Состав и формы залегания горных пород. Состав нефти и газа. Образование месторождений нефти и газа

Земная кора сложена из горных пород, которые по происхожде­ниюделятся на три группы: магматические (или изверженные), оса­дочные и метаморфические (или видоизмененные).

Магматические породыобразовались в результате застывания магмы и имеют в основном кристаллическое строение. Животных и растительных остатков в них не содержится. Типичные представите­ли магматических пород — базальты и граниты.

Осадочные породыобразовались в результате осаждения органиче­ских и неорганических веществ на дне водных бассейнов и поверхно­сти материков. В свою очередь они делятся на обломочные породы, а так­же породы химического, органического и смешанного происхождения.

Глава 2. Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений 51

Основные известные месторождения нефти и газа сосредоточены именно в осадочных породах. Характерный признак осадочных гор­ных пород — их слоистость. Данные породы сложены в основном из почти параллельных слоев (пластов), отличающихся друг от друга со­ставом, структурой, твердостью и окраской. Поверхность, ограничи­вающая пласт снизу, называется подошвой, а сверху — кровлей.

Пласты осадочных пород могут залегать не только горизонтально, но и в виде складок (рис. 2.1.1), образовавшихся в ходе колебательных, тектонических и горообразовательных процессов. Изгиб пласта, на­правленный выпуклостью вверх, называется антиклиналью, а выпук­лостью вниз — синклиналью. Соседние антиклиналь и синклиналь в совокупности образуют полную складку.

кровля пласта

Рис. 2.1.1. Складка, образованная осадочными породами

В России почти 90% найденных нефти и газа находятся в антиклина­лях, за рубежом — около 70%. Размеры антиклиналей составляют в среднем: длина 5... 10 км, ширина 2...3 км, высота 50...70 м. Однако известны и гигантские антиклинали. Так, самое крупное в мире неф­тяное месторождение Гавар (Саудовская Аравия) имеет размеры в плане 225x25 км и высоту 370 м, а газовое месторождение Уренгой (Россия): 120x30 км при высоте 200 м.

По проницаемости горные породы делятся на проницаемые (кол­лекторы) и непроницаемые (покрышки). Коллекторы — это любые горные породы, которые могут вмещать в себя и отдавать жидкости и газы, а также пропускать их через себя при перепаде давления.

52 Часть I. Основы нефтегазового дела

Наилучшими коллекторскими свойствами обладают поровые кол­лекторы. Неплохими способностями вмещать в себя и отдавать жид­кости и газы, а также пропускать их через себя могут обладать и дру­гие типы коллекторов. Так, на некоторых месторождениях Саудов­ской Аравии взаимосвязанные системы трещин создают каналы длиной до 30 км. К трещиноватым коллекторам за рубежом приурочено более 50% открытых запасов нефти, а в России — 12%.

Покрышки — это практически непроницаемые горные породы. Обычно ими бывают породы химического или смешанного происхож­дения, не нарушенные трещинами. Чаще всего роль покрышек вы­полняют глины: смачиваясь водой, они разбухают и закрывают все поры и трещины в породе. Кроме того, покрышками могут быть ка­менная соль и известняки.

Состав нефти и газа.Нефть и газ — это жидкие и газообразные горные породы. Вместе с другими горючими осадочными породами (торф, бурый и каменный уголь, антрацит) они образуют семейство каустобиолитов, т. е. горючих органических пород.

Говоря о составе нефти, различают элементный, фракционный и групповой составы.

Основными ее элементами являются углерод(83...87%) и водород (11... 14%).Наиболее часто встречающаяся примесь — сера(до 7%), хотя во многой нефти серы практически нет. Сера содержится в неф­ти в чистом виде (самородная), в виде сероводорода или меркаптанов. Она усиливает коррозию металлов. Азота в нефти не больше 1,7%; он совершенно безвреден в силу своей инертности. Кислородвстреча­ется в нефти не в чистом виде, а в различных соединениях (кислоты, фенолы, эфиры и т. д.); его в нефти не более 3,6%. Из металловв неф­ти присутствуют железо, магний, алюминий, медь, натрий, олово, ко­бальт, хром, германий, ванадий, никель, ртуть и др. Содержание ме­таллов столь мало, что они обнаруживаются лишь в золе, остающейся после сжигания нефти.

Фракционный состав нефти определяется при разделении соеди­нений по температуре кипения. Фракцией(дистиллятом) называется доля нефти, выкипающая в определенном интервале температур. На­чалом кипенияфракции считают температуру падения первой капли сконденсировавшихся паров. Концом кипенияфракции считают тем­пературу, при которой испарение фракции прекращается. Так, бен­зины выкипают в пределах 35...205 "С, керосины — 150...315 "С, ди­зельные топлива — 180...350 "С, масла — 350 °С и выше.

Под групповым составом нефти понимают количественное соот­ношение в ней отдельных групп углеводородов и соединений.

Глава 2. Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений 53

Углеводородыпредставляют собой химические соединения углеро­да и водорода. Они бывают парафиновые, нафтеновые и ароматиче­ские. Кроме углеводородов, в нефти содержатся кислородные, серни­стые и азотистые соединения.

К числу основных кислородных соединений,содержащихся в неф­ти, относятся нафтеновые кислоты и асфальто-смолистые вещества. Нафтеновые кислоты вызывают коррозию металлов. Асфальто-смо­листые вещества — это сложные высокомолекулярные соединения, содержащие, кроме углерода и водорода, кислород (до 2%), серу (до 7%) и азот (до 1%). При обычных температурах они представляют собой малотекучее или твердое вещество с плотностью, превышающей плот­ность воды. Часть асфальто-смолистых веществ, растворимая в бензи­не, называется смолой,а нерастворимая — асфальтом.Содержание сернистых соединений в отдельной нефти доходит до 6%. Однако встречается и малосернистая нефть.

Азотистые соединенияпредставлены, в частности, порфиринами. Природные газыделятся на три группы:

• газы, добываемые из чисто газовых месторождений;

• газы, добываемые из газоконденсатных месторождений;

• газы, добываемые вместе с нефтью из нефтяных месторожде­ний.

Все газы представляют собой смеси парафиновых углеводородов с азотом, сероводородом, углекислым газом и другими компонента­ми, но в разных пропорциях. Газы чисто газовых месторождений наи­более легкие, они на 90% и более состоят из метана. Газы нефтяных месторождений (их также называют попутным нефтяным газом) наи­более тяжелые, содержание метана в них от 30 до 70%. Газы газокон­денсатных месторождений несколько более тяжелы, чем газы чисто газовых месторождений, но легче, чем нефтяной газ; метана в них от 80 до 90%.

Природный газ бесцветен, а при отсутствии в нем сероводорода не имеет запаха.

Образование месторождений нефти и газа.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 (ловушке).

Скопление нефти и газа, сосредоточенное в ловушке в количестве, достаточном для промышленной разработки, называется залежью.Наиболее часто залежи углеводородов встречаются в ловушках анти-

54Часть I. Основы нефтегазового дела

клинальноготипа, представляющих собой подземную куполообразную структуру. В общем случае в верхней части продуктивного пласта располагается свободный газ (газовая шапка), внизу — вода, а между ними нефть.

Поверхность, разделяющая нефть и воду или нефть и газ, называ­ется соответственно водонефтянымили газонефтяным контактом.Линия пересечения поверхности контактов с кровлей пласта называ­ется соответственно внешнимконтуром нефтеносности или газонос­ности, а с подошвой пласта — внутренним контуромнефтеносности или газоносности. Кратчайшее расстояние между кровлей и подош­вой нефтегазоносного пласта называют его толщиной.

Под месторождениемнефти и газа понимается совокупность зале­жей, приуроченных к общему участку земной поверхности. Месторож­дение называют газовым, если оно содержит только газовые залежи, состоящие более чем на 90% из метана. К газоконденсатным относят такие газовые месторождения, из газа которых при снижении давле­ния до атмосферного выделяется жидкая фаза — конденсат. Если ме­сторождение состоит из нефтяных или газонефтяных залежей, то оно соответственно называется нефтяным или газонефтяным.