геология нефти и газа. 2010. №3. С. 2-5

5. Коробков Ю.И.Возраст углеводородных  скоплений в связи с проблемой поиска нефтяных и газовых месторождений// Мат-лы Шестой межд. конф. "Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа.К созданию общей теории нефтегазоносности недр". Кн. 1. М.:ГЕОС, 2011. С. 253-255

6.Чебаненко ИИ.,Клочко В.П.,Токовенко В.С.,Евдощук НИ.Осадочно-неорганическая теория формирования нефтяных и газовых месторождений// Геология нефти и газа. 2010. №5. С. 50-52

7.Краюшкин В.А.Небиотическая нефтегазоносность  недр // Тезисы докл. межд. конф. "Генезис  нефти и газа и формирование их месторождений в Украине как научная основа прогноза и поисков новых скоплений".Чернигов. 2011. С.16-17