Что не входит в условия возникновения нефтяного месторождения

Все о нефти

Условия образования нефтяной залежи

Для возникновения углеводородной залежи необходимо наличие нескольких условий:

Во-первых, должен образоваться район, в котором в течение длительного (геологического) времени накопилась соответствующая последовательность горных пород – осадочный бассейн. В осадочный комплекс должны входить породы с высоким содержанием органического вещества – это так называемые нефтематеринские породы. В процессе захоронения и под воздействием высоких температур эти породы должны достичь зрелости – состояния, при котором углеводороды выделяются из материнской породы. Затем углеводороды должны мигрировать в пористую осадочную породу – коллектор. И только в том случае, если пласт соответствующим образом деформирован и изолирован непроницаемой покрывающей породой, возникает ловушка для мигрирующих углеводородов.

Осадочные бассейны – побочный результат движений в земной коре. Они представляют собой большие впадины, в которые перемещаются осадки с окружающих более высоких участков (поднятий). Бассейны могут быть результатом действия сил сжатия или растяжения в земной коре. Мощность осадочной толщи в бассейне может составлять несколько километров.

Нефтематеринские породы образуются в результате отложения осадков с высоким содержанием органических веществ (например, растительные остатки или морские организмы) в условиях, когда нет доступа кислорода, так что остатки не разлагаются. Около 90% всего органического вещества, обнаруживаемого в осадках, содержится в глинах.

Превращение осадочного органического вещества в нефть называется вызреванием. Образованные в результате продукты зависят от состава исходного вещества и температуры, воздействию которой подвергался органический материал.

Вслед за вызреванием материнской породы начинается миграция углеводородов вверх, через вышележащие осадки, некоторые из которых могут оказаться породами с хорошими коллекторскими свойствами (т.е. пористые, проницаемые). Породы-коллекторы имеют кластический (например, песчаник) или карбонатный (например, известняк) состав. Коллекторы, сложенные песчаником, образуются в результате того, что песчаные зерна переносятся на большие расстояния и оседают в определенных условиях осадконакопления. Карбонатные коллекторы такие, как древние рифы, обычно обнаруживаются там, где они образовались.

Углеводороды имеют меньшую плотность, чем пластовая вода, и если они не попали в ловушку во время миграции вверх, то, в конце концов, выходят на поверхность. Считается, что в масштабах геологического времени огромные количества углеводородов были таким образом утеряны из осадочных бассейнов.

Различают 3 основных вида ловушек:

Источник

Образование нефтяных и газовых месторождений

Для формирования крупных скоплений нефти и газа необходимо выполнение ряда условий:

— наличие проницаемых горных пород (коллекторов),

— непроницаемых горных пород, ограничивающих перемещение нефти и газа по вертикали (покрышек), а также пласта особой формы, попав в который нефть и газ оказываются как бы в тупике (ловушки).

— газ, как самый легкий, уходит вверх,

— нефть занимает промежуточное положение.

Самые распространенные типы ловушек приведены на рис. 4. Наиболее распространены антиклинальные ловушки (рис. 4 а).

Рисунок 4 – Типы ловушек

Если в антиклинальной складке пласт-коллектор перекрыт водогазонефтенепроницаемой толщей (покрышкой), то в нем возможно формирование нефтегазовой залежи. Тектонические движения часто приводят к разрыву сплошности слоев и вертикальному перемещению мест обрыва относительно друг друга. В результате пласт-коллектор в месте тектонического нарушения может соприкасаться с непроницаемой горной породой, что приводит к образованию тектонически экранированной ловушки (рис. 4 б).

Лекция № 3

Происхождение нефти

Считается, что за время существования нефтяной промыш­ленности человечеством добыто около 85 млрд. т нефти и оставлено в недрах отработанных месторождений еще 80. 90 млрд. т. Кроме того, доказанные запасы нефти в настоящее время составляют около 140 млрд. т. Итого около 300 млрд. т. Что за «фабрика» произвела такое количество нефти?

В развитии взглядов на происхождение нефти выделяют 4 этапа:

— период научных догадок;

— период формирования научных гипотез, связанный с нача­лом развития нефтяной промышленности;

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.

Примером взглядов периода научных догадок является выс­казанная М.В. Ломоносовым мысль о том, что нефть образовалась из каменного угля под воздействием высоких температур. В своей рабо­те «О слоях земных» в середине XVIII в. он писал: «Выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бу­рая и черная масляная материя и вступает в разные расселины. ».

С началом развития нефтяной промышленности вопрос о про­исхождении 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 раскаленным железом.

Обе эти реакции действительно приводят к образованию нефтсподобного 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 нефтсподобные 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 нефтеоб-разования 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 материала и его преобразование в диффузно рассеянную нефть;

2) выжимание рассеянной нефти из нефтематеринских пород в коллекторы;

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 ее 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 также получается значительное количество твердых парафинов, часто встречающихся в нефти. Органическая же теория объяснить такую долю парафина в нефтях не может.

Абсолютно не вписываются в органическую теорию происхож­дения нефти находки, сделанные в магматических породах. Так, в древнейших кристаллических породах, вскрытых Кольской сверхглу­бокой скважиной, зафиксировано присутствие родственного нефти битуминозного вещества, а на вьетнамском шельфе открыты крупные нефтяные месторождения (Белый Тигр, Волк, Дракон), где продук­тивными оказались не привычные нефтяникам песчаники и известняки, а глубинный гранитный массив. Похожее, хотя и неболь­шое, месторождение (Оймаша) известно в Казахстане.

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, но их мнению, невозможно.

В 50-е годы ленинградский геолог-нефтяник И.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 II.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. 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. Основываясь на этой гипотезе, Н.А. Кудрявцев советовал ис­кать нефть не только в верхних слоях, но и значительно глубже. Этот прогноз блестяще подтверждается открытием все более глубоко зале­гающих нефтяных месторождений.

Оппоненты Н.А. Кудрявцева утверждают, что в условиях вы­соких температур углеводородные радикалы существовать не могут. Однако Э.Б. Чекалгок выполнил необходимые расчеты и показал, что на больших глубинах высокое давление полностью подавляет терми­ческую деструкцию углеводородов. Кроме того, здесь происходит не только синтез углеводородов из воды и углекислого газа, но также их полимеризация, циклизация и конденсация в крупные углеводоподобные молекулы. Оптимальные термодинамические условия для син­теза нефти, по мнению ученого, имеют место на глубинах порядка 100. 200 км. Прорыв нефтяных углеводородов ближе к поверхности происходит по разломам, возникающим в мантии и земной коре.

Источник

Образование залежей нефти и газа

Под воздействием ветра, дождя, перепадов температуры окружающей среды и других внешних факторов происходит разрушение горных пород. Продукты разрушения, а также продукты жизнедеятельности различных организмов и растений скапливаются, перемешиваются и образуют так называемые – осадочные горные породы. Осадочные горные породы могут образовывать в земной коре пласты толщиной от нескольких до сотен метров. Эти пласты залегают как на поверхности, так и на глубине в несколько километров.

Верхняя граница пласта называется кровлей, а поверхность, ограничивающую пласт снизу — подошвой. При этом, кровля нижележащего пласта является одновременно подошвой вышележащего, а подошва вышележащего — кровлей нижележащего.

Залегание пластов относительно горизонтальной плоскости имеет различный рисунок, это связано с геологической активностью земной коры. Считается, что первоначально пласты залегали практически горизонтально, но в результате деформаций земной коры форма залегания изменялась до существенно наклонной, также встречаются вертикальные участки.

Складки пластов имеют свои названия. Так, складка пласта вершиной вниз называется — синклиналь, а изгиб пласта вершиной вверх — антиклиналь. Боковые части синклиналей и антиклиналей называются крыльями. Если у складки только одно крыло, это моноклиналь.

Движения земной коры приводят к тому, что складки разрушаются и образуются горсты и грабены. Горст — это поднятие части антиклинали, грабен — спуск части синклинали.

Горные породы, способные вмещать в себя значительные объемы флюида называют коллекторами.

Коллекторские свойства пород определяют следующие параметры: гранулометрический состав, пористость, проницаемость.

Гранулометрический состав — это процентное содержание зерен и песчинок определенного размера. Чем однороднее гранулометрический состав, т. е. чем меньше отличаются песчинки друг от друга по размеру, тем выше фильтрационные свойства породы, тем легче перемещаться в ней жидкости или газу.

Вместилищем нефти и газа в земной коре являются пустоты (поры) и трещины в осадочных горных породах. Пористость характеризует объем пустот, пор, каверн или трещин в породе. Отношение их объема ко всему объему породы называют коэффициентом пористости. Различные горные породы обладают разной пористостью и как следствие разной способностью вмещать в себя флюид — нефть или газ.

Свойство горных пород пропускать через себя жидкость или газ называют проницаемостью. Фильтрация нефти или газа через пористую породу возможна не во всех случаях.

Нефть, газ и вода в земной коре скапливаются в ловушки, которые представляют собой проницаемые пласты пород, окруженные сверху и снизу малопроницаемыми породами. В таких природных резервуарах газ, нефть и вода распределены в соответствии с законом гравитации, а именно, сверху газ, затем нефть, в самом низу вода. Глубина залегания продуктивных пластов изменяется от десятков метров до нескольких километров, а толщина пластов от долей до сотен метров. Продуктивный пласт может быть сплошным или состоять из небольших пластов, разделенных тонкими малопроницаемыми породами.

Гипотезы происхождения нефти и газа

Существует несколько гипотез происхождения углеводородов в земной коре.

Карбидная гипотеза. Менделеев Д.И. считал, что нефть образуется из карбидов металлов и воды. При возникновении разломов в земной коре вода проникает вглубь Земли, возможно попадает к залежам руды металлов и там под воздействием давления, температуры и времени образует углеводороды.

Третья гипотеза говорит о космическом происхождении углеводородов. По ней нефть и другие углеводороды образовались из газопылевого облака при рождении Земли.

Есть мнение, что нефть и газ образуются, как продукт процессов происходящих ниже земной коры.

Однозначно научно доказанной версии происхождения нефти и газа на сегодняшний день, не существует.

Источник

Происхождение углеводородов и нефтеобразование

На Земле существуют огромные запасы нефти происхождение которой учеными уже доказано. Существует более чем 40 000 нефтяных и газовых месторождений мира всех размеров.

Из этих месторождений 94 процента сосредоточены менее чем в 1500 гигантских и крупных природных скоплениях происхождение которых практически одинаково.

Медленное образование исходного вещества

Когда живой организм умирает, он обычно перерабатывается одним из двух способов:

Крошечная часть органического вещества — около 0,1% не распадается. Транспортируемое водой вещество опускается на дно моря или крупных континентальных озер. Остаток частично сохраняется в этих плохо насыщенных кислородом средах, вдали от приливных течений. Эта часть смешивается с неорганическими веществами, такими как частицы глины и очень мелкий песок, и с мертвым морским планктоном (микроскопическими организмами). Эта смесь преобразовывается в темную, протухшую грязь анаэробными бактериями.

Со временем эта грязь накапливается и затвердевает. Грязь которая содержит хотя бы от 1 до 2% органического содержания дает предпосылки для образования нефти и газа. Этот процент может показаться низким, но это связано с тем, что для выполнения процесса необходимо выполнить одно или несколько конкретных требований:

Масса накапливающихся отложений очень медленно толкает этот состав дальше под земную кору, от нескольких метров — до сотен метров каждые миллион лет или около того. Это постепенное погружение называется просадкой и приводит к образованию осадочных бассейнов.

Шестьдесят миллионов лет: средняя продолжительность образования нефти и газа.

По мере погружения под землю исходная порода подвергается все более высоким температурам. Органическое вещество, из которого состоит порода, измельчается под весом накапливающихся отложений, а давление увеличивается в среднем на 25 бар каждые 100 метров. На километре под землей температура составляет 50°C, а давление — 250 бар.

В этих физических условиях атомы азота, серы и фосфора постепенно превращаются в кероген, промежуточный материал, состоящий из воды, углекислого газа, углерода и водорода, из которого затем происходит нефть или газ как ископаемое топливо.

Нефтеобразование

Пропорция жидкостей и газа произведенного таким образом топлива зависит от типа источника. Если органический мусор состоит в основном из животного происхождения, он будет производить больше нефти, чем газа. Если он составлен главным образом из твердых частиц, то будет образован газ.

При среднем осадконакоплении в 50 метров каждые миллион лет мертвым животным требуется 60 миллионов лет, чтобы превратиться в жидкие углеводороды. Поэтому неудивительно, что нефть классифицируется как невозобновляемый источник энергии.

Одновременно с процессом образования в органическом веществе происходило его физическое изменение. Под давлением верхних слоев на протяжении миллионов лет вещество уплотнялось, образуя песчаники.
Их зерна соединялись клеевыми субстанциями, поставляемыми органической массой. По мере уменьшения пористости породы, битуминозные вещества выталкивались в свободное пространство между зернами. В таких местах, окруженных со всех сторон непроницаемыми слоями породы (ловушках), скапливались газ, нефть и вода.

Согласно законам физики месторождения располагались в следующем порядке: сверху накапливался газ, ниже — нефть, а на дне — вода, как наиболее тяжелый ингредиент.
Первоначально, нефтеносные слои были плоскими и горизонтальными, однако, под влиянием сдвигов земной коры, в них образовывались трещины, седла (антиклинали) и другие неровности. В результате, началась миграция всех трех компонентов породы и их аккумуляция. Так образовались месторождения нефти и газа, имеющие промышленное значение.

Следовательно, в нефтегазонакоплении большую роль играют глубинные процессы. Хотя, с ними, вряд ли, связано первичное образование нефтяного вещества, однако под их действием происходит миграция углеводородов, образование коллекторов и, наконец, попадание нефти в ловушки.

Согласно современным представлениям, образование неровностей (прогибов) земной коры обусловлено глубинными процессами верхней мантии Земли. За счет неоднородности состава и разности температур в верхних и нижних частях мантии, развиваются конвекционные перемещения вещества (потоки). При этом более легкие расплавленные продукты поднимаются вверх, образуя вздутия, приподнимающие земную кору. Последняя раскалывается и раздвигается в виде отдельных блоков. Так формируются глубокие впадины — рифты и геосинклинальные прогибы.

Впадины отражаются в рельефе долинами рек или отдельными участками дна морей, в которых накапливаются огромные массы осадочных пород толщиной 5-10 км. Эти отложения интенсивно прогреваются за счет воздействия глубинного тепла Земли. В таких условиях происхождение нефти происходит в залежах.

Геологические требования

Происхождение нефти зависит от обильного количества органического вещества.

Лучшим источником пород, обогащенных органическим веществом, глинистыми сланцами, известняками и песчаниками является величина от 0,5% до 5 % органического вещества.

Залежи нефти, как правило, образуются в относительно более молодых породах, особенно тех, которые не подверглись метаморфическим процессам.

Пористость исходной породы влияет на качество образовавшихся углеводородов. Это единственный наиболее критический фактор для определения качества нефтяного пласта, поскольку он устанавливает максимальный объем, доступный для накопления нефти. Слоистое строение земли с высокой пористостью имеет много открытых пространств. Примерами хороших исходных пород с высокой пористостью являются крупнозернистые песчаники или известняки. Если пространства хорошо соединены, то смолоподобный продукт может мигрировать. Способность пород передавать жидкость, или линейный расход, называется «проницаемостью». Качественные пластовые породы обладают как хорошей пористостью, так и хорошей проницаемостью.

Географическое распределение и качество углеводородов

В зависимости от возможных методов добычи месторождения природного газа и сырой нефти классифицируются как традиционные или нетрадиционные. В то время как добыча сырой нефти и природного газа из традиционных месторождений с проницаемыми слоями горных пород относительно проста, на нетрадиционных месторождениях применяется гидроразрыв пласта.

В случае нетрадиционных месторождений сырая нефть или природный газ должны быть смыты из горных пород с помощью гидроразрыва пласта. Так добывают сланцевый газ.

Нефтедобывающие регионы различаются по нескольким фундаментальным признакам.

Сырая нефть часто определяется географическим положением, в котором она добывается (например, West Texas Intermediate, Brent или Oman), ее плотность зависит от многих факторов и от содержания серы. Легкая или тяжелая, зависит от плотности; может называться сладкой, если мало серы или кислой при значительном количестве серы или других примесей. «Sweet» (сладкая) или «sour» (кислая), «light» (легкая) или «heavy» (тяжелая).

Географическое положение и происхождение нефти важно, поскольку оно влияет на транспортные расходы. Легкая сырая нефть более желательна, чем тяжелая, так как она производит более высокий выход топлива бензина, в то время как сладкая нефть имеет более высокую цену, чем кислая, потому что она имеет меньше экологических проблем и требует меньше переработки, чтобы соответствовать стандартам серы, введенным на топливо в странах-потребителях.

Ирак исторически был одним из ведущих производителей сладкой сырой нефти.

Венесуэла и Канада являются ведущими производителями кислой сырой нефти.

Российская имеет высокую плотность и большое содержание серы.

Каждая сырая нефть имеет уникальные молекулярные характеристики, которые понимаются с помощью анализа проб в нефтяных лабораториях.

Молекулярные характеристики связанные с происхождением нефти классифицируются и используются в качестве ценовых различий при нефтедобыче в мире.

Некоторые из самых общих:

Выводы по происхождению нефти

Нефть возникла из органического вещества.

Таким образом, происхождение нефти обязано доисторическим живым существам.

Сегодня мы бурим через слои ила, песчаников и скальных пород, чтобы добраться до резервуаров, содержащих нефть и газ. Нефть или сырая нефть состоит почти полностью из жидких углеводородов, а также некоторых твердых углеводородов и небольших количеств газов, азота и соединений серы.

Источник