Походження, міграція та формування покладів і родовищ нафти і газу

Вивчення походження нафти і газу почалося одночасно із виникненням наф-тового про­мислу, тобто в середині XIX ст. Проте проблема і дотепер залишається нерозв'язаною, хоч важливість її для прогнозування нафтогазоносності надр та ведення пошуків очевидна.

Наукова думка розвивалась у двох головних напрямках: органічного та неор-ганічного походження нафти і газу. Для першого напрямку можливим джерелом вуглеводнів розгля­даються осадові породи, збагачені розсіяною органічною речовиною (POP). Для другого на­прямку можливим джерелом є мантія Землі.

Головним доказом генерування осадовими породами нафтогазових вуглеводнів є пере­важна приуроченість їх родовищ до цих порід, певна аналогія в складі вуглеводнів POP і нафти.

Згідно з сучасною органічною гіпотезою нафта і газ утворюються в процесі літифікації пелітових осадів із розсіяних в них органічних решток, тобто в поро-дах, збагачених POP. Такі породи називають нафтогазоматеринськими (нафтогазо-продукуючими). Типові наф-тогазоматеринські породи відкладаються в субаква-льних умовах без доступу кисню, при стійкому занурюванні басейну осадконагро-мадження. Кількість POP перевищує 1—2 %. Вона за складом може бути гумусо-вою (рослинного походженя), сапропелевою (тваринного походження) та зміша-ною. Від природи вихідної органіки, її кількості та шляхів перетво­рення залежить нафтогазогенераційний потенціал порід. Гумусова органіка переважно є газо-, а сапропелева — нафтогенеруючою.

Осадові породи на шляху реалізації свого нафтогазогенеруючого потенціалу проходять ряд зон (інтервалів, стадій), в межах яких утворюються різнотипні вуглеводневі системи:

1. Біохімічна, газова зона, що простягається до глибини близько 1км (температура не перевищує 60°С), де із POP утворюється переважно метан як продукт дії анаеробної мікрофлори.

2. Термолітична (термогазогенна) зона простягається до глибин 2,0—2,5 км (темпера­тура 70—90°С) і може продукувати метан і його найближчі гомологи в результаті теплової дії на POP.

3. Термокаталітична зона, яка характеризується поступовим збільшенням з глибиною генерації рідинних вуглеводнів. Глибина її занурення 2,5—6 км (темпе-ратура 70—200°С). Крім температури, перетворенню POP в цій зоні сприяє Гете-рогенний мікрокаталіз. Й нази­вають також основною фазою нафтогазоутворення, головною зоною (фазою) нафтоутворення.

4. Термогазогенна (пірогазогенна) зона, де завершується генерація вуглеводнів із POP материнських порід, характеризується інтенсивним продукуванням метану. Цю зону інколи називають головною зоною газоутворення. В її межах генеруються системи газокон­денсатних сполук.

Мінеральне неорганічне походження нафтогазових вуглеводнів доводиться поширенням скупчень нафти, газу і бітумів у магматичих породах. Можливість мінерального синтезу вуглеводневих утворень обгрунтована експериментальними даними, а також шляхом тер­модинамічних розрахунків. Розрахунок рівноважного складу вуглеводнів із навколишнім середовищем показав, що системи, аналогічні нафтогазовим вуглеводням, могли утворити­ся із поширених у породах СО₂ і води тільки у верхній мантії Землі. Ці розрахунки підтверджені експериментальним шляхом.

Розрахунок складу мантійних вуглеводневих систем базується на термодинамічних властивостях елементів і їх сполук, вмісті їх у верхній мантії і розподілі температури і тиску в надрах Землі.

Шляхом розрахунків показана можливість синтезу вуглеводнів у верхній

мантії на гли­бинах 40—160 км. Зі збільшенням глибини в складі суміші вуглеводнів збільшується вміст високомолекулярних компонентів всіх гомологічних рядів. Спочатку на порівняно невели­ких глибинах утворюється метан, далі на більших глибинах - метан-бутанові суміші, на ще більших - суміші газоконденсатного типу і так далі аж до утворення вуглеводневих систем нафтогазового типу на великих глибинах. Передбачається, що у верхній мантії проходить розшарування речовини з утворенням шару розгазованих порід (імовірно астеносфери). В результаті постійних процесів диференціації речовини можуть формуватись великі осеред­ки летких утворень із нагромадженням величезних запасів пружної енергії, достатньої для прориву запорного шару і їх перетоку по виникаючих розривах у верхні горизонти.

Підсумовуючи, можна констатувати, що згідно з сучасними науковими уяв-леннями обидві розглянуті гіпотези достатньо науково обгрунтовані й експеримен-тальне підтверджені. Вся проблема полягає в тому, як і в якій кількості та одного чи різного поход­ження компоненти формують поклади й родовища нафти і газу.

Де б і як не утворювались вуглеводневі сполуки, вони з часом будуть сполу-чатись між собою, утворюючи краплини нафти чи бульбашки газу. В кінцевому результаті вони по­трапляють у пастку, де утворюють відповідне скупчення нафти або газу. Цей процес може відбутись тільки в результаті переміщення - міграції.

Розрізняють первинну і вторинну міграції нафти й газу. Первинна міграція - це су­купність процесів, які ведуть до виходу з материнських порід вуглеводневих і деяких невуг-леводневих сполук, утворених з органічної речовини, і переходу їх в породи-колектори. Вторинна міграція - це переміщення нафти або газу в пласті-колекторі або перехід їх з одно­го пласта в інший під дією різних факторів. Саме вона веде до формування родовищ.

Нафта і газ можуть мігрувати у таких формах:як рідина з розчиненим газом;у водороз-чиненому стані, у вигляді істинних та колоїдних розчинів або емульсій; у газовому стані (га­зоконденсатні розчини); у вигляді окремих молекул або груп молекул (явища дифузії).

Головними факторами міграції є сила тяжіння (сила гравітації), рух підтем-них вод (гідравлічний фактор), ущільнення порід (зменшення перового простору), капілярні сили, температура та ін.

За напрямком міграцію можна розділити на вертикальну та латеральну (боко-ву). За масштабом її розділяють на локальну (місцевого значення) та регіональну. За шляхами міграцію ділять на резервуарну та позарезервуарну (через погано проникні породи).

Процеси міграції практично закінчуються в пастках, де й починається форму-вання скупчень нафти і газу. Схема формування скупчень зводиться до припливу (надходження) нафти чи газу до пастки і одночасного відпливу води з неї. Саме тут відбувається розшару­вання (диференціація) за фазовим станом та фізико-хімічни-ми властивостями.

Основним фактором у формуванні скупчень є гравітаційний. Саме завдяки йому прохо­дить розшарування фаз в пластах за густиною. Гравітаційному фактору протидіють різні сили, зокрема капілярні сили та сили тертя. Нафта і газ можуть підніматись тільки тоді, ко­ли архімедові сили переважають ці сили.

Важливим моментом є те, що скупчення нафти і газу можуть формуватися тільки в зо­нах або на шляхах розвантаження підземних вод. Це зумовлено тим, що для утворення скупчень нафти і газу необхідно звільнити місце, тобто частина пластових вод повинна по­кинути пастку.

Міграція нафти і газу іде від областей (зон) з високою потенційною енергією (зокрема тиском) до зон з пониженою пластовою енергією. А це означає, що поклади можуть форму­ватися тільки в пастках, які знаходяться на шляхах міграції.

При розгляді процесів формування покладів та родовищ слід враховувати принцип се­лективного (роздільного, вибіркового) вловлювання нафти і газу. Цей принцип може ре­алізовуватись тільки при міграції нафти і газу у вигляді двофазного потоку через ланцюжок пасток. У

цьому випадку в першій пастці газ займає у міру надходження весь об'єм, витісняючи повністю з неї нафту.

Родовища нафти і газу формуються в межах прогинів і западин земної кори,які запов­нені осадовими малометаморфізованими породами. Це можуть бути ділянки платформ, крайових і міжгірських прогинів, рідше деякі частини складчастих областей.

Родовища нафти і газу переважно розміщені групами і пов'язані з певними ділянками геоструктурних елементів, в межах яких були сприятливі умови для їх формування.

У розподілі скупчень нафти і газу деяких регіонів спостерігається досить чітка по площі (латеральна) і по вертикалі (глибинна) зональність. Виражаються вони в розташуванні ок­ремими зонами родовищ переважно нафтових або переважно газових. Такі зональності пов'язані з процесами утворення нафти і газу та формуванням їх родовищ.