Нефть и газ. Их происхождение. Бурение и добыча нефти и газа

для залегания нефти и  газа пористые породы (известняки и  песчаники).

Поры между частицами  заполняются смесью нефти, газа и  воды; эта смесь в процессе уплотнения

выжимается и тем самым  принуждается к миграции из пор пород. Породы с крупными порами, в

которых собирается нефть, называются резервуарными или коллекторами.

Залежи образуются обычно в таких местах, где высокопористые пески отлагались вслед за

отложением обогащенных  органических веществом илов, например, в дельте Миссисипи. Здесь

пески находятся в речных руслах и на морских побережьях, а между ними располагаются большие

соленые марши (прибрежные болота), где в илах захороняется органический материал. Крупные

нефтяные и газовые  залежи Луизианы, Техаса, Персидского  залива и тюменского Севера

приурочены к дельтовым отложениям древних рек. Система рифов – это другой пример общей

обстановки, благоприятной  для образования как пород-коллекторов, так и нефтематеринских

пород. В зарифовой области отлагаются известковые илы, обогащенные органическим веществом. Такие нефтяные месторождения обнаружены в провинции Альберта (Канада), западнее Флориды и

в Мексике. Крупные месторождения  нефти и газа в рифах открыты  в Прикаспийской впадине, в

Ливии, Узбекистане и многих других районах.

ВОЗРАСТ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ  НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Нефть и газ залегают в  породах всех возрастов даже в трещиноватых и выветрелых

приповерхностных зонах докембрийского кристаллического фундамента. Наиболее продуктивные

породы-коллекторы Северной Америки были сформированы в ордовикском, каменноугольном и

третичном периодах. В других частях света добывают нефть в основном из отложений третичного

возраста.

Месторождения нефти и  газа приурочены к структурно-приподнятым  участкам, таким, как

антиклинали, но в региональном плане большинство месторождений  располагается в крупных

впадинах, так называемых осадочных бассейнах, куда за геологическое  время вносятся большие

объемы песков, глин и  карбонатных осадков. Многочисленны  такие нефтяные месторождения по

краям континентов, где реки откладывают приносимый ими материал в морские глубины.

Примерами подобных районов  являются Северное море в Европе, Мексиканский залив в Америке,

Гвинейский залив в  Африке и регион Каспийского моря. Здесь бурятся скважины при глубине  моря

до 1500 м.

4. ФОРМИРОВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ  НЕФТИ И ГАЗА

Необходимы следующие  условия для формирования месторождений  нефти и газа в залегающих в

глубинах земли отложениях, из которых экономически выгодно извлекать углеводороды: наличие

соответствующих пород-коллекторов  и относительно непроницаемых покрышек и ловушек,

которые предотвращают утечку углеводородов к земной поверхности.

Породы-коллекторы. Для того чтобы стать коллектором, порода должна обладать пористостью и

проницаемостью. Те же свойства необходимы для сохранения нефти  и газа, а также запасов

подземных вод. Пористость –  это процент содержания пустот в  породе. Кристаллические породы

могут иметь менее 1 % пустот, тогда как некоторые песчаники  – 35–40%, а кавернозные известняки

могут обладать даже еще  большей пористостью. Наиболее обычный  тип пустот – промежутки

между зернами крупнозернистых  осадочных пород, подобных песчаникам. Размер зерен не влияет

на процент пористости, если этот размер одинаков, но при смешении зерен разного размера мелкие

зерна частично заполняют  пространство между крупными, уменьшая тем самым процент

пористости. Итоговая пористость обломочных пород зависит от степени  последующей цементации

зерен; цемент породы осаждается из циркулирующих вод (таковы многие карбонатные, сульфатные

и другие «хемогенные» цементы; весьма распространенные глинистые  цементы образуются при

одновременном осаждении песчаных зерен и глинистых частиц). Если цементация полная, то

пористость не сохраняется.

Другой распространенный тип пустот – это каверны растворения  в карбонатных породах –

известняках и доломитах. Всякий раз, когда такие породы находятся в зоне проникновения или

циркуляции подземных  вод, они в какой-то степени растворяются, и результатом может быть

образование высокопористых пород. Размер каверн выщелачивания  изменяется от

микроскопических пор  до гигантских пещер. Еще одним типом  природных пустот являются

каверны выветривания, а  также трещины и щели.

Проницаемость – это свойство пород быть проводником при движении жидкостей или газов.

Некоторые глины имеют  такую же высокую пористость, как  и песчаники, но они непроницаемы,

так как размер их пор  очень мал. Чем крупнее поры, тем  выше проницаемость. Прямой связи между

пористостью и проницаемостью, в общем, нет, хотя обычно породы с  невысокой пористостью (10 –

15 %) имеют также и низкую  проницаемость. Если проницаемость  мала, то нефть будет только

слабо сочиться из породы и  продуктивность окажется ниже экономически эффективной. Поэтому

трудно извлекать нефть  из глин, хотя обильные признаки нефти  в них имеются во многих районах

мира. Методы извлечения нефти  из глинистых пород разрабатываются.

Пласты пород-коллекторов  должны иметь определенную мощность и относительно постоянную

проницаемость по латерали. Мощность, ниже которой пласт-коллектор не может разрабатываться с необходимой экономической эффективностью, зависит от многих причин, включая стоимость

бурения в данном районе, глубину, пористость и объем (запасы) нефти.

Хотя обычно породами-коллекторами являются песчаники и карбонатные  породы, любые породы,

которые обладают необходимыми геологическими или структурными характеристиками, могут

содержать нефть в промышленных количествах. Примером являются трещиноватые глины

(аргиллиты), конгломераты, зоны  выветривания на древних поверхностях  гранитов и

серпентизированные магматические образования.

Покрышки. Для образования  залежей необходимо, чтобы пористые и проницаемые породы-

коллекторы перекрывались  породами, которые препятствуют последовательной миграции нефти и

газа вверх. Обычные экранирующие породы – это относительно непроницаемые  глины. Другие

породы, которые могут  служить покрышками, – это плотно сцементированные песчаники, пласты

плотных карбонатных пород, глины плоскостей сбросов и даже тела соляных и изверженных пород.

Ловушки. Большинство пород-коллекторов  имеют вид пластов или слоев, которые на сколько-

нибудь значительных расстояниях отклоняются от горизонтального положения. Величина наклона

изменяется от примерно 4 м/км до 90°. В результате этого капли нефти или пузырьки газа,

насыщающие породы-коллекторы, просачиваются вверх через насыщенные водой поры к подошве

и затем перемещаются вверх  по восстанию пластов вдоль раздела  коллектор – покрышка. Если

наклон продолжается до поверхности и пласт-коллектор остается на всем протяжении

проницаемым, нефть (газ) будет  выходить из пласта. Но если наклон вверх  не продолжается, а

существует перегиб или  породы-коллекторы теряют по латерали свою проницаемость, нефть будет

улавливаться до того, как  она сможет выйти из пласта на поверхность. Образование ловушки

вследствие изменения  направления наклона пластов  пород обычно обусловлено движениями

земной породы; такие ловушки  относятся к структурному типу. Изменения  проницаемости ведут к

образованию стратиграфических  ловушек.

Простейшим типом структурной  ловушки является выгнутая вверх складка-антиклиналь (рис. 1,а).

Складчатость может быть результатом сокращения земной коры, сброса в глубинах земли,

магматической деятельности, внедрения соляных масс; она может  быть вызвана уплотнением над

выступом погребенного рельефа  или растворением пород. Скопление  нефти и газа в антиклиналях

происходит за счет улавливания  движущихся вверх капелек жидкости и пузырьков газа аркой

смятых в складку пластов. На флангах складки под нефтью скапливается более тяжелая пластовая

вода. Одно из крупнейших нефтяных месторождений мира – Гхавар в Саудовской Аравии – связано

именно с антиклиналью.

Одним из специфических видов  антиклиналей являются соляные купола (рис. 1,в). Они

представляют собой штоки  или призмы соли, выжатой с больших  глубин. Купола имеют в плане

округлую или эллиптическую  форму диаметром почти 1 км и высотой 6 и более км. Эти купола

частично прорывают слои осадочных пород, а залегающие над  ними пласты изгибаются в виде

антиклинали или купола. Залежи нефти могут формироваться в покрывающей соляной купол

антиклинали, в пластах, ограниченных стенкой соляного купола, и в выщелоченных кавернозных

породах кровли купола (кэпроки).

Тектонически ограниченные ловушки (рис. 1, б), как и антиклинали  и соляные купола, являются

разновидностью структурных  ловушек. Ловушка этого типа образуется за счет того, что при сдвиге

(взаимном перемещении пластов) проницаемые пласты вверх по восстанию в зоне разлома

экранируются непроницаемым  глинистым барьером, который эффективно преграждает движение

нефти вверх по восстанию  проницаемого насыщенной водой наклонно залегающего пласта.

Если пласты-коллекторы латерально замещаются непроницаемыми породами, возникает

стратиграфическая ловушка (рис. 1,г). Основная причина изменения  пористости и проницаемости

пласта в пространстве связана с изменениями условий осадконакопления по площади. Другой

причиной изменения коллекторных свойств является растворяющее действие пластовых вод. Так,

участками может растворяться карбонатный цемент в песчаниках. Большую роль играет

образование каверн в карбонатных  породах. Важный вид стратиграфических  ловушек образуется

при срезании, эрозии серии  наклонно залегающих пластов, в том  числе пористых и проницаемых, и

последующем их перекрытии непроницаемыми породами-покрышками. 5. ПОИСКИ И РАЗВЕДКА НЕФТИ

Задача обнаружения новых  месторождений нефти и газа на практике сводится к поискам

возможных ловушек углеводородов. До сих пор нет методик, аппаратуры и механизмов, которые

могли бы безошибочно обнаруживать подземные площади, где имеются  нефтяные или газовые

месторождения. Поэтому геологи  и геофизики ищут места, где имеются  либо структурные, либо

стратиграфические условия, благоприятные для аккумуляции  углеводородов; эти участки затем

опробуются на наличие  нефти и газа бурением скважин.

Геологические методы включают исследования на поверхности и в  глубинах земли. Поверхностные

исследования используют только там, где покров почв и четвертичных отложений достаточно

тонкий и имеются многочисленные обнажения коренных пород. Геолог измеряет мощности

разрезов обнаженных пород, строит карты геологических формаций, определяет структуру

залегания путем наблюдения падений и простираний пластов в тех местах, где рельеф имеет

значительную амплитуду. В случае относительно ровного залегания  и плоского рельефа

используется метод инструментальной съемки с помощью мензулы и  алидады. Могут быть

использованы аэрофотоснимки. Многие нефтяные месторождения были открыты при разбуривании

антиклиналей, обнаруженных в результате поверхностной геологической  съемки. В случае

перекрытия коренных пород  мощным чехлом четвертичных почв, аллювия  ледниковых отложений

и др. проводится структурное  бурение. Вскрывая скважинами реперные пласты, геологи