А. Е. Ковешников геология нефти и газа icon

А. Е. Ковешников геология нефти и газа


4 чел. помогло.
Смотрите также:
Программа повышения квалификации специалистов в области разработки и эксплуатации нефтяных и...
Рабочая программа по дисциплине : общая геохимия для специальности прикладная геология...
«Номера вопросов для контрольной работы»...
Программа курса «Методы поисков и разведки месторождений нефти и газа»...
Программа спецкурса «Геология каустобиолитов» Для специальностей «геология», «геохимия»...
Рабочая программа дисциплины полевая геофизика направление ооп...
Геология нефти и газа №1/2011...
История кафедры геологии нефти и газа...
История кафедры геологии нефти и газа...
Рабочая программа учебной дисциплины ен. Р...
Рабочая программа учебной дисциплины ен. Р...
Рабочая программа по дисциплине : историческая геология для специальности геология нефти и газа...



Загрузка...
страницы:   1   2   3
скачать
Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


А.Е. Ковешников


ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА


Рекомендовано в качестве учебного пособия
Редакционно-издательским советом
Томского политехнического университета



Издательство

Томского политехнического университета

2010

Оборот титульного листа

УДК 553.98(075.8)

ББК 26.343.1я73

К565


Ковешников А.Е.

К565 Геология нефти и газа: учебное пособие / А.Е. Ковешников. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 114 с.


В пособии изложены сведения о физических и химических свойствах нефти, газа ,твердых битумов, о процессах их образования в земной коре, о нефтематеринских породах, породах-коллекторах и породах-флюидоупорах, о миграции нефти и газа, о резервуарах, ловушках, залежах и месторождениях нефти и газа, о формировании и разрушении ловушек и месторождений нефти и газа.

Пособие предназначено для студентов вузов нефтегазового профиля, направления «Геологияи разведка полезных ископаемых» и «Нефтегазовое дело», специальностей «Геология нефти и газа», а также для студентов, аспирантов и других специалистов, занимающихся научными исследованиями в области нефтяной геологии.


УДК 553.98(075.8)

ББК 26.343.1я73


Рецензенты

Доктор геолого-минералогических наук, профессор ТПУ
М.Б. Букаты

Доктор геолого-минералогических наук, профессор ТГУ
А.И. Чернышов


© Ковешников А.Е., 2010

© Томский политехнический университет, 2010

© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2010


^ 1. ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА


Настоящий курс предназначен для студентов высших нефтяного профиля, а также для геологических курсов вузов общегеологического или близкого профиля. В пределах курса рассмотрены вопросы с геологических позиций, что такое нефть и газ, вопросы происхождении, миграции и накоплении (и разрешении) скоплений нефти и газа, приводятся их классификации. Практическая часть курса составляет объяснение практических приемов изучения недр с целью обнаружения и классификации месторождений нефти и газа.

В становлении и развитии геологии нефти и газа большую роль сыграли русские и советские ученые — А.Д. Архангельский, Д.В. Голубятников, И.М. Губкин, А.А. Трофимук, А.Э. Конторович и многие другие. Огромное значение имели работы И.М. Губкина — одного из основоположников российской нефтяной геологической науки. Видный государственный деятель, академик, организатор высшего нефтяного образования в СССР, он уделял много внимания раскрытию богатств земных недр. Опираясь на научно обоснованный анализ, он дал, в том числе, оценку перспектив нефтегазоносности Западной Сибири и других районов страны.

Развивая творческое наследие И.М. Губкина, российские ученые и производственники достигли больших успехов в познании основных закономерностей распространения нефти и газа в земных недрах, в изучении вопросов происхождения и условий формирования залежей и местоскоплений. Это позволяет научно обоснованно вести поиски и разведку местоскоплений нефти и природного газа и обеспечивать добычу этих важнейших полезных ископаемых.

В последние десятилетия в Российской Федерации основное направление работ по изучению геологии нефтяных и газовых месторождений сосредоточилось в регионах Западной и Восточной Сибири. Научная составляющая этих исследований определялась творческим коллективом во главе с академиком Конторовичем Алексеем Эмильевичем, творческими коллективами многих геологических организаций страны.

Курс «Геология нефти и газа» предназначен для изучения следующих вопросов:

- что такое нефть и газ и как они образуются в недрах.

- что такое породы-коллекторы и благодаря чему в них могут попадать и аккумулироваться нефть и газ (конденсат).

- что такое породы-флюидоупоры, и какие их свойства препятствуют уходу нефти и газа из пород-коллекторов, формируя тем самым месторождения нефти и газа.

- что такое «месторождение нефти и газа», что такое резервуар, залежь и т.д.

- формирование и разрушение месторождений нефти и газа.

- возрастные уровни формирования нефтяных и газовых месторождений, типы пород, участвующих в их формировании.

Основа курса «Геология нефти и газа» - понять, что такое «месторождение нефти и газа». В общем плане можно привести следующую формулировку:

«Нефтяное или газовое месторождение – это такое соотношение в пространстве пород-коллекторов и пород-флюидоупоров, при котором в результате миграции в земной коре различных флюидов может сформироваться и стабильно сохраняться промышленное скопление углеводородов».

Таким образом, для того, чтобы сформировалось нефтяное или газовое месторождение необходимо наличие как самой нефти (газа), так и пород-коллекторов, в которых эти нефть (газ) могут мигрировать в процессе эволюции земных недр.

Механизм миграции нефти (газа) определяется процессами гравитации, при которых данные флюиды всплывают сквозь воду вплоть до момента, когда их продвижение останавливается либо выходом на дневную поверхность и последующее исчезновение, либо флюид может быть остановлен непроницаемым экраном, сложенным породами, в которых невозможно или крайне затруднено прохождение флюида.

Таким образом, месторождение нефти (газа) – это пространственное совмещение определенного количества УВ, пород-коллекторов и пород-флюидоупоров.

Если рассмотреть пару порода-коллектор – порода-флюидоупор, то такая пара по формальным признакам соответствует паре накопления терригенных отложений, таких как проциклит, где первоначально отлагается песчаный пласт, а перекрывает его пласт глинистый.

Такие пары: коллектор-флюидоупор, могут быть сложены:

_ коллекторы – песчаники, доломиты, коры выветривания, гидротермально измененные известняки или силициты;

- фолюидоупоры – соляно-ангидритовые слои, пласты глин (аргиллитов), соляные штоки, тела эффузивных пород, глинка трения тектонических швов.

Отметим, что пары коллектор-флюидоупор могут быть, как сопряжены во времени, т.е. накапливаться один непосредственно после другого, как в паре песчаник-глина, так и разобщены, как в паре кора-выветривания - глина.

Наиболее простым случаем в приведенных выше является пара песчаник-глина (аргиллит) сопряженные во времени. Они формируют пластовые резервуары. В их формировании ведущим является структурный фактор, когда в результате медленного вертикального смещения различных блоков земной коры, в них вовлекаются названные пары таким образом, что формируется структура типа «перевернутой тарелки», именуемая антиклинальной структурой. В этой перевернутой тарелке самой тарелкой является флюидоупор, в тарелке находился песчаник в виде приблизительно равномерного слоя, пропитанный нефтью (газом), наподобие пористого блина, прописанного сливочным маслом (нефтью). В случае полного заполнения тарелки массой типа хлебного мякиша, пропитанного подсолнечным маслом, как в старинном русском блюде под названием «тюря», мы имеем дело с массивным резервуаром.

Собственно поиск таких «тарелок» с блинами из песчаника или тюрей из измененных известняков и силицитов, пропитанных нефтью или газом и составляет поиск нефти и газа в Западной Сибири. Во всех других случаях поисков месторождений нефти и газа на территории России мы можем иметь дело в чем-то более сложным, но принцип остается тем же. Мы ищем перевернутую тарелку, внутри которой есть пористый или кавернозный (или трещиноватый) материал, пропитанный нефтью или газом (или их смесью). При этом нам попадается множество тарелок, в которых коллектор будет пропитан водой. Нефть или газ будут приятным сюрпризом для настойчивого исследователя.

Геология нефти и газа изучает происхождение, условия залегания иных недрах и геологическую историю этих полезных ископаемых, на ее основе разрабатывается научная база поисков, разведки и разработки скоплений нефти и газа.

Целью курса «Геология нефти и газа» является создание базы понятий и определений, образующих фундаментальную основу науки - основами знаний о свойствах и составе углеводородов, их классификации, о происхождении углеводородов, о процессах формирования и закономерностях размещения месторождений нефти и газа.


^ 1.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ В РОССИИ


Нефть известна с Давних времен. В древней Персии, где имелись выходы нефти на дневную поверхность, и где происходили возгорания нефти, эти места связаны с возникновением религии огнепоклонников – Зороастризма. Нефть также использовалась в древнем Египте. В Месопотамии археологи обнаружили древнее гальваническое устройство, в котором нефть использовалась как изолятор. В древней Греции какие-то смеси, содержащие нефтепродукты использовались в военном деле в качестве так называемого «греческого огня», которым в морских сражениях сжигали корабли противника.

В России нефть использовали для отопления, а также как средство лечения ревматизма и различных кожных заболеваний. Целебные свойства нафталанской нефти используются и в настоящее время. На базе источников нефти в Нафталане построен санаторий.

Большое значение нефть и нефтепродукты приобрели с развитием моторной техники. Огромную роль нефть сыграла во времена Великой Отечественной войны, когда одно из основных переломных сражений произошло в Сталинграде, где решался вопрос о контроле за Бакинской нефтью. Победа в Сталинградской битве стала переломной.

Еще в середине прошлого века многие хозяйки готовили пищу на керосинках или керогазах. Для этой цели в специальных лавках продавался керосин. Большое распространение имели бензиновые зажигалки, в быту имели хождение керосиновые лампы. Газ в бытовых целях в широких масштабах стали использовать со второй половины 20-го века и значительное количество жилых домов в то время было обустроено газовыми плитами. Газовое отопление используется при отоплении жилищ в сельской местности и в настоящее время.



^ 1.2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ


По современным научным представлениям, наша планета с момента своего возникновения была очень горячей по всей поверхности. Вулканы непрерывно извергали лаву, вода присутствовала в основном в виде пара.

Постепенно кора планеты стала остывать и стали возникать моря и озера, потекли реки. В этот момент вся кора планеты Земля состояла из магматических и вулканических пород. Начались процессы химического и физического выветривания, которые привели к формированию обломочных пород. Водотоки, текущие из-за беспрерывных дождей стали формировать обломочные породы. От пород с крупными обломками, таких как конгломераты и брекчии в сторону уменьшения размерности обломков, сформировался целый ряд терригенных пород, таких как гравелиты, песчаники, алевролиты, в спокойных водоёмах стали отлагаться глины.

Начали функционировать центрально-океанические швы, беспрерывно наращивающие океаническую кору. В результате постоянного поступление магматического материала в пределах центрально-океанических швов началось раздвижение океанической коры и подныривание её под сформировавшиеся материковые структуры. Под будущими материками принесенный терригенный материал стал переплавляться с формированием гранитов. Часть материков стала воздыматься и в результате сформировались горы. Когда горы достигли криосферы, на них сформировались ледники и с гор потекли реки. Напомним, что криосфера, это – эллипсовидная сфера, окружающая Землю в виде воображаемой поверхности, с одной стороны которой отрицательные температура, с другой – положительные. В результате пересечения горами линии криосферы на выступающих в сторону области отрицательных температур участках стал отлагаться снег и лёд. Лёд имеет свойство текучести, и ледники постепенно стали сползать по склонам гор вниз. Когда они пересекали линию криосферы, они стали таять и стали непрерывно функционирующими истоками рек. Так была заложена система рек и озер, а в океаны стал переноситься обломочный материал в виде песчаников и глин.

Процесс физического и химического разрушения горных пород на поверхности и близ поверхности Земли в результате действия воды, углекислого газа и других реагентов атмосферы и гидросферы называется процессом гипергенеза. В результате проявления процесса гипергенеза породы постепенно переходят в обломки, и в конечном виде в виде обломков и взвесей сносятся в мировой океан (а также в озёра).

В море пески и глины осаждаются на морском дне. Этот процесс называется седиментогенезом. Процессы седиментогенеза в первоначальном виде проявлялись до появления на Земле жизни. Длительный период жизнь представляла собой очень мелкие объекты, её присутствие ощущается в черных сланцах докембрийского возраста. Самих органических остатков не видно, но наличие большого количества органического вещества в породах говорит нам о наличие какой-то формы жизни, поставляющей отмершие очень мелкие органические в морские водоёмы того времени.

Как только появились морские организмы, способные формировать внешний скелет, а формировали они его из кальцита, арагонита и доломита, т.е. карбонатных минералов, тогда стали формироваться осадочные породы, как обогащённые карбонатами, так и сложенные ими нацело. Такие породы имеют в своём составе углерод (CaCO3, CaMg(CO3)2) и слагающие их минералы называются акаустобиолитами (а-каустос-биос-литос, что в переводе означает «а» - частица отрицания, каустос – горение, биос – жизнь, литос – камень, вместе получается камни, возникшие в результате проявления жизни, которые не горят). Этот термин противоположен термину каустобиолиты (камни, которые горят). Так что, первоначально каустобиолитами именовались угли, торфы и т.д. и только потом к этой группе были отнесены нефть и газ, а название менять не стали). В 1961 году В.А. Успенским и О.А. Радченко была создана генетическая классификация каустобтиолитов (рис. 1.1).



Рис.1.1. Генетическая классификация каустобиолитов по Успенскому и Радченко, 1961 г.


Как только жизнь на планете Земля развилась настолько, что продукты её жизнедеятельности стали формировать новые типы пород (карбонатные и кремнистые осадочные породы), и часть органического вещества после смерти животных и растений попала с формирующийся осадок, процесс седиментогенеза изменился, так как в формируемом морской (и озёрном) осадке значительную часть стали составлять остатки организмом как в виде обрывков растений и трупов животных, так и в виде обломков раковин, сложенных кальцитом (доломитом) или кварцем. Формируемые породы стали претерпевать специфические преобразования, которые постепенно вели к их окаменению. Этот процесс называется диагенезом. В результате того, что сформированный слой перекрывается следующим слоем, и его связь с кислородом, растворённым в морской воде, прекращается механически, в рассматриваемом свое начинаются процессы разложения захороненной органики (растений, животных, отмерших микроорганизмов). Захороненный растворённый в осадке воде кислород быстро расходуется и наступает кислая среда, в результате проявления которой с одной стороны захоронено органическое вещество может сохраниться и быть законсервированном, с другой стороны, скелеты отмерших организмов могут быть растворены, а потом этот растворённый материал может выпасть в осадок, способствуя консервации органического вещества отмерших организмов.

Сразу после окаменения слоя осадков и превращения его в осадочную породу последующие изменения претерпевает уже порода вместе организмов. Уже в стадию диагенеза из осадочных пород начинает выделяться газ. Стадии диагенеза соответствует глубина 0,1-0,5 км и температура 10-20°С. со всеми ингредиентами, входящими в её состав. Процесс преобразования осадочной породы в результате её погружения, при котором осуществляется повышение температуры и давления, вплоть до полного прекращения участия в данном процессе воды, называется катагенезом. Катагенез – это процесс преобразования сформировавшейся в результате завершения процесса диагенеза осадочной породы с участием воды за счёт постепенного повышения температуры и давления в результате погружения осадочной породы на глубину до более 9 км, где участие воды в процессе преобразования породы прекращается и начинает осуществляться стадия метагенеза или метаморфизма. Катагенез проявляется в виде перекристаллизации породы, отложением новых гидротермальных минералов, выносом захороненного органического вещества в виде нефте- и газопродуктов.

Применительно к осуществлению процессов нефте- и газообразования катагенез можно подразделить на три стадии: раннюю, среднюю и позднюю. Ранней стадии катагенеза соответствуют глубина 0,5-1,5 км и температура 20-65°С. Здесь продолжается генерация газа, начавшаяся в стадию диагенеза и начинается начальная стадия выделения из породы первых порций нефти. Средней стадии катагенеза или главной стадии формирования нефти, подразделяется на ряд уровней, из которых наиболее благоприятными являются глубина 1,5-5,0 км и температура 65-150°С. Ниже располагается менее благоприятная зона, соответствующая глубине 5,0-7,0 км и температуре 250-350°С. Первой из названных зон соответствует выделение из пород нефти, второй – газа с постепенным замедлением выделения нефти нарастанием выделением газа. Третьей, поздней стадии катагенеза, соответствует затухающая стадия формирования нефти. Здесь глубина составляет 7,0-9,0 км, температура поднимается до 250-350°С. Здесь происходит постепенное прекращение генерации нефти и медленное затухание генерации газа. Вероятно, в нижней точке зоны катагенеза вода прекращает участие a преобразовании пород в жидкой форме, при которой процесс преобразования породы осуществлялся при меньших глубинах и сопровождался выносом нефти (более низких температуре и давлении. Этот вопрос требует дальнейшего уточнения).

И, наконец, в стадию метагенеза (метаморфизма) происходит дальнейшее преобразование осадочной породы, прошедшей стадию катагенеза. Глубины этой стадии более 9 км, температура – выше 350°С. Здесь процесс нефтеобразования уже не проявляется, а процесс газообразования постепенно затухает. Этот процесс затухания выделения из пород газа именуется газовым дыханием. Исследования по данному направлению в России начаты Н.Б. Вассоевичем (рис. 1.2, 1.3), А.Э. Конторовичем, рядом зарубежных исследователей.



Рис.1.2. Схема вертикальной зональности образования углеводородов: I – по Рогозину, Неручеву, Успенскому (1974). Интенсивность генерации углеводородного газа рассеянным ОВ пород: 1-3 – кривые интенсивности генерации газа: 1 – сапропелевым органическим рассеянным веществом (РОВ) пород (в % на органическую массу буроугольной стадии Сг = 68%), 2, 3 – сапропелевым и сапропелево-гумусовым РОВ (в % на органическую массу средней буроугольной стадии) по данным А.Э. Конторовича и Е.А. Рогозиной; II – по Вассоевичу и др. (1974). Схема вертикальной зональности и генерации метана, жирного газа (С2 – С4) и нефти органическим веществом в процессе литогенеза R° - отражательная способность витринита в масле; Пнм – нефтематеринский потенциал – выход УВ (% от содержания Сорг на данном этапе катагенеза); III – по Вассоевичу (1974); IV – по Конторовичу и др. (1974). Интенсивность генерации битумоидов и углеводородных газов седикахитами в зоне катагенеза: ВЗГ – верхняя зона интенсивного газообразования; ГЗН - глубинная зона интенсивного газообразования (с добавлениями Баженовой и др. (2004).



Рис. 1.3. Схема эволюции органического вещества с момента его отложения до начала метаморфизма

У – углеводы, АК – аминокислоты, ФК – фульвиокислоты, ГК – гуминовые кислоты, УВ – углеводороды, NSO – N-, S-, O-содержащие гетеросоединения (не углеводороды). (по Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г.).

В стадию метаганеза, при которой происходит образование новых минералов, осадочные породы окончательно теряют признаки, позволяющие ранее относить их к осадочным пород, формируются метаморфические породы. При дальнейшем процессе развития нашей планеты метаморфические породы, а также значительная часть в различной степени катагенетически преобразованных пород, выводится на дневную поверхность и даже формирует горы. Здесь описанный выше цикл преобразования пород, включающий стадии гипергенеза, седиментогенеза, диагенеза, катагенеза и метагенеза (метаморфизма) повторяется вновь и вновь, и каждый такой цикл приносит в недра Земли очередную порцию нефти и газа, изучению поведения которых в земной коре и посвящён настоящий учебный курс.


^ 1.3. ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО В ПРИРОДЕ


Важнейшим процессом, в результате которого в конечном итоге возникли месторождения нефти и газа, явился фотосинтез, при котором световая энергия преобразуется в химическую. В основе его лежит переход водорода из воды в углекислый газ и образование органического вещества в форме глюкозы и кислорода. Из глюкозы аутотрофные организмы могут синтезировать полисахариды, например целлюлозу и крахмал.

Б. Тиссо и Д. Вельте приводят уравнение фотосинтеза, при котором зеленые растения, используя солнечный свет, накапливают энергию (h*v) образуя глюкозу (формула 1).


6СО2+12Н2О=h*v=С6Н12О6+6О2+6Н2О (1)


Древнейшая жизнь на Земле началась около 3,7-3,3 млрд. лет назад, но скачок накопления энергии в результате фотосинтеза произошел около 2 млрд. лет назад (рис.1.4.). Так была заложена основа трофической пирамиды жизни, после этого события атмосфера земли начала меняться, так как появился свободный кислород.






Рис.1.4. События в истории Земли, которые повлияли на эволюцию жизни. До 2 млрд. лет на Земле не происходило массового образования органического вещества (по Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г).

В современных условиях по данным Б. Тиссо и Д. Вельте только 18% общего количества углерода планеты в осадочных породах имеет органическую природу, тогда как 82% углерода осадочного генезиса присутствует в форме карбонатов. По их мнению, весь атмосферный кислород, который в настоящее время входит в состав карбонатов и силикатов, образовался в процессе фотосинтеза, а соотношение кислорода и углерода в атмосфере Земли соответствует этой пропорции в составе углекислого газа.

Вслед за фитопланктоном и бактериями третьим по важности поставщиком органического вещества в осадки являются высшие растения.

С докембрия до девона естественным продуцентом первичного органического вещества оставался морской фитопланктон. Начиная с девона все более возрастающая доля стала переходить высшим наземным растениям. В настоящее время считается, что морской фитопланктон и высшие наземные растения производят примерно равное количество органического углерода. Таким образом, продуцентами органического вещества являются в основном четыре группы организмов: фитопланктон, зоопланктон, высшие растения и бактерии.

Учитывая, что в атмосфере содержание кислорода составляет 21%, а в воде на 1 литр приходится только несколько миллиграммов растворенного кислорода, логично предположить, что накопление органического вещества в осадках может происходить только в субаквальных осадках (морях, болотах).

Ткани отмерших организмов состоят из следующих веществ: протеинов, липидов, углеводов и лигнина у высших растений (табл. 1).

Таблица 1. Основные химические компоненты морского планктона в процентах от сухого веса (по Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г).




Белки

Липиды

Углеводы

Зола

Диатомовые

24-48

2-10

0-31

30-59

Дипофлагелляты

41-48

2-6

6-36

12-77

Копеподы

71-77

5-19

0-4

4-6

В отличие от морских организмов, высшие наземные растения, включая большую часть древесной растительности, содержат главным образом целлюлозу (30-50%) и лигнин (15-25%).

В додевонское время всю биомассу составляли бактерии, сине-зеленые водоросли и более высокоразвитые водоросли, обитавшие в море. Представителем более древних ископаемых природных сообществ организмов являются докембрийские угли водорослевого происхождения – шунгиты.

С начала девонского периода начинается все возрастающая дифференциация животного и растительного мира, и завоевание растениями континентов. В субаквальных осадках в составе остаточного, сформированного биологическим путем органического вещества, можно встретить три основных природных комбинации (рис.1.5.).




Рис. 1.5.Основные природные ассоциации природных остатков, характерные для субаквальных осадков, накапливающихся на различных этапах геологической истории. Осадочные породы кебрийско-ордовикского возраста содержат в основном остатки бактерий, водорослей и зоопланктона. В осадочных породах, отвечающих девону – юре, встречаются главным образом остатки водорослей, зоопланктона и бактерий, кроме этого, особенно в прибрежно-морских отложениях появляется материал, обусловленный жизнедеятельностью высших растений. Осадочные породы. Сформированные от мелового периода до современной эпохи содержат относительно мало остатков планктона и зачастую больше остатков высшей растительности (по Б. Тиссо, д. Вельте, 1981 г).

Следует отменить, что органическое вещество преимущественно наземного происхождения с высоким содержанием лигнина и углеводов характеризуется соотношением Н/С примерно 1,0-1,5 и наибольшей степенью ароматичности структуры. В органическом материале, образованном главным образом остатками автохтонного морского планктона, величина соотношения Н/С достигает примерно 1,7-1,9. Это органическое вещество имеет алифатическую и алициклическую структуру. Следует также отметить, что в силу некоторых особенностей благоприятными условиями для накопления обогащенных органическим материалом осадков являются зоны континентальных шельфов в зонах со спокойными водами: лагуны, эстуарии и глубокие впадины с ограниченной циркуляцией вод, а также – континентальные склоны.

Вследствие особенностей химического состава устойчивы для сохранения в осадке липидные вещества как водонерастворимые соединения. Они лучше сохраняются входя в состав детритового органического материала (в меньшей степени - в состав растворенного органического материала) делая содержащие их осадки потенциально нефтематеринскими породами. Все остальные вещества в водной среде гидролизуются, и, как следствие, в дальнейшем участвуют в пищевой пирамиде и в осадках не сохраняются.

Наиболее обогащены подобным детритовым материалом алеврито-глинистые породы (табл. 2).


Таблица 2. Изменение содержания органического вещества в осадках серии Викинг Канады в зависимости от размерности пород (по Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г).

Размер преобладающих частиц

Среднее содержание органического

Вещества, вес. %

Алевролит

1,79

Глина (2-4 мкм)

2,08

Глина (менее 2 мкм)

6,50


По данным этих же авторов, высокое содержание органического углерода в осадках коррелируется с высокой концентрацией частиц субколлоидного размера (<1 мкм) и с распространением иллита и монтмориллонита. Эту зависимость следует рассматривать в связи с обилием взвешенного материала (>0,7-1,0 мкм), который содержит заметное количество органического углерода (15-75%, в среднем 30%). В общем виде можно сказать, что обогащенные органическим веществом осадки способны формироваться в любом районе, где сохраняется высокий уровень поставки органического материала, относительно спокойных гидродинамический режим и средние скорости накопления тонкозернистых минеральных частиц. Минеральные частицы пелитовой размерности легко адсорбируют органический материал. Эта тонкая минеральная взвесь вместе с взвешенными частичками детритового органического вещества характеризуется низкой плотностью и поэтому выносится из районов с высоким уровнем гидродинамической активности в зоны распространения более спокойных вод. Для накапливающихся здесь тонкоразмерных осадков характерен ограниченный доступ растворенного молекулярного кислорода, вследствие чего возрастает вероятность сохранения органического вещества. При возрастании скорости седиментации наступает разубоживание и формируются осадки с низким содержанием органического вещества.

Липиды, сохранившиеся в осадках и преобразованные в результате проявления диагенетических и катагенетических процессов, называются битумами. При повышенных их содержании формируются битуминозные породы, такие как битуминозные песчаники, известняки. Особенностью битумов является их способность растворяться в скипидаре, хлороформе и других растворителях. Выделяется также группа веществ, которых в названных жидкостях не растворимы, но при прокаливании породы они выделяют летучие компоненты. Это - пиробитумы. К ним относятся такие твердые битумы, как антраксолиты, альбертиты, шунгиты.

Форма нахождения органических веществ в осадочных породах весьма различна. Различают: растительный детрит; капли и комочки, выполненные органическим материалом (в том числе кусочки окаменевшей смолы); органическое вещество может находиться в форме сорбентов на поверхности минеральных частиц породы; кроме того, органическое вещество может находиться и в рассеянной форме, например в виде органического вещества, входящего в состав кристаллической решетки минералов породы.

При изучении петрографического состава пород при помощи поляризационного микроскопа принято подразделять фрагменты органического вещества на три группы:

1-ая группа включает тонкодисперсное ОВ, размер частиц которого менее 0,005 мм. Оно практически не видимо и усматривается в виде оттенка цвета породы, так как находится в основном в сорбированном состоянии;

2-ая группа включает мелкий спорово-пыльцевой и растительный детрит с размером частиц органического вещества более 0,005 мм. Здесь органическое вещество уже отделяется от вмещающей породы и различимо в виде мелких фрагментов.

3-ья группа включает органическое вещество, попавшее в породе уже в процессе постседиментационного преобразования, в катагенезе или эпигенезе. Их размер и форма нахождения зависит от вторичных процессов, преобразующих вмещающую породу. Они либо развиты по микростилолитам или трещинам, либо выполняют поры или каверны в породе.

Веществом, на примере которого наиболее ярко видны принципы формирования нефти из осадочных пород, обогащенных органическим веществом, являются сапропели. Сапропель (сапрос – гнилой, пилос – ил) (рис. 1.6) формируется в результате разложения анаэробными бактериями (без доступа кислорода) остатков членистоногих, водорослей, планктона с формированием в результате органогенного ила.





Рис. 1.6. Относительное положение залежей торфа и сапропеля в условиях озерно-болотного ландшафта. (В.Н. Волков, 2005г.)

Сапропель выглядит как однородная бурая масса полупрозрачная в тонких прослоях, напоминающая засохший столярный клей. Процессы преобразования пород типа сапропелей происходит в результате их погружения на определенную глубину, в результате чего возрастают температура и давление, и в результате исходное органическое вещество породы обезвоживается, в нем возрастает содержание водорода, уменьшается содержание кислорода и азота. В качестве возможного источника протонефти рассматривается также гумусовое органическое вещество, слагающие многие угольные месторождения нашей планеты.

Исходное органическое вещество осадочных пород, при их погружению на глубину, попадает в зону все возрастающих температуры и давления. В этих породах постепенно происходят процессы преобразования, в результате которых остаются преимущественно преобразованные липиды, и формируется протонефть. Считается, что минимальное давление, при котором начинает формироваться первые месторождения нефти, отвечает перекрытию вышележащими породами более 900 м.

Процесс образования нефти сопровождается обогащением органического вещества водородом. Этот процесс именуется гидрогенизацией. Вопрос об источнике водорода в настоящее время различными исследователями рассматривается по разному. Часть из них считает, что водород является неотъемлемой частью осадочного процесса и входит в состав нефтей по мере их преобразования в недрах без привноса водорода извне, другие исследователи считает этот водород привнесенным из глубин Земли.

Исследования современных ученых обширны и очень сложно аргументированы. Отдельно рассматривается преобразование сапропелевого и гумусового по происхождению органического вещества. По данным, приведенным О.К. Баженовой и др. (2004), экспериментально установлено, что например третичные бурые угли при длительном нагревании (более 6 лет) в анклавах нагревая испытываемый материал на 1°С в неделю, дают в результате смесь жирного газа, углекислого газа и воды, в то время как пермский торбанит, это разновидность богхеда, встречающегося в Шотландии (субаквальной природы) в этих же условиях генерировал продукт, не отличимый от сырой парафинистой нефти. Таким образом, считается установленным образование нефти из морских отложений, а не из континентальных преимущественно растительных. Конечным продуктом преобразования органического вещества на глубине является графит и метан. При погружении на глубину первым начинает генерироваться газ, потом включается генерация нефти, потом она завершается и генерация газа, так называемое «газовое дыхание» завершает этот процесс.


^ 1.4. СТАДИИ ЛИТОГЕНЕЗА В СВЯЗИ С НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬЮ


Как отмечалось нами выше, в цикле литогенеза различают 5 стадий. Это:

1. Гипергенез – проявление процессов физического и химического выветривания исходных пород и перенос к месту захоронения.

2. Седиментогенез – накопление осадков в конечных водоемах стока и перекрытие их следующей порцией осадков.

3. Диагенез – после прекращения доступа кислорода ввиду перекрытия вышележащими осадками начинается физико-химическое уравновешивание насыщенного водой осадка, которое завершается формированием осадочной породы.

4. Катагенез (иногда эпигенез) – по мере увеличения глубины захоронения породы под влиянием возрастающих температуры и давления и в результате воздействия водных растворов и газов начинается перекристаллизация породы и ее гидротермальное изменение.

5. Метагенез (или собственно метаморфизм) – при дальнейшем погружении преобразование минерального состава породы, вероятно, без доступа воды в жидком состоянии (рис.1.7.).





Рис. 1.7. Схема расположения различных зон литогенеза в разрезе верхней части земной коры (по Р.У. Фербриджу).

Стадиям литогенеза в земной коре соответствуют одноименные зоны литогенеза, в которых происходят описанные выше процессы их преобразования.


^ 1.5. ОБРАЗОВАНИЕ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД


По способу образования различают несколько групп пород. Здесь мы приведем краткое их описание применительно к данному учебному курсу.

^ Химические (хемогенные) породы формируются из истинных и коллоидных растворов в результате осаждения. Выпадение из раствора связано с изменением концентрации солей и от температуры раствора. Химическими породами являются: гидроокислы железа и алюминия, галит, калийные соли, некоторые известняки, доломит, бокситы, кремнистые породы.

^ Биохимические осадки формируются при участии организмов в результате проявления определенных химических и биогенных процессов (биохимические породы).

Органогенные породы формируются в результате жизнедеятельности различных организмов, при этом образуются фитогенные (из растений: диатомит, торф, уголь) и зоогенные (из животных: известняк, мел, нефть).

Каустобиолиты – это группа органогенных углеродистых по составу пород, способных гореть.

Обломочные породы образуются механическим путем при разрушении различных пород (песок, гравий, глины, вулканический материал и пр.).

^ Глинистые породы формируются в результате химического преобразования магматических и метаморфических пород и отлагаются в конечных водоемах стока в результате медленного осаждения.


2. КАУСТОБИОЛИТЫ


Предметом изучения настоящего учебного курса являются нефть и газ. И прежде чем мы перейдем к рассмотрению типов горных пород, с которыми связано распространение в природных условиях месторождений нефти и газа, следует более рассмотреть эти две крупные группы полезных ископаемых.

Нефть, газ, угли и горючие сланцы, твердые битумы представляют собой особую группу минеральных образований земной коры. Они сформировались в результате преобразований органического вещества, первоисточником которых являлись живые организмы. Подобные изменения накапливаются по мере погружения пород земной коры вследствие геотермического градиента и повышения давления с глубиной.

Все горючие полезные ископаемые подразделяются на два больших ряда: угольный и нефтяной (рис.1). Нефти характеризуются весьма незначительным колебанием содержания углерода (83-87%), водорода (12-14%) и кислорода (от десятых долей % до 1,5%), отмечается примесь серы и азота (до 1-2%), в то время как в каустобиолитах угольного ряда диапазон их содержания значителен.


^ 2.1. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ


Нефть – жидкое полезное ископаемое, состоящее в основном из углеродных соединений. По внешнему виду это маслянистая жидкость буроватого-черного реже светло-коричневого цветов. Она флюоресцирует на свету, и особенно при ультрафиолетовом освещении. При характеристике химического состава нефти обычно оценивают содержание таких элементов, как углерода, водорода, кислорода, серы и азота. Первые два элемента, вошедшие в название «углеводороды», преобладают и составляют более 90%.

Характеристики нефти и газов приводят в своих работах многие исследователи. Нами, при изложения материала, выбраны как наиболее полные работы следующих авторов: О.К. Баженовой, Ю.К. Бурлина, Б.А. Соколова и др. (2000), Э.А. Бакирова, В.И. Ермолкина, В.И. Ларина (1980). Предваряя рассказ про нефть, хочется напомнить высказывание Н.Б. Вассоевича, который дал следующее этому понятию: «Нефть - это жидкие гидрофобные продукты процесса фоссилизации органического вещества пород, захороненного в субаквальных отложениях».

Нефть – жидкое полезное ископаемое, состоящее в основном из углеродных соединений. По внешнему виду это маслянистая жидкость буроватого-черного реже светло-коричневого цветов. Она флюоресцирует на свету, и особенно при ультрафиолетовом освещении. При характеристике химического состава нефти обычно оценивают содержание таких элементов, как углерода, водорода, кислорода, серы и азота. Первые два элемента, вошедшие в название «углеводороды», преобладают и составляют более 90%.

Углеводородные соединения, слагающие нефть, подразделяются на:

- парафиновые (метановые или алканы);

- нафтеновые (полиметиленовые или цикланы);

- ароматические (арены);

- смешанные.

Парафиновые углеводороды СnH2n+2 делятся на нормальные и разветвленные.

Нафтеновые углеводороды представлены углеводородами с формулой СnH2n.

Ароматические углеводороды делятся на моноарены (бензол и его гомологи СnH2n-6) и полиарены (СnH2n-12, СnH2n-18, СnH2n-4).

В молекулах смешанных углеводородов имеются различные структурные элементы: ароматические кольца, парафиновые цепи, пяти- и шестичленные нафтеновые циклы.

Гетероорганические соединения могут составлять 10-20% сырой нефти. В их состав, кроме углерода и водорода, входят, главным образом, кислород, сера и азот. Нефть содержит микропримеси таких элементов, как никель, ванадий, натрий, серебро, кальций, алюминий, медь, как первоначально входившие в состав организмов, сформировавших нефть. По О.К. Баженовой и др. (2000 г) дана более подробная картина.





оставить комментарий
страница1/3
Дата18.10.2011
Размер0,62 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3
плохо
  2
не очень плохо
  1
хорошо
  2
отлично
  12
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх