ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 2

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА АНГЛИЙСКОГО ИЗДАНИЯ

А.И. Леворсен умер 16 июля 1965 г. Незадолго до смерти он провел несколько

дней   со   своим   издателем.   Во   время   этой   встречи   они   обсуждали   редакционные

изменения,   внесенные   в   рукопись   второго   издания   «Геологии   нефти   и   газа».

Поскольку   А.И. Леворсен   не   закончил   свою  работу,   его   семья   и   издатель   просили

меня   написать   предисловие,   прочитать   гранки   и   составить   указатель.   Как   друг

Леворсена и его бывший ученик, я был очень рад выполнить не только это, но и взять

на   себя   редактирование   новых   материалов   по   гидродинамике   и   капиллярному

давлению. Еще раньше он просил меня дать предложения по переработке этой книги,

поэтому я чувствую себя особенно обязанным помочь всем, чем могу, выходу в свет

второго ее издания.

Со   времени   публикации   первого   издания   книги   в   нефтегазовой   геологии

достигнуты значительные успехи. Широкое применение современных физических и

химических   концепций   к   задачам   геологии   привело   к   решению   многих   проблем,

связанных с происхождением, миграцией и аккумуляцией углеводородов,  -  проблем,

которые   не   были   еще   поняты,   когда   в   1953 г.   заканчивалась   подготовка   первого

издания.

Основные   достижения   геологии   нефти   и   газа   за   период,   прошедший   после

выхода первого издания книги, явились результатом детального изучения флюидов,

содержащихся в горных породах, и порового пространства, в котором эти флюиды

находятся. Как отметил А.И. Леворсен в предисловии к первому изданию, геология

нефти   и   газа   является   в  значительной   мере   геологией   флюидов.   И   именно   в   этой

области   отмечается   несомненное   расширение   наших   знаний.   Работы   геологов   и

инженеров,   химиков   и   физиков   углубили   понимание   закономерностей   поведения

флюидов   в   породах   различного   типа.   Практические   исследования,   проводимые   с

целью выявления гидродинамических систем в отдельных геологических провинциях,

дают возможность понять различное происхождение гидродинамических потенциалов

и   предсказать   вероятное   влияние   данной   гидродинамической   системы   на

аккумуляцию   углеводородов.   В   настоящее   время   мы   гораздо   больше   знаем   об

относительной   гидропроводимости   пород   и   о   подземной   сети   потоков   флюидов,

пронизывающих   различные   породы   при   разных   гидродинамических   условиях.

Значительно   больше   известно   нам   также   о   происхождении   пластовых   вод   и

растворенных в них минеральных веществах.

Ко времени выхода в свет первого издания книги гидродинамическое изучение

глубоко залегающих осадков в геологических бассейнах только начиналось. Толчком

к   этому   изучению   послужили   исследования,   убедительно   доказавшие,   что

движущиеся   пластовые   воды   оказывают   большое   влияние   на   аккумуляцию

углеводородов.   В   результате   этого   выяснилось   все   разнообразие   воздействия

гидродинамических градиентов на изменения формы и размера ловушек нефти и газа.

Кроме того, стало возможным с большей детальностью описывать механизмы фазовой

миграции   углеводородов   в   коллекторах   (вторичной   миграции)   при   различных

гидростатических и гидродинамических условиях.

Большой   вклад   в   наши   знания   в   области   органической   геохимии

нефтегазоносных толщ был сделан после 1954 г. Решены многие проблемы, связанные

с преобразованием органического вещества в нефть и газ. Углеводородные соединения

обнаружены   в   современных   морских   и   озерных   осадках.   Установлено,   что

аккумуляция нефтяных углеводородов, хотя и в небольших масштабах, происходит в

линзах   песков,   залегающих   среди   современных   осадков   в   дельте   реки   Ориноко   в

восточной   Венесуэле.   Разнообразные   ценные   сведения   получены   в   результате

многочисленных   химических   исследований.   Особенно   важными   оказались,   в

частности, данные изотопного анализа углерода и изучение распределения и различий

в поведении углеводородных молекул.

Хотя   многие   важные   проблемы,   связанные   с   выяснением   закономерностей

образования,   миграции   и   аккумуляции   нефти   и   газа   уже   разрешены,   все   еще   не

удалось найти достаточно приемлемого объяснения механизма первичной миграции.

Мы еще не можем сказать, каким образом углеводороды перемещаются из глинистых

пород,   являющихся   нефтепроизводящими   отложениями,   в   песчаники,   известняки   и

другие пористые и проницаемые породы.

Наиболее существенные изменения, внесенные в настоящее издание, отражают

то   особое   значение,   которое   в   последнее   время   приобрело   применение   принципов

гидродинамики в геологии нефти и газа. В книгу не включены некоторые части из

предыдущего издания, но добавлено множество разрезов как крупных, так и мелких,

полностью переработана глава о происхождении нефти. Новые материалы касаются в

основном важной роли механики флюидов в миграции и аккумуляции углеводородов.

Подготовлено 28 новых иллюстраций; более половины этого количества относится к

влиянию   гидродинамического   фактора   на   ловушки   нефти   и   газа.   Тем   не   менее

основное   содержание   первого   издания,   которое   сделало   эту   книгу   выдающимся

трудом, в данном издании сохранено.

При просмотре новых материалов, особенно в частях, касающихся механики

флюидов, я внес изменения, которые, по-видимому, внес бы и сам автор. Ни одно из

этих   изменений,   однако,   не   изменило   существа   материалов,   рассмотренных

А.И. Леворсеном; это его книга и его изменения.

Первое издание книги отличалось широким и углубленным анализом многих

отдельных   проблем   геологии   и   инженерного   дела,   непосредственно   связанных   с

геологией  нефти   и газа,  а  также  глубоким   обобщением   наших  знаний   о ловушках

нефти и газа. Ни в одном из ранее существовавших трудов так полно не освещались

различные   типы   ловушек   и   их   морфология.   А.И. Леворсен   был   чрезвычайно

одаренным человеком и обладал безошибочной интуицией. В первое издание книги он

включил полный обзор материалов, имеющих отношение к проблемам геологии нефти

и газа, хотя возможности применения некоторых из этих материалов в то время не

были   еще   достаточно   поняты.   Например,   он   рассмотрел   температурные   аномалии.

Влияние температуры на физические свойства флюидов было известно давно, но в

1953 г. даже не предполагалось, что температурные аномалии могут иметь значение

для выявления движения пластовых флюидов. Тем не менее А.И. Леворсен включил в

книгу детальный обзор температурных аномалий в местах скоплений углеводородов.

И   только   недавно   некоторые   исследователи   предположили,   что   эти   аномалии,

вероятно, отражают различные особенности потоков пластовых флюидов.

Только   истинный   ученый   покидает   в   своей   работе   проторенную   тропу   для

поисков   новых   путей   в   науке.   Результатом   подобных   поисков   явилась   «Геология

нефти и газа», которая была и остается наиболее выдающимся научным трудом. Как

хороший   учебник   и   справочное   пособие   эта   книга   побуждает   читателя   к

размышлению   и   развитию   зародившихся   у   него   идей.   А.И. Леворсена   всегда

интересовало развитие новых мыслей. Студент или специалист-геолог, прочитав эту

книгу, смогут извлечь материалы, побуждающие к развитию их собственных мыслей.

Несмотря на то, что я был хорошо знаком с трудом А.И. Леворсена, моя работа над

вторым изданием книги позволила извлечь для себя новые, надеюсь, полезные идеи.

Многие   из   друзей   А.И. Леворсена   сообщили   ему   свое   мнение   по   ряду

специальных вопросов, возникших при переработке книги. Если бы он был жив и сам

смог написать предисловие ко второму изданию, он, без сомнения, принес бы каждому

из них свою благодарность. Я же могу только от имени А.И. Леворсена поблагодарить

их всех за оказанную помощь.

Фредерик А.Ф. Берри

Беркли, Калифорния 

Октябрь 1966 г.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ВВЕДЕНИЕ 

Глава 1 Введение

Нефть   и   газ:   история;   происхождение,   миграция,   концентрация;   залежь;

коллектор; прогнозные и промышленные запасы; открытие: разведка.

Вводную   главу   автор   начинает   с   определения   природных   веществ,   которым

посвящена данная книга, и совокупность которых именуется термином «petroleum». Из

этих   определений   из   специального   разъяснения   в   особом   словарике   в   конце   книги

(стр. 615:   )   явствует,   что   к   «petroleum»   автор   относит   достаточно   обширный   круг

природных веществ, начиная с нефти и углеводородных газов и кончая различными

твердыми (и полутвердыми) углеводородами и их производными с гетероэлементами. В

буквальном   смысле   слова   petroleum   означает   «каменное   масло».   В   течение   долгого

времени   так   называлась   только   нефть.   Поэтому   термин   petroleum   нельзя   признать

удачным для обозначения газов (углеводородных) и твердых и полутвердых веществ.

В   нашей   стране   многие   годы   все   эти   природные   вещества   (за   исключением

газов)   именовались   битумами.   К   сожалению,   этот   древний   термин   в   наше   время

потерял свою определенность, так как битумами стали называть также искусственные

(технические)   продукты   и   вещества,   экстрагируемые   различными   органическими

растворителями.   Иными   словами,   помимо   первоначального   генетического   (геолого-

минералогического)   смысла   термина   «битум»   возникло   еще   два  -  технический   и

химико-аналитический.   Эти   понятия   (определения   которых   имеются   в   «Словаре   по

геологии нефти», Гостоптехиздат, 1958) не совпадают друг с другом и во избежание

путаницы для каждого из них были предложены особые термины: нафтиды для нефти и

всех ее естественных производных, начиная с мальты и кончая керитами и другими

минералоидами; технобитумы - для технических продуктов (в основном строительных

материалов, в частности материалов для дорожных покрытий) и, наконец, битумоиды

для   экстрактов,   извлеченных   относительно   мягкими   органическими   растворителями

(без существенной деструкции) из органических веществ. Этот последний термин сам

по себе является аналитическим. Для придания генетического смысла наименованиям

битумоидов   разного   происхождения   к   основному   термину   «битумоид»   добавляется

соответствующее прилагательное или префикс, например; автохтонные битумоиды, или

синбитумоиды, т.е. битумоиды, сингенетичные породе, из которой они извлечены (в

отличие от аллохтонных, или эпибитумоидов).

Термин   «нафтиды»,   если   в   объем   этого   понятия   включить   и   углеводородные

газы   (что   теперь   и   делают   многие   геохимики),   является   самым   точным   синонимом

термина «petroleum» в том его понимании, которое в него вкладывают А. Леворсен и

многие другие американские авторы.

Слово   «petroleum»   переводилось,   однако,   по-разному   в   зависимости   от

контекста, чаще всего как «нефть и газ».]

Нафтиды (petroleum - каменное масло, от латинского petra - порода, или камень,

и   oleum  -  масло)   широко   распространены   на   Земле   и   встречаются   в   отдельных

местонахождениях в газовом, жидком, полутвердом и твердом состояниях или в виде

смеси   этих   фаз.   Любые   встречающиеся   в   природе   нафтиды   представляют   собой

химически крайне сложную смесь различных углеводородных соединений с небольшой

примесью   азота,   кислорода   и   серы.   Наибольшее   промышленное   значение   имеют

жидкие   нафтиды,   называемые  нефтью,   или   буквально   сырым   маслом   (crude   oil)¹   в

отличие от очищенного.

Пропуск стр. 16-25

Глава 2 Распространение нефти, газа и других нафтидов

Распространение   на   поверхности:   источники;   грязевые   вулканы;

рассеянные   включения;   жильные   включения;   керогеновые   (битуминозные)
сланцы.   Глубинное   распространение:   нафтидопроявления;   залежи;
месторождения;   нефтегазоносные   области.   Географическое   положение.
Геологический возраст пород-коллекторов.

Нафтиды   распространены   в   природе   широко,   но   очень   неравномерно.   В

некоторых породах они присутствуют в чрезвычайно малых количествах вплоть до n-

10

-4

% или даже до  n-10

-7

%, в то время как в отложениях других районов содержатся

огромные   скопления   нефти   и   газа,   исчисляемые   сотнями   миллионов   кубических

метров. Нефть и газ распространены на всех континентах, хотя некоторые континенты

значительно богаче этими полезными ископаемыми, чем другие. Нафтиды встречены в

отложениях всех геологических систем  -  от докембрия до четвертичных, но в одних

системах   в   заметно   большем   количестве,   чем   в   других.   Следует   полагать,   что

неравномерность   распространения   нефти   и   газа   в   определенной   мере   обусловлена

различной степенью изученности разных территорий и отложений. Последняя в свою

очередь   зависит   от   наличия   в   той   или   иной   стране   опытных   кадров   геологов-

нефтяников, а также от ряда экономических и политических факторов, способствующих

или, наоборот, препятствующих успешному развитию поисково-разведочных работ.

Иногда нафтиды встречаются в обнажениях в виде скоплений и на поверхности

земли. Однако наиболее важны для нефтяной промышленности подземные их залежи,

которые   устанавливаются   только   при   помощи   бурения.   Почти   все   мировые

промышленные запасы нефти и газа обусловлены их подземными скоплениями.

Все  известные   на  земном   шаре   нафтидопроявления   могут  быть  разделены  на

различные группы, причем основой для этого могут служить различные признаки. Чаще

всего используются следующие классификационные критерии:

1. Условия залегания.

а.  Проявления   на   поверхности  в   виде   выходов,   источников,   высачиваний

битумов,   выбросов   грязевых   вулканов,   в   виде   рассеянных   проявлений   в   породе,

заполнителя каверн и трещин, а также горючих, или битуминозных, сланцев различного

типа («oil», kerogen, bituminous shales).

б.  Проявления   на   глубине  от   незначительных   признаков   нефти   и   газа   до   их

залежей, образующих месторождения и нефтегазоносные области, охватывающие ряд

месторождений.

2. Географическое положение.

Распространение по различным странам, континентам и другим географическим

единицам районирования.

3. Геологический возраст коллекторских пород.

Условия залегания

Наиболее   простая   классификация   нафтидов   основывается   на   условиях   их

залегания;   по   этому   признаку   выделяются   в   первую   очередь   поверхностные   и

подземные проявления. Отдельные скопления, входящие в любой из этих типов, могут

иметь очень небольшое значение или даже представлять только чисто научный интерес,

но могут быть и важными промышленными скоплениями¹.

Поверхностные нафтидопроявления

Нафтиды встречаются на поверхности земли в различном виде. Некоторые их

проявления   можно   рассматривать   как   активные,   или   «живые».   К   ним   относятся:   1)

всякого   рода   высачивания   битумов   и   2)   проявления,   связанные   с   источниками,

грязевыми вулканами и грязевыми потоками (mud  flows). Другие проявления можно

отнести   к   фоссилизированным,   или   «мертвым»,   скоплениям.   Сюда   включаются:   3)

пропитанные   битумами   отложения,   выветрившиеся   скопления,   дайки   и   жилы,

образованные   твердым   битумом,   и   4)   заполненные   битумами   полости   и   каверны   в

породе. Многие поверхностные скопления сочетают в себе два и более подобных типа и

поэтому   не   могут   быть   точно   классифицированы.   Еще   один   тип   поверхностных

проявлений   представляют   собой   битуминозные,   или   горючие,   сланцы   (oil  shales).

Горючее   вещество   в   их   составе,   или   кероген,   в   химической   классификации

углеводородов образует особый класс, занимающий промежуточное положение между

нефтяными углеводородами и углями.

[Такое   определение   керогена   нельзя   признать   удачным   по   многим   причинам.

Лучшее, хотя тоже не удовлетворительное (во многом из-за весьма вольного толкования

термина «углеводороды»), объяснение сущности керогена приведено в конце книги в

Приложении. В первоначальном узком смысле «кероген» - это органическое вещество

сапропелевой   природы   в   морских   глинистых   породах.   В   широком   понимании,

получающем теперь распространение в нашей литературе, - это вообще любое углистое

органическое   вещество,   рассеянное   в   субаквальных   породах.   У   ряда   американских

химиков   наметилась   тенденция   именовать   керогеном   только   ту   часть   (всегда   резко

преобладающую) органического вещества пород, которая нерастворима в органических

растворителях.   Поскольку   типы   последних   и   условия   экстракции   не   оговариваются,

постольку   термин   «кероген»   у   таких   авторов   теряет   свою   определенность.   Хотя   в

природных условиях эти вещества, образующие кероген, твердые, при нагревании до

350°С и более они разлагаются и дают начало газообразным и жидким углеводородам.

Поэтому такие горючие вещества называют пиробитумами. С ними (с керогеном) часто

тесно связаны свободные углеводороды, но можно полагать, что эта связь обусловлена

скорее   олеофильностыо   керогена,   а   не   тем,   что   он   является   источником   нефти.   [В

данном   случае   автор   глубоко   ошибается.   Кероген   сапропелевой   природы   в

определенных   температурных   условиях   за   геологическое   время   генерирует

существенное количество битумоида, а в его составе - углеводороды микронефти. Это,

в частности, показали М. Луи и Б. Тиссо].

Выходы, источники и высачивание битумов (нафтидов). Нафтиды (petroleum) -

нефть, газ и жидкий асфальт, - образующие источники и высачивания, могут достигать

поверхности земли по трещинам, поверхностям разломов, несогласий и напластований

или   по   связанной   системе   пор   в   породах.   Наиболее   обычные   пути   миграции

углеводородов   схематично   показаны   на   фиг.   2-1.   Большинство   их   выходов   на

поверхность,   вероятно,   обусловлено   медленной   утечкой   углеводородов   из   весьма

крупных   скоплений,   которые   оказались   или   приближенными   в   результате   эрозии   к

поверхности земли и попали в зону трещиноватости, или приурочены к ловушкам, 

¹Промышленным называется такое скопление (залежь) нефти и газа, характер и размер

которого гарантирует эксплуатацию и получение товарной продукции. Разработка их может,
однако, и не приносить прибыль. Если разработка скоплений экономически неэффективна, то
могут быть приняты меры к повышению ее рентабельности. 3 других случаях эксплуатацию

таких   скоплений   придется   приостановить   до   улучшения   экономической   ситуации,   когда
разработка станет достаточно прибыльной.

образованным   при   участии   тектонических   разрывов.   Высачивание   нафтидов   на

поверхность - явление, весьма обычное для сложенных осадочными породами районов.

Многие залежи и целые нефтегазоносные регионы были открыты после того, как вблизи

нефтегазопроявлений  было проведено бурение [1]. Иногда выделения углеводородов

оказывались   связанными   с   их   залежами,   однако   гораздо   чаще   такой   связи   не

отмечалось,   а   нафтидопроявления   на   поверхности   просто   служили   прямым

доказательством присутствия нефти и (или) газа в районе.

Поверхностные   проявления   нефти   и   газа   часто   ассоциируются   с   водными

источниками. Нефть плавает на поверхности воды, а газ поднимается в виде пузырей и

выделяется в воздух. Если это происходит в застойном бассейне.

Фиг.   2-1.   Разрезы,   показывающие   расположение   типичных   поверхностных

нефте-и газопроявлений по отношению к нижележащей структуре.

Проявления   обозначены   крестиками,   залежи   нефти   и   газа   заштрихованы.  А  -

проявления   приурочены   к   выходам   на   дневную   поверхность   залежи   (слева)   и
поверхности несогласия (справа);  Б  -  проявления связаны со сбросом, выходящим на
дневную   поверхность;  В  -  проявления   наблюдаются   над   антиклинальной   складкой,
разбитой тектоническими нарушениями:  Г  -  проявления связаны с надвигом, выходя-
щим   на   поверхность;  Д  -  проявления   сопровождают   диапировую   структуру;  Е  -
проявления   наблюдаются   над   соляным   штоком   и   обусловлены   развитыми   над   ним
сбросами.

нефть   после   испарения   воды   образует   вязкую   или   твердую   массу.   Если   же   водный

источник, несущий нефть, вливается в поток, нефть течет вместе с водой до тех пор,

пока она либо не исчезнет в результате окисления или бактериальных процессов, либо

не переотложится на дне океана. Для нефтяных пленок, плавающих на поверхности

воды, характерны радужные переливы; иногда они напоминают пленки окислов железа,

но в отличие  от последних не распадаются  на отдельные части при перемешивании