Теория происхождения нефти и газа
Содержание
- Теория происхождения нефти и газа……………………..3
- Геофизические методы исследования……………………11
- Месторождения гиганты…………………………………..15
Литература…………………………………………………
- Теория происхождения нефти и газа.
Происхождение
нефти
В развитии взглядов на происхождение нефти выделяют 4 этапа:
- донаучный период
- период научных догадок;
- период формирования научных гипотез, связанный с началом развития нефтяной промышленности;
- современный период.
Ярким примером донаучных представлений о происхождении нефти являются взгляды польского натуралиста XVIII в. каноника К. Клюка. Он считал, что нефть образовалась в раю и является остатком той благодатной, жирной почвы, на которой цвели райские сады. Но после грехопадения Бог решил наказать человечество и уменьшил урожайность земли, удалив из нее жирное вещество. Одна часть жира, по мнению каноника, испарилась под влиянием солнечного тепла, а другая опустилась вглубь Земли, где и образовала скопления нефти.
С началом развития нефтяной промышленности вопрос о про-исхождении нефти приобрел важное прикладное значение. Это дало мощный толчок к появлению различных научных гипотез.
В 1866 г. французский химик М. Бертло высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли при воздействии углекислоты на щелочные металлы. Другой французский химик Г. Биассон в 1871 г. выступил с идеей о происхождении нефти в результате взаимодействия, воды, углекислого газа и сероводорода с растленным железом. Обе эти реакции действительно приводят к образованию нефтеподобного вещества, а сами гипотезы являются первыми представителями неорганической теории происхождения нефти.
В 1888 г. немецкий химик К. Энглер, нагревая жиры морских животных при давлении 1 МПа до температуры 320...400°С, получил нефтеподобные продукты. На этом основании он вместе, с геологом Г. Гефером выдвинул гипотезу о происхождении нефти из животного жира, т.е. из органического вещества. В настоящее, время сформировались две теории происхождения нефти: органическая и неорганическая.
Сторонники органической теории утверждают, что исходным материалом для образования нефти стало органическое вещество.
В основе современных взглядов на происхождение нефти лежат положения, сформированные академиком И.М. Губкиным в 1932 г: в его монографии «Учение о нефти». Ученый считал, что исходным для образования нефти является органическое вещество морских илов, состоящее из растительных и животных организмов. Его накопление на дне морей происходит со скоростью до 150 г на 1 квадратный метр площади в год. Старые слои довольно быстро перекрываются более молодыми, что предохраняет органику от окисления. Первоначальное разложение растительных и животных остатков происходит без доступа кислорода под действием анаэробных бактерий. Далее пласт, образовавшийся на морском дне, опускается в результате общего прогибания земной коры, характерного для морских бассейнов. По мере погружения осадочных пород давление и температура в них повышаются. Это приводит к преобразованию рассеянной органики в диффузно рассеянную нефть. Наиболее благоприятны для нефтеобразования давления 15...45 МПа и температуры 60... 150 °С, которые существуют на глубинах 1,5...6 км. Далее, под действием возрастающего давления, нефть вытесняется в проницаемые породы, по которым она мигрирует к месту образования залежей.
Таким образом, процесс нефтеобразования делится на три этапа:
1)
накопление органического
2)
выжимание рассеянной нефти из
нефтематеринских пород в
3) движение нефти по коллекторам и ее накопление в залежах.
В последующие годы взгляды И.М. Губкина блестяще подтвердились. В 1934 г. в нефти, асфальтах и ископаемых углях были найдены порфирины, входящие в молекулу хлорофилла. В 50-е годы нашего столетия А.И. Горской (в СССР) и Ф. Смитом (в США) были открыты нефтяные углеводороды в осадках водоемов различных типов (в озерах, заливах, морях, океанах). Открытие крупнейших нефтяных месторождений в осадочных бассейнах сначала между Волгой и Уралом, а затем в Западной Сибири также подтверждает взгляды И.М. Губкина. Наконец, в настоящее время большинство нефтяных месторождений мира находится в местах сосредоточения осадочных пород, содержащих окаменелые останки животных и растений.
Вместе с тем сторонники органического происхождения нефти бессильны объяснить существование её гигантских скоплений там, где органического вещества в осадочных породах относительно мало (например, бассейн реки Ориноко). Более того, довольно значительные скопления нефти в Марокко, Венесуэле, США и других странах встречаются в метаморфических и изверженных породах, в которых органического вещества просто не может быть. До недавнего времени бесспорным подтверждением родства нефти и органического мира считались соединения, встречающиеся в обоих из них (например, порфирины). Однако в настоящее время многие из этих, соединений получены неорганическим путем. При этом синтезе так же получается значительное количество твердых парафинов, часто встречающихся в нефти. Органическая же теория объяснить такую долю парафина в нефтях не может.
Сторонники неорганической теории считают, что нефть образовалась из минеральных веществ.
В 1876 г. Д.И. Менделеев выдвинул, так называемую, «карбидную» гипотезу происхождения нефти. По мнению ученого, во время горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь проникает вода. Встречая на своем пути карбиды железа, она вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды. Затем последние по тем же разломам, поднимаются в верхние слои земной коры и образуют нефтяные месторождения.
Заслугой Д.И. Менделеева, является то, что впервые вместо общих рассуждений им была выдвинута стройная гипотеза, объясняющая не только химическую, но и геологическую сторону процесса образования нефти из неорганических веществ.
Оппоненты «карбидной» гипотезы утверждают, что существование карбидов железа в недрах Земли не доказано, а кроме того, в условиях высоких давлений и температур горные породы становятся пластичными и поэтому существование трещин, ведущих к ядру Земли, по их мнению, невозможно.
В
1892 г. русский геолог В.Д. Соколов, основываясь
на фактах находок битумов в метеоритах,
а также на наличии углеводородов
в хвостах некоторых комет, предложил
«космическую» гипотезу возникновения
нефтяных углеводородов в коре нашей
планеты. По его мнению, углеводороды
изначально присутствовали в газопылевом
облаке, из которого сформировалась Земля.
Впоследствии они стали выделяться
из магмы и подниматься в
В 50-е годы ленинградский геолог-нефтяник Н.А. Кудрявцев собрал и обобщил огромный геологический материал по нефтяным месторождениям мира. Прежде всего, он на более обширном материале подтвердил наблюдения Д.И. Менделеева о том, что многие месторождения обнаруживаются под зонами глубинных разломов земной коры. Во-вторых, он собрал сведения об отсутствии прямой связи между наличием нефти и количеством органического вещества в породе. Таким местом является, в частности, Мархининский вал на севере Сибири, где горные породы на глубину двух километров буквально пропитаны нефтью, а количество углерода, образовавшегося одновременно с породой, составляет всего 0,2...0,4 %. На этом основании ученый считал, что нефтеносность Мархининского вала связана не с преобразованием органического вещества, а с наличием глубинного разлома, по которому углеводороды поднимались из недр планеты. Тем же самым можно объяснить присутствие нефти в кимберлитовых трубках, которые представляют собой каналы взрывного разлома земной коры, образовавшиеся в результате прорыва глубинных газов и магмы из недр Земли.
На основании этих и других фактов Н.А. Кудрявцев выдвинул «магматическую» гипотезу образования нефти. По его мнению, на больших глубинах в условиях очень высокой температуры углерод и водород образуют углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Затем по глубинным разломам они поднимаются вверх, ближе к земной поверхности. Благодаря уменьшению температуры, в верхних слоях Земли эти радикалы соединяются друг с другом и с водородом, в результате чего образуются различные нефтяные углеводороды.
Иное
дело теория неорганического происхождения
нефти. В недрах нашей планеты
имеется достаточное количество
исходного материала для
Происхождение
газа
Метан широко распространен в природе. Он всегда входит в состав пластовой нефти. Много метана растворено в пластовых водах на глубине 1,5…5 км. Газообразный метан образует залежи в пористых и трещиноватых осадочных породах. В небольших концентрациях он присутствует в водах рек, озер и океанов, в почвенном воздухе и даже в атмосфере. Основная же масса метана рассеяна в осадочных и изверженных породах. Напомним также, что присутствие метана зафиксировано на ряде планет Солнечной системы и в далеком космосе.
Широкое распространение метана в природе позволяет предположить, что он образовался различными путями.
На сегодня известно несколько процессов, приводящих к образованию метана:
- биохимический
- термокаталитический;
- радиационно-химический;
- механохимический;
- метаморфический;
- космогенный.
Биохимический процесс образования метана происходит в илах, почве, осадочных горных породах и гидросфере. Известно более десятка бактерий, в результате жизнедеятельности которых из органических соединений (белков, клетчатки, жирных кислот) образуется метан. Даже нефть на больших глубинах под действием бактерий, содержащихся в пластовой воде, разрушается до метана, азота и углекислого газа.
Термокаталитический процесс образования метана заключается в преобразовании в газ органического вещества осадочных пород под воздействием повышенных температуры и давления в присутствии глинистых минералов, играющих роль катализатора. Этот процесс подобен образованию нефти. Первоначально органическое вещество, накапливающееся на дне водоемов и на суше, подвергается биохимическому разложению. Бактерии при этом разрушают простейшие соединения. По мере погружения органического вещества вглубь Земли и соответственного повышения температуры деятельность бактерий затухает и полностью прекращается при температуре 100 °С. Однако уже включился другой механизм - разрушения сложных органических соединений (остатки живого вещества) в более простые углеводороды и, в частности, в метан, под воздействием возрастающих температуры и давления. Важную роль в этом процессе играют естественные катализаторы - алюмосиликаты, входящие в состав различных, особенно глинистых пород, а также микроэлементы и их соединения.
Радиационно-химический процесс образования метана протекает при воздействии радиоактивного излучения на различные углеродистые соединения.
Замечено, что черные тонкодисперсные глинистые осадки с по-вышенной концентрацией органического вещества, как правило, обогащены и ураном. Это связано с тем, что накопление органического вещества в осадках благоприятствует осаждению солей урана. Под воздействием радиоактивного излучения органическое вещество распадается с образованием метана, водорода и окиси углерода. Последняя сама распадается на углерод и кислород, после чего углерод соединяется с водородом, также образуя метан.
Механохимический процесс образования метана заключается в образовании углеводородов из органического вещества (углей) под воздействием постоянных и переменных механических нагрузок. В этом случае на контактах зерен минеральных пород образуются высокие напряжения, энергия которых и участвует в преобразовании органического вещества.
Метаморфический процесс образования метана связан с пре-образованием угля под воздействием высоких температур в углерод. Данный процесс есть часть общего процесса преобразования веществ при температуре свыше 500 °С. В таких условиях глины превращаются в кристаллические сланцы и гранит, известняк - в мрамор и т.п.
Космогенный
процесс образования метана описывает
«космическая»-гипотеза образования нефти
В Д. Соколова
- Геофизические методы исследования
Геофизические
исследования скважин — комплекс
физических методов, используемых для
изучения горных пород в около
скважинном и межскважинном пространствах,
а также для контроля технического
состояния скважин. Геофизические
исследования скважин делятся на
две весьма обширные группы методов
— методы каротажа и методы скважинной
геофизики. Каротаж, также известный
как промысловая или буровая
геофизика, предназначен для изучения
пород непосредственно
Исследования ведутся при помощи геофизического оборудования. При геофизическом исследовании скважин применяются все методы разведочной геофизики.
К
геофизическим методам
Сейсмическая
разведка основана на использовании
закономерностей
1) взрывом специальных зарядов в скважинах глубиной до 30 м;
2) вибраторами;
З) преобразователями' взрывной энергии в механическую.
Скорость распространения сейсмических волн в породах различной плотности неодинакова: чем плотнее порода, тем быстрее проникают сквозь нее волны. На границе раздела двух сред с различной плотностью упругие колебания частично отражаются, возвращаясь к поверхности земли, а, частично преломившись, продолжают свое движение вглубь недр до новой поверхности раздела. Отраженные сейсмические волны улавливаются сейсмоприёмниками. Расшифровывая затем полученные графики колебаний земной поверхности, специалисты определяют глубину залегания пород, отразивших волны, и угол их наклона.
Электрическая разведка основана на различной электропроводности горных пород. Так, граниты, известняки, песчаники, насыщенные соленой минерализованной водой, хорошо проводят электрический ток, а глины, песчаники, насыщенные нефтью, обладают очень низкой электропроводностью.
Принципиальная
схема электроразведки с
Электрическая разведка, или электроразведка,
является одним из основных
разделов разведочной
Методы электроразведки. В электроразведке сейчас насчитывается свыше пятидесяти различных методов и модификаций, предназначенных как для глубинных исследований, так и для изучения верхней части разреза. В зависимости от принципа исследования их можно разделить на следующие группы: методы сопротивлений (методы постоянного тока) и электромагнитные методы. Рассмотрим сущность методов.
Методы сопротивлений. Методы сопротивлений основаны на пропускании в земле с помощью пары электродов известного постоянного тока и измерении напряжения, вызванного этим током, с помощью другой пары электродов. Зная ток и напряжение, можно вычислить сопротивление, а с учетом конфигурации электродов можно установить, к какой части подповерхностного пространства это сопротивление относится. Увеличение разноса токовых электродов влечет увеличение глубинности исследования и является зондирующим фактором для вертикального электрического зондирования (ВЭЗ). Кроме ВЭЗ к группе относятся его модификации, основанные на измерении амплитуд (ВЭЗ-ВП) и фаз (ВЭЗ-ВПФ) поля вызванной поляризации, однополюсное комбинирование (ОКЭЗ) и дипольное (ДЭЗ) электрическое зондирование, а также электропрофилирование (ЭП), при котором разносы не меняются, а вся установка перемещается по профилю или площадке. В последние десятилетия метод сопротивлений применяется в модификации двух- и трехмерной томографии на постоянном токе (Electric Resistivity Tomography).
Методы
сопротивлений не относятся к
электромагнитным методам, т.к. хотя в
реальности применяется не постоянный,
а низкочастотный ток, но магнитное
поле в данной группе методов не
фигурирует. По данным методов сопротивлений
можно узнать распределение в
среде удельного сопротивления
и вектора вызванной
Электромагнитные зондирования применяют главным образом при региональных, структурно-картировочных и разведочных исследованиях, когда ставятся задачи расчленения геологического разреза на слои и блоки, определения последовательности залегания пластов и картирования тектонических структур, в частности при поисках месторождений нефти и газа. Электротомография применяется для задач рудной разведки, экологических и инженерно-геологических задач.
Гравиразведка основана на зависимости силы тяжести на поверхности Земли от плотности горных пород. Породы, насыщенные нефтью или газом, имеют меньшую плотность, чем те же породы, содержащие воду. Задачей гравиразведки является определение мест с аномально низкой силой тяжести.
Магниторазведка основана на различной магнитной проницаемости горных пород. Наша планета - это огромный магнит, вокруг которого расположено магнитное поле. В зависимости от состава горных пород наличия нефти и газа это магнитное поле искажается в различной степени. Часто магнитомеры устанавливают на самолеты, которые на определенной высоте совершают облеты исследуемой территории. Аэромагнитная съемка позволяет выявить антиклинали на глубине до 7 км, даже если их высота составляет не более 200...300 м.
Геологическими
и геофизическими методами, главным
образом, выявляют строение толщи осадочных
пород и возможные ловушки
для нефти и газа. Однако наличие
ловушки еще не означает присутствия
нефтяной или газовой залежи. Выявить
из общего числа обнаруженных структур
те которые наиболее перспективны на нефть
и газ, без бурения скважин помогают гидро
геохимические методы исследования недр.
- Месторождения гиганты.
В последние годы очень много говорят и пишут о гигантских по запасам месторождениях нефти и газа. Между тем геологи вкладывают различный смысл в это определение. Известный американский геолог-нефтяник М. Хэлбути к гигантам относит месторождения, содержащие более 13,7 млн. т нефти или более 28 млрд. м3 газа. В США, Канаде, Мексике эти цифры являются общепринятыми. Южно-американские геологи считают, что к гигантам надо относить месторождения с запасами 15 млн. т нефти и более. У нас в стране также нет единого мнения по этому вопросу, но наиболее распространена следующая градация месторождений, предложенная А.А. Бакировым (1972 г.):
Запасы нефти, млн. т, и газа, млрд. м3
Мелкие ................. до 10
Средние ................ 10-30
Крупные ................ 30-300
Гиганты ................ 300-1000
Уникальные ......... свыше 1000
Самыми крупными нефтяными месторождениями Аравийской нефтегазоносной провинции и мира являются Гавар и Большой Бурган.
Месторождение Гавар (Саудовская Аравия) открыто в 1948 г., имеет начальные запасы 10,2 млрд. т нефти. Оно связано с крупной валоподобной складкой. Длина ее 225 км, ширина от 16 до 25 км, амплитуда 370 м. Углы падения складки от 5 до 10. Основные продуктивные горизонты приурочены к трещиноватым известнякамверхнеюрского возраста (формация араб), которые отделены друг от друга непроницаемыми пластами ангидрита. Глубины залегания горизонтов 1550-1750 м. В год на месторождении добывается 80 млн. т нефти. Примечательно, что скважины обладают высокими дебитами, до 1500 т/сут. С 1950 по 1960 гг. суммарная добыча нефти всего лишь из 86 скважин составила 264 млн. т.
Большой Бурган (Кувейт) выявлен в 1938 г. Начальные запасы нефти 9,13 млрд. т. Это тоже крупная антиклинальная складка размерами 40х(12-15) км, амплитуда 350 м. Углы падения 3-5. Строение складки осложнено сбросами амплитудой 100-120 м. Залежи нефти приурочены к четырем пластам песчаников мелового возраста, залегающим на глубинах 1700-2300 м (формации вара, бурган и зубаир). Суточный дебит скважин достигает 1500-2000 т. Ежегодно из недр здесь выкачивают до 120 млн. т нефти почти столько же, сколько давала вся Западная Сибирь в 1975 г. С начала эксплуатации (1946 г.) до настоящего времени из месторождения уже добыто более 1 млрд. т нефти.
Северная
Африка в последние 10-15 лет стала
крупным нефтегазодобывающим
Ливийские
месторождения нефти приурочены
к крупному бассейну прогибания (Сиртская
впадина), мощность осадочного чехла
здесь до 8 км. Большую роль в геологическом
строении впадины играют разломы, к
ним тяготеют месторождения нефти.
Труднодоступная Ливийская
Месторождение Сарир называют сюрпризом пустыни. Запасы его оцениваются в 1,5-1,8 млрд. т, половину этого количества нефти надеются выкачать из недр. Месторождение является собственностью известного американского банкира Ханта и «Бритиш петролеум компани». В геологическом отношении структура представляет собой крупную антиклиналь размером 30х20 км, амплитудой 120 м. Северо-западное крыло складки нарушено крупным сбросом. Нефтяная залежь находится на глубине 2745 м и приурочена к песчаникам мелового возраста. Сверху ее удерживают непроницаемые глинистые породы, а на северо-западе экранирует cброс. Площадь залежи превышает 530 км2. На месторождении пробурено около 100 скважин, однако эксплуатируется лишь половина. В 1967 г. ежесуточная добыча всех скважин составила 45 210 т, отдельные скважины имели дебит до 3000?4000 т/сут. В год здесь добывали 20-30 млн. т нефти, потенциальная добыча может достигать 60 млн. т.
Месторождение
Хасси-Мессауд приурочено к крупному
куполовидному поднятию размером 50х40
км, амплитудой 300 м. Площадь поднятия
1300 км2. Складка осложнена разрывными
нарушениями. Залежь нефти связана
с древними песчаниками кембро-
Уникальное газонефтяное месторождение Северной Америки Панхендл-Хьюготон располагается в северо-западном Техасе и Оклахоме. До открытия газовых гигантов Западной Сибири это было самое крупное месторождение в мире. Запасы его оцениваются в 2 трлн. м3 газа, залежь имеет местами нефтяную оторочку. Месторождение связано с крупным поднятием Амарильо, осложненным сбросом. Размеры залежи 200х(12»90)км, площадь нефтегазоносности свыше 20 тыс. км2. Скважина-первооткрывательница пробурена в 1918 г. Сейчас на месторождении 20 000 скважин, более половины из них не действуют. За первые тридцать лет разработки было получено около 120 млн. т нефти и более 600 млрд. м3 газа, к 1967 г. суммарная добыча газа возросла до 1,66 трлн. м3. Сейчас годовая добыча составляла порядка 4 млн. т нефти и около 20 млрд. м3 газа. Месторождение старое и уже наполовину выработано. Большой интерес представляет также гелий, содержащийся в газовых залежах (от 0,2 до 0,5 %, а в некоторых местах до 1,86 %). Месторождение Панхендл-Хьюготон в настоящее время ? основной источник гелия в США.