Геология нефти и газа

Курсовая работа

Геология нефти и газа (геология углеводородов, нефтегазовая геология) — прикладной раздел геологии, изучающий образования и скопления углеводородов в недрах земли, с целью научно обоснованного прогноза нахождения залежей нефти и газа, выбора рационального комплекса методов их поиска, разведки, подсчета запасов и оптимального режима разработки.

Задачи геологии нефти и газа: изучение вещественного состава углеводородов и вмещающих их пород (геохимия нефти и газа), сопутствующих им вод, форм залегания в недрах земли, условий формирования и разрушения, закономерностей пространственно-временного размещения залежей и месторождений нефти и газа, их генезиса.

Главным объектом изучения геологии нефти и газа являются образования и скопления углеводородов и определения их народнохозяйственного значения и рационального использования недр. Из этого определения видно, что нефтегазопромысловая геология подходит к изучению месторождений и залежей углеводородов с двух точек зрения.

Во-первых, залежи углеводородов изучаются в статическом состоянии как природные геологические объекты. Целями такого изучения являются технико-экономические обоснование ценности залежи, получение необходимой геолого-промысловой информации для проектирования разработки и геологического обоснования системы и показателей будущей разработки.

Во-вторых, залежи углеводородов изучаются в динамическом состоянии, так как в них при эксплуатации происходят процессы движения нефти, газа и воды к забоям добывающих и от забоев нагнетательных скважин. Особенности динамики этих процессов обусловливаются естественными геологическими свойствами залежи и характеристиками запроектированной системы разработки. Другими словами, залежь нефти и газа, введенная в разработку, представляет собой неразрывное целое, состоящее уже их двух компонентов: геологической (сама залежь) и технической (система разработки).

Это целое называют геолого-техническим комплексом (ГТК).

Изучение залежей нефти, газа и газоконденсата требует проведения комплекса специальных наблюдений и научных исследований в процессе подготовки залежей к разработке и при реализации утвержденных схем или проектов разработки. Определение направлений различных работ и исследований, выбор методов анализа и обобщений информации, соответствующих целям и задачам работ, имеют огромное значение для получения наиболее достоверных представлений о залежах и протекающих в них процессах, а следовательно, и для повышения эффективности разработки. При подходе к залежи как к статическому геологическому объекту используется информация, поступающая в результате разведки, а также при разбуривании залежи по запроектированной эксплуатационной сети скважин.

3 стр., 1163 слов

Природный газ. Нефть. Каменный уголь

... из нефти в процессе переработки, идет на производство серной кислоты. газ уголь топливо нефть 3. Каменный уголь Каменный уголь - ... половину всех углеводородов нефти, нафтеновых (цикланов) и ароматических (бензол и его производные). Имеются в нефти и высокомолекулярные ... а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в ...

Таким образом, значение нефтегазопромысловой геологии состоит в обобщении и анализе всесторонней информации о месторождениях и залежах нефти и газа как объектах народнохозяйственной деятельности с целью геологического обоснования наиболее эффективных способов организации этой деятельности, обеспечения рационального использования и охраны недр и окружающей среды. В данной работе рассмотрены некоторые вопросы, затрагивающие происхождение нефти и газа, способы скопления и некоторые конкретные участки и месторождения Казахстана.

1 Теория органического происхождения нефти и газа

На протяжении уже более века проблема генезиса нефти является объектом незатухающих споров ученых и практиков. Значение этой проблемы очень точно определил И.М. Губкин в книге ‘Учение о нефти»:

«Верная разгадка происхождения нефти в природе имеет для нас не только научно- теоретический интерес, но и первостепенное практическое значение. Только тогда, когда мы будем иметь правильное представление о тех процессах, в результате которых возникает нефть, мы будем знать, каким образом в земной коре образуются ее залежи, будем знакомы со всеми структурными формами и литологическими особенностями пластов, благоприятными для скопления нефти, и получим по всей совокупности этих данных надежные указания, в каких местах нам искать нефть и как надлежит наиболее целесообразно организовать ее разведку».

Происхождение нефти и газа по существу служит научной основой производства всего поисково-разведочного процесса, обеспечивающего запасами планируемые уровни добычи углеводородного сырья.

Существуют два принципиально различных подхода к решению этой проблемы: одна концепция исходит из того, что исходным материалом для образования промышленных скоплений углеводородов (УВ) является органическое вещество (ОВ) биосферы (теория биогенного или органического происхождения), другая предполагает неорганическое (абиогенное) их происхождение. Признание той или иной концепции определяет различные направления, территории и глубины поисковых работ, разные методы и конечные оценки мировых и региональных потенциальных ресурсов углеводородов. Но и среди сторонников каждой из этих теоретических концепций не существует единства взглядов на процессы преобразования исходного материала в нефть и газ.

Геологический материал, накопленный за более чем вековую историю промышленного освоения углеводородных ресурсов, а также широкий спектр геохимических лабораторных исследований для подавляющего большинства специалистов научных и производственных организаций служат убедительным доказательством биогенного происхождения нефти и углеводородных газов.

Биогенная теория образования нефти и газа

Начало целенаправленной разработки идеи об органическом происхождении нефти было положено более двухсот лет назад М.В. Ломоносовым, предложившим гипотезу об образовании нефти в результате подземной перегонки содержащегося в породах органического вещества (уголь, торф).

Отдельные аспекты современной теории биогенного генезиса нефти и газа формируются в трудах отечественных (Н.И. Андрусов, АД. Архангельский, Н.Д. Зелинский, В.И. Вернадский, И.М. Губкин, ГЛ. Михайловский) и зарубежных (Ф. Ван-Тайл, Г. Гефер, Г. Потонье, П. Траск, Д. Хант, К. Энглер и др.) ученых в конце прошлого и в начале текущего столетия. Однако биогенная концепция как целостная теория происхождения нефти и газа сформулирована И.М. Губкиным в его работе «Учение о нефти» (1932 г.).

15 стр., 7185 слов

Курсовая работа введение экологические последствия добычи нефти газа

... деятельность по добыче нефти оказывает значительное экологическое воздействие на ... полученные на базе углеводородов нефти и газа (углеводородные растворители, ... введение жестких экологических рамок для любого сценария экономического развития нефтедобывающего комплекса РФ. Целью данной работы является оценка экологических ... экологические проблемы эти производств, а с другой - широкое применение органических ...

При этом следует подчеркнуть, что он рассматривал эту проблему не изолированно, как самостоятельное явление, а комплексно, в совокупности со всеми естественно-историческими процессами Земли, являющимися составными частями геологической формы движения материи.

Не менее важную роль в формировании и понимании теории происхождения углеводородов сыграли труды выдающегося ученого В.И. Вернадского — основоположника геохимии и в частности основ биогеохимии нефти, разработавшего геохимическую систему взаимодействия углерода с живым веществом биосферы. Эту систему В.И. Вернадский назвал жизненным циклом углерода (рис. 1).

Рисунок 1 — Схема геохимической взаимосвязи между соединениями углерода и живым веществом биосферы (по В.И. Вернадскому)

Последующие исследования советских и зарубежных ученых (А.А. Ализаде, А.А. Бакиров, Н.Б. Вассоевич, М.Ф. Мирчинк, А. Ле-ворсен, В. Линк, А.А. Трофимук, В.А. Успенский, Д. Хант, Б. Тиссо и др.) развивались в направлении изучения геологических условий размещения скоплений углеводородов в земной коре, геологических и геохимических условий образования нефтегазоматеринских и нефте-газопродуцирующих отложений и физико-химических процессов преобразования органического вещества в углеводороды, миграции углеводородов в коллекторы и формирования их залежей и т.д.

Основными предпосылками биогенной теории происхождения нефти и газа служат приуроченность почти всего объема промышленныхскоплений углеводородов (99,9 %) к осадочным образованиям, сосредоточение наибольших ресурсов углеводородов в отложениях геологических периодов, отличавшихся активной жизнедеятельностью организмов биосферы (отмечается параллелизм в образовании и накоплении углей, горючих сланцев и нефти); наличие скоплений углеводородов в замкнутых линзах песчаников, прибрежных барах древних палеоморей и палеорусел рек, заключенных в мощной толще непроницаемых глин; установление процессов преобразования органического вещества в углеводороды нефтяного типа в осадках (илах) современных морей и океанов; сходство изотопного состава серы, содержащейся в нефти, и битумной составляющей органического вещества вмещающих пород; наличие в составе нефтей различных химических соединений (азотистых, кислородных, сернистых) биогенного происхождения и сходство изотопного состава углерода нефти и органического вещества. Существенным моментом является сходство изотопных составов углерода и серы, содержащихся в нефтях и органическом веществе вмещающих пород, в то время как изотопные составы этих элементов в разных литолого-стратиграфических комплексах даже в пределах одного региона неодинаковы. Это свидетельствует о различных источниках образования углеводородов в данном регионе. Существует также еще ряд геохимических данных, подтверждающих биогенные источники образования нефти и газа. Процесс образования нефти и газа и формирования их скоплений — залежей, проходит несколько стадий, каждой из которых свойственны определенные палеогеологаческие, палеогеофизические, палеогеохимические и палеогидрогеологические условия, характеризующие развитие данного региона и земной коры в целом.

В зависимости от условий, в которых накапливается органическое вещество — в основном остатки простейших животных и растительных организмов, происходит его преобразование в сторону формирования ископаемых углей, нефти или газа. Причем из исходного органического вещества сапропелевого типа при прочих благоприятных условиях образуются главным образом нефть и углеводородный газ, из органического вещества гумусового типа генерируется преимущественно газ.

К сапропелевому органическому веществу относятся продукты распада планктона с высоким содержанием липоидов, накапливающегося в морских и озерных илах при преобладании восстановительных или слабо восстановительных условий, к гумусовому — продукты распада целлюлозы и танинов, входящих в состав растительных организмов, в окислительной обстановке, но при ограниченном доступе кислорода.

Неизменным условием образования нефти и углеводородных газов является накопление органического вещества в субаквальной среде с восстановительной анаэробной обстановкой на фоне преимущественного прогибания бассейна седиментации.

Как отмечает Д.Хант (1979 г.), некоторые углеводороды, содержащиеся в нефти, попали в нее из живых организмов в малоизмененном виде, большинство же углеводородов претерпели значительные изменения, и в конечном счете углеводороды нефти в целом намного сложнее по строению, чем таковые в исходном органическом веществе.

Таким образом, современное представление о биогенной теории происхождения нефти и газа сводится к следующему (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Стадия преобразования ОВ в УВ

Геологические условия среды нахождения ОВ и УВ

преобразования ОВ и УВ

Состояние ОВ и УВ, формы нахождения последних

Накопление ОВ

Водная среда с анаэробной геохимической обстановкой; застойный палеогидрогеологический режим; пониженная сульфатность; накопление и захоронение ОВ в процессе осадконакопления

Геостатическое давление (уплотнение пород); биохимическое воздействие микроорганизмов и ферментов; каталитическое воздействие минералов; нисходящие тектонические движения (устойчивое прогибание)

Исходное ОВ осадков в диффузно-рассеянном состоянии

Генерация УВ

Породы различного состава, содержащие потенциально нефтегазоматеринские толщи; анаэробная геохимическая среда; застойный палеогидрогеологический режим

Геостатическое давление (устойчивое интенсивное прогибание); повышенный тепловой поток; внутренняя химическая энергия ОВ, связанная с его молекулярной перестройкой в УВ нефтяного ряда; радиоактивные минералы вмещающих пород

УВ нефтяного ряда на стадии диагенеза и катагенеза осадков в рассеянном состоянии

Миграция УВ

Породы различного состава, обладающее повышенными емкостными и фильтрационными свойствами; анаэробная геохимическая среда

Тектонические движения, проявляющиеся в различных формах; повышенный тепловой поток; гравитационные силы, обусловливающие перемещение УВ; геодинамическое давление; гидродинамические процессы, обусловливающие движение флюидов в латеральном и вертикальном направлениях; электрокинетические силы; капиллярные силы, приводящие к вытеснению УВ водой из мелких пор в крупные; молекулярные силы, приводящие к диффузии нефти и газа через горные породы; кристаллизация и перекристаллизация пород-коллекторов

УВ в свободном

и водогазораст-

воренном состоянии

Аккумуляция УВ

Наличие пород-коллекторов, обладающих повышенными емкостными и фильтрационными свойствами; анаэробная геохимическая среда; застойный режим пластовых вод; наличие пород-флюидоупоров (покрышек) над коллекторами; наличие региональных и локальных ловушек, благоприятных для аккумуляции УВ

Тектонические движения, способствующие аккумуляции; повышенный тепловой поток; гидродинамические силы; гравитационные силы; молекулярные силы, обусловливающие диффузию УВ; капиллярные силы

Скопления УВ

Консервация УВ

Налчие пород-коллекторов, обладающих повышенными емкостными и фильтрационными свойствами; анаэробная геохимическая среда; застойный режим пластовых вод; наличие пород-флюидоупоров (покрышек) над коллекторами; их герметичность; нахождение скоплений УВ вне зоны аэрации; сохранение замкнутости структурных ловушек после формирования скоплений; сохранение благоприятного регионального наклона слоев

Развитие преимущественно движений прогибания; термодинамическая энергия; благоприятные для консервации термодинамические факторы (повышенные давление и температура)

Скопления УВ

Разрушение

или перераспределение

УВ

Попадание скоплений УВ в зоны аэрации; раскрытие ловушек; тектоническая нарушенность пород; фильтрация УВ из ловушек по тектоническим нарушениям; прорывы УВ через покрышку; перенос УВ движущейся водой; растворение, окисление и разложение УВ

Движение пластовых и трещинных вод в зонах активного водообмена; тектонические движения (преимущественно восходящие формы); химическая энергия; процессы окисления УВ сульфатными водами; биохимическая энергия; процессы разложения УВ микроорганизмами, молекулярные силы, обусловливающие диффузию УВ

УВ в рассеянном состоянии либо новые скопления УВ

Углеводороды органического вещества, накапливающегося в осадках в диффузно-рассеянном состоянии, и само органическое вещество испытывают на первой стадии действие главным образом биохимических процессов и микроорганизмов. По мере погружения осадков, с усиле нием действия внутренней химической энергии ОВ и все возрастающего теплового потока земных недр процесс генерации УВ активизируется и они эмигрируют из нефтепродуцирующих толщ в коллекторы (вторая стадия).

Под влиянием различных внутренних и внешних источников энергии углеводороды в свободном или растворенном состоянии мигрируют по коллекторам или по трещинам (третья стадия), заполняя ловушки и образуя залежи (четвертая стадия).

В зависимости от характера проявления дальнейших тектонических движений и других геологических процессов эти залежи консервируются (пятая стадия) или разрушаются (шестая стадия), рассеиваясь в литосфере или атмосфере. Так завершается полный цикл естественно-исторического процесса генерации, аккумуляции и разрушения скоплений углеводородов, который является частью жизненного цикла углерода В.И. Вернадского.

2 Литологически ограниченные со всех сторон ловушки и условия образования

В земной коре вместилищем для нефти, газа и воды служат породы-коллекторы, заключенные в плохопроницаемые породы. И.О. Брод предложил называть природными резервуарами естественные вместилища для нефти, газа и воды, внутри которых эти флюиды могут циркулировать и форма которых обусловлена соотношением коллектора с вмещающими его (коллектор) плохопроницаемыми породами.

Выделяются три основных типа природных резервуаров: пластовые, массивные и литологические ограниченные со всех сторон.

Пластовые резервуары представлены породами-коллекторами, значительно распространенными по площади (сотни и тысячи квадратных километров), характеризующимися небольшой мощностью (от долей метров до десятков метров).

Они могут быть сложены как карбонатными, так и терригенными образованиями; часто содержат отдельные линзовидные прослойки непроницаемых пород в толще основного горизонта, что делает их неоднородными по строению как в вертикальном направлении, так и в горизонтальном.

Массивные природные резервуары представляют собой мощную (несколько сот метров) толщу пластов-коллекторов различного или одинакового литологического состава (рис. 2, а).

Они бывают сложены терригенными и карбонатными породами. В толще пластов-коллекторов могут быть непроницаемые прослои, однако все пласты проницаемых пород сообщаются, представляя единый природный резервуар. Часто возраст пластов, слагающих массивный природный резервуар, бывает различным. Частным случаем массивного природного резервуара являются ископаемые рифы (рис. 2, б), представляющие Особой захороненные под мощной толщей молодых отложений рифовые постройки.