ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 65

 

  Главная      Учебники - Разные     ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - 1970 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  63  64  65  66   ..

 

 

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 65

 

 

отложения, что глинистые сланцы палеозойского возраста в среднем более радиоактивны,

чем   кайнозойские,   и   что   колебания   в   степени   радиоактивности   различных   древних

стратиграфических подразделений более резкие, чем молодых.

При   облучении   предельных   жирных   кислот   типа   RCOOH,   например

пальмитиновой   кислоты   (C

15

H

31

COOH),   альфа-частицами   были   получены   парафиновые

углеводороды   [97].   Облучение   альфа-частицами   нафтеновой   кислоты

(циклогексанкарбоксиловой кислоты) привело к образованию циклических углеводородов

(циклогексана)   [98].   Это   очень   существенные   результаты,   поскольку   жирные   кислоты

достаточно широко распространены в ОВ осадочных отложений. Однако эффективность

этого процесса низкая, и скорость преобразования жирных кислот в УВ небольшая. Для

образования   таким   путем   значительных   количеств   УВ   потребовалось   бы   геологически

очень   длительное   время.   При   бомбардировке   альфа-частицами   метана   и   других

газообразных УВ в лабораторных условиях было получено большое количество водорода

и непредельных углеводородов [99]. Облучение жидких углеводородов также приводит к

повышению   концентрации   водорода   и,   видимо,   непредельных   углеводородов,   однако

последние не обнаружены в нефтях в сколько-нибудь заметных количествах.

Линд   [100]   указал,   что   термодинамические   связи   между   предельными

углеводородами   в   общем   требуют   лишь   очень   незначительного   количества   свободной

химической   энергии.   Это   значит,   что   в   обычных   условиях   эти   углеводороды   крайне

инертны   по   отношению   друг   к   другу,   так   как   отсутствуют   силы,   способствующие   их

взаимодействию.   Это   значит   также,   что   нет   значительных   противодействующих   сил,

которые нужно было бы преодолевать в каких-либо реакциях, и что теплота этих реакций

низкая.   Поэтому   при   наличии   соответствующего   количества   энергии,   очевидно,   эти

реакции  будут последовательно  развиваться во всех направлениях.  Линд  полагает,  что

таким   путем   могут   образовываться   довольно   сложные   соединения   из   относительно

простых   исходных   компонентов   и   что   в   термодинамических   условиях   верхней   части

земной   коры   любой   парафиновый   углеводород   может   быть   преобразован   в   комплекс

углеводородов, из которых состоят нефти и газы. В качестве дополнительных источников

энергии,   по   его   мнению,   могут   выступать   электрические   разряды,   альфа-излучение,

ультрафиолетовое   излучение,   способствующие   взаимодействию   углеводородов.   Линд

отмечает   интересный   факт:   все   эти   виды   энергии   обусловливают   конденсацию

низкокипящих УВ, превращение их в жидкие и твердые вещества, причем конденсируется

лишь столько газообразных УВ, сколько необходимо для предотвращения  образования

химически   перенасыщенной   системы.   Поскольку   ни   электрические   разряды,   ни

ультрафиолетовое   излучение   не   наблюдаются   в   земной   коре,   эти   факторы   следует

исключить из числа вероятных источников энергии для трансформации  простых УВ в

сложные.   Альфа-излучение   характерно   для   очень   многих   горных   пород,   хотя   бы   в

небольшой степени.

Возражения против участия радиоактивности в процессах  преобразования ОВ.

Основное   возражение   против   радиоактивного   преобразования   ОВ   в   нефть   и   газ   под

воздействием   альфа-излучения   заключается   в   том,   что   водородные   атомы,   по   крайней

мере в лабораторных опытах, во время их бомбардировки альфа-частицами отщепляются

[101].   За   геологическое   время   это   должно   было   бы   привести   к   возникновению   более

тяжелых нефтей с высоким отношением углерода к водороду, в то время как в природе

превращение ОВ в нефть и газ в общем случае характеризуется постоянным увеличением

отношения   водорода   к   углероду.   Образующийся   свободный   водород,   видимо,

использовался   в   каких-то   других   реакциях   преобразования   ОВ,   требовавших

дополнительных количеств водорода.

Второе   возражение   связано   с   наличием   высокорадиоактивных   черных

органогенных   сланцев   типа   хорошо   известных   нижнемиссисипских   и   верхнедевонских

глинистых сланцев Антрим-Чаттануга-Вудфорд в США [94]. Если бы радиоактивность

действительно имела большое значение в преобразовании ОВ, то за период, прошедший с

верхнедевонского   времени,   в   этих   глинистых   сланцах   в   трещинах   и   мелких   пустотах

должна была бы скопиться свободная нефть, а органического вещества должно было бы

остаться мало. Между тем эти глинистые сланцы богаты органическим веществом, нацело

пиробитумииозным, за исключением некоторых участков, где скопился природный газ, а

содержание в них нефти ничтоишо или равно нулю. Природный газ действительно мог

образовываться   благодаря   радиоактивным   процессам,   но   весьма   неравномерное   его

распространение   по   сравнению   с   очень   высокой   радиоактивностью   и   высоким

содержанием органического вещества этих сланцев свидетельствует о том, что основное

газообразование связано с какими-то иными процессами.

Заключение

Проблема  происхождения  нефти   и  газа  теряет   в  какой-то  мере   свое   значение   в

качестве обязательной предпосылки для постановки поисковых работ¹. Причиной является

то, что нефть и нефтеподобные УВ обнаружены почти во всех неколлекторских породах.

Количество остаточной нефти [микронефти], находящейся в рассеянном состоянии в этих

породах, превышает все разведанные запасы нефти и газа на земном шаре. Следовательно,

нет необходимости искать особые материнские породы. Практически любые, если не все,

тонкозернистые   отложения   могут   содержать   исходное   для   нефти   и   газа   органическое

вещество.

Можно следующим образом суммировать наши представления о происхождении

нефти и газа:

1.   Основным   источником   нефти   и   газа   являются   углеводороды   и   асфальтово-

смолистые   соединения,   связанные   с   ОВ   керогенного   типа   и   распространенные   в

глинистых сланцах и карбонатных породах (неколлекторах).

2. Эти углеводороды сходны с теми, которые образуются в живых растительных и

животных организмах, как морских, так и наземных. При обычных процессах разложения

ОВ они без существенных изменений переходят в состав нефти [таких УВ относительно

немного].

3. Помимо этого масса нефтеподобных производных УВ преобразуется в нефтяные

УВ   и   асфальтово-смолистую   фракцию   в   результате   различных   химических   и

биохимических реакций.

4.   Существует   несколько   источников   энергии,   необходимой   для   трансформации

растворимого сложного ОВ в нефть и газ: деятельность бактерий, температура и давление,

каталитические реакции и радиоактивность. Эти источники энергии способствуют также

образованию более сложных компонентов нефти.

5.   Все   эти   вещества   вместе   с   нефтью   и   газом   в   рассеянном   состоянии

распространены   практически   во   всех   тонкозернистых   породах-неколлекторах.

Следовательно, необходимые для образования нефти и газа реакции могли происходить

как до, так и во время диагенеза этих отложений.

6. Нерастворимое органическое вещество - кероген - не может считаться исходным

материалом  для нефти  и газа.  Оно более  тесно  связано  с углем,  чем с нефтью. [Если

понимать под керогеном все органическое вещество в породах, что правильнее во всех

отношениях,   то   утверждение   автора   необоснованно.   Часть   керогена,   особенно

сапропелевого, путем мягкого термолиза и (или) термокатализа переходит в битуминозное

вещество, содержащее УВ.]

Нефть и газ образуются в восстановительных условиях.

¹Этого   несколько   парадоксального   утверждения   не   было   в   первом   издании   книги.   После

установления почти повсеместного распространения микронефти в породах стратисферы проблема генезиса
нефти действительно потеряла свою остроту, но только в отношении исходного сырья для нефти. - Прим.
ред.

7. Углеводороды нефтяного ряда образуются в современных осадках. Они найдены

в илах Мексиканского залива и бухты Сан-Франциско [102].

Некоторые   нефтяные   углеводороды   могут   быть   переотложенными   (recycled).

Эрозия   тонкозернистых   пород,   не   являющихся   коллекторами   [и   содержащими

микронефть],   или   нефтяных   залежей   может   привести   к   потере   огромных   количеств

углеводородов, часть которых, однако, попадает в моря и снова захороняется в осадках.

Цитированная литература

1. Ноfег Н., Das Erdol, 2nd ed., pp. 160-229, 1906. (Содержит полный обзор ранних теорий

происхождения нефти и газа.)

2. Clarke F.W., Inorganic and Organic Theories of the Origin of Oil, in Data of Geochemistry,

Bull. 770, U. S. Geol.  Surv., 5th. ed., pp. 731-755, 1924. (Содержит обзор ранних теорий

происхождения нефти и газа.)

3. Thompson А.В.. Oil-Field Exploration and Development, 2nd ed., Technical Press, London, 1,

p. 19, 1950.

4. Соx В.В., Transformation of Organic Material into Petroleum under Geological Conditions -

the Geological Fence, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 30, pp. 645-659, 1946.

5. Rankama K., New Evidence of the Origin of Pre-Cambrian Carbon, Bull. Geol. Soc. Am., 59,

pp. 389-416, 1948.

6. Whiteside R.В., Migration in Lucien Oil Field During Ordovician, Bull. Am. Assoc. Petrol.

Geol., 20, pp. 617-619, 1936.

7. Dоrseу G.E., Preservation of Oil During Erosion of Reservoir Rock, Bull. Am. Assoc. Petrol.

Geol., 17, pp. 827-842, 1933.

8. Hunt J.M., Jamieson G.W., Oil and Organic Matter in Source Rocks of Petroleum, in Habitat

of Oil, Lewis G. Weeks (ed.), Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp. 735-746, 1958.

9. Erdman J.G., Some Chemical Aspects of Petroleum Genesis as Related to the Problem of

Source Bed Recognition, Geochim, et Cosmochim., Pergamon Press, 22, pp. 16-36, 1961.

10.

Silverman   S.R.,   Epstein   S.,   Carbon   Isotopic   Composition   of   Petroleums   and   Other

Sedimentary Organic Materials, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 42, pp. 998- 1012, 1958.

11.

Meinsсhein W.G.. Origin of Petroleum, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 43,. pp. 937-938,

1959.

12.

Smith  P.V., Jr.. Studies on the  Origin  of Petroleum,  Occurrence  of Hydrocarbons in

Recent Sediments, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 38, pp. 377-404, 1954.

13.

Hunt J.M., Forsman J. P., Relation of Crude Oil Composition to Stratigraphy in the Wind

River Basin, Wyoming Geol. Assoc. Guidebook, pp. 105-112, 1957.

14.

Weeks L.G., Factors of Sedimentarv Basin Development that Control Oil Occurrences,

Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol.,' 36. p. 2103, 1952.

15.

Smith P.V., Jr., op. cit. (note 7), pp. 377, 383.

16.

Кidwe11   A.L.,   Hunt   J.   M.,   Migration   of   Oil   in   Recent   Sediments   of   Pe~   dernales,

Venezuela, in Habitat of Oil, Lewis G. Weeks (ed.). Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa, Okla., pp.

790-817, 1958.

17.

F1оrkin   M.,   Aspects   of   the   Origin   of   Life,   Saturday   Review   of   Literature,   1963.

Discussion by J. M. Hunt in Saturday Review of Literature, pp. 44-45, 1963 and The Mines

Magazine,   Colo.   Sch.  Mines,   Golden,   Colorado,   1964.   (Флоркин   считает,   что   начало

органической жизни дала нефть, а сама нефть имеет неорганическое происхождение.)

18.

DeGо1уег  Е.,   The   Effect   of   Igneous   Intrusions   on   the   Accumulation   of   Oil   in   the

Tempico-Tuxpam Region, Mexico, Econ. Geol., 10, p. 651, 1915.

19.

Pratt W.E., Hydrogenation and the Origin of Oil, in Problems of Petroleum Geolo^-gy,

Am. Assoc. Petrol. Geol., pp. 235-245, 1934.

20.

Clarke F.W., op. cit. (note 1), p. 48.

21.

Rankama K., Sahama Th. G., Geochemistrv, Univ. of Chicago Press,, pp. 185-186, 1950.

22.

Tгеibs A., Porphyrin in bituminosen Gesteinen and Erdol-Kohlen: Zur Entstehung des

Erdols, Angew. Chem., 44, p. 551, 1936.

23.

Treibs A., Chlorophyll und Haminderivata in bituminosen Gesteinen, Erdol, Erdwaschen,

und Asphalten, Angew. Chem., 44, pp. 683-686, and Annalen, 410, 42, p. 517, 1934, 43, pp.

172-196, 1935.

24.

Dunning H.N., Moore J.W., Porphyrin Research and Origin of Petroleum, Bull. Am.

Assoc. Petrol. Geol., 41, pp. 2403-2412, 1957.

25.

Trask P.D., Patnode H. W., Source Beds of Petroleum, Am. Assoc. Petrol. Geol., Tulsa,

Okla., 566 p., pp. 32-61, 1942.

пропуск стр. 490-494

Глава 12 Миграция и аккумуляция нефти и газа

Геологические   условия.   Дальность   миграции.   Первичная   миграция:

выжимание   воды   из   глин;   циркуляция   воды;   осадочная   (седиментационная)   и
переотложенная (recycled) нефть. Вторичная миграция: перенос частиц нефти и газа
водой;   капиллярное   давление;   давление   вытеснения;   плавучесть;   влияние
растворенного   газа;   аккумуляция;   наклонные   водо-нефтяные   контакты;
литологические   барьеры;   вертикальная   миграция;   время   аккумуляции;   приток
нефти и газа.

Нефть   и   (или)   газ   приобретают   промышленное   значение,   когда   они,   попав   в

коллекторы, концентрируются в залежи. Как мы видели, нефть и газ вначале находились в

рассеянном состоянии в глинистых и карбонатных породах в виде растворенных частиц в

нерастворимом   органическом   веществе.   К   концу   периода   диагенеза¹   осадков   большая

часть нефтяных углеводородов, по-видимому, уже превратилась в нефть и газ (petroleum).

Во   время   и   после   диа-   и   катагенеза   вода   отжималась   из   уплотнявшихся   осадков   в

коллекторы,   захватывая   с   собой   нефть   и   газ,   рассеянные   в   породах².   Этот   процесс,

очевидно, был длительным. Какая-то часть УВ могла быть отложена непосредственно в

самих   коллекторах.   Процесс   движения   нефти   и   газа   из   уплотняющихся   материнских

пород в коллекторы называется первичной миграцией в отличие от вторичной миграции,

под которой понимается концентрация углеводородов и аккумуляция их в залежи нефти и

газа.

Проблема миграции и аккумуляции нефти и газа очень многогранна. Сложность

этой   проблемы,   дающая   большие   возможности   для   разнообразных   умозрительных

построений, вызвала к жизни огромное количество различных теорий для объяснения этих

явлений.   К   сожалению,   удовлетворительного   ответа   на   вопрос   о   природе   миграции   и

аккумуляции нефти и газа в настоящее время мы еще не имеем, и в связи с этим снова

необходимо   напомнить,   что   самого   процесса   образования   залежи   никто   и   никогда

непосредственно наблюдать не мог. Всю информацию об этом процессе мы получаем в

период   разработки   месторождений   и   при   изучении   материалов   отдельных   скважин.

Ежегодно поступают новые данные бурения, которые, несомненно, позволят утвердиться

некоторым идеям, ныне представляющимся сомнительными.

Нефть и газ, поступающие вместе с водой, которая выжимается из уплотняющихся

отложений,   в   коллекторы,   находятся   в   этой   воде   в   коллоидальном   или   взвешенном

состоянии в виде микроскопических частиц, а некоторая часть нефти и газа может быть

растворена   в   воде.   В   случае   отсутствия   каких-либо   сил,   побуждающих   нефть   и   газ   к

движению,   они   могут   оставаться   в   неподвижном   состоянии   в   течение   неопределенно

длительного времени и могут даже оказаться погруженными на значительную глубину.

Местные   изменения   температуры   или   потенциала   флюида   могут   привести   к

ограниченным   перемещениям   нефти   и   газа,   однако   для   того,   чтобы   произошла

региональная миграция, необходимы и региональные нарушения или изменения

¹Американские   авторы   трактуют   диагенез   очень   широко,   включая   в   это   понятие   и

катагенез, частично или полностью. - Прим. ред.

²Автор   допускает   здесь   терминологическую   неточность   -   несколько   раз   употребляет

сочетание   слов   «petroleum   and   petroleum   hydrocarbons»   (т.е.   нафтиды   и   входящие   в   их   состав
углеводороды).   Между   тем,   согласно   его   же   определению   (стр.   618)г   petroleum   -   это   те   же
углеводороды и их производные с гетероэлементами. - Прим. ред.

первоначального   равновесия.   Это   может   быть   региональное   складкообразование   или

региональный   наклон,   горообразование   или   значительное   нагревание   (как   результат,

например, магматической  деятельности),  или различные  изменения  гидродинамических

условий.   Геологическая   история   большинства   осадочных   регионов   характеризуется

множеством подобных процессов, нарушавших равновесие пластовых флюидов и в какой-

то степени обусловливавших их движение.

Прежде чем перейти к рассмотрению различных теорий миграции и аккумуляции

нефти и газа, необходимо остановиться  на двух основных аспектах  этой проблемы: 1)

геологические условия миграции и аккумуляции и 2) дальность миграции нефти и газа

(можно   ли   ограничить   возможность   перемещения   нефти   и   газа   очень   короткими

расстояниями, например менее одной мили?).

Геологические условия миграции и аккумуляции 

Наши   знания   о   геологической   обстановке,   преобладающей   в   нефтегазоносных

районах,   позволяют   построить   схему   граничных   геологических   условий,   в   которую

должна укладываться любая теория миграции и аккумуляции нефти и газа. Эти условия

включают в общем случае множество различных переменных, как известных нам, так и

неизвестных. Они могут быть сформулированы следующим образом.

1. Прежде всего каждая залежь нефти и газа находится в водной среде. Вода может

быть   свободной   или   связанной,   краевой   или   подошвенной.   Это   значит,   что   проблема

миграции   теснейшим   образом   связана   с   движением   воды,   изменениями   пластового

давления и другими вопросами гидрогеологии. Наличие гидродинамического градиента

давления между скважинами свидетельствует о том, что вода, насыщающая коллектор в

виде непрерывной фазы, находится в движении. Вода движется в направлении снижения

гидравлического   потенциала,   и   скорость   этого   движения   зависит   как   от   разницы   в

величинах   гидравлического   потенциала   областей   питания   и   разгрузки,   так   и   от

пропускной   способности   (проницаемости)   водоносных   пластов.   Скорость   воды   может

быть очень небольшой и измеряться несколькими дюймами или футами в год, но влияние

общих гидродинамических условий на миграцию нефти и газа почти всегда очень велико.

2. Нефть и газ обычно не смешиваются с водой и обладают меньшей плотностью,

чем окружающие их воды.

3. Нефтегазоносные породы-коллекторы значительно отличаются друг от друга. Их

возраст изменяется от докембрия до плиоцена, состав  -  от кварцевого до карбонатного,

происхождение   -   от   осадочного   до   магматического,   пористость  -  от   1   до   40%,

проницаемость - от 1 миллидарси до многих дарси.

4.   Характер   ловушек   для   нефти   и   газа   также   очень   разнообразен.   Образование

ловушки может быть обусловлено структурным фактором, стратиграфическим фактором

или их комбинацией. Одним из существенных факторов улавливания нефти и газа может

оказаться градиент потенциала флюида, создающий барьер на пути движения флюидов.

5.   В   широких   пределах   изменяются   такие   сложные   факторы,   как   размер   пор,

характер их сообщаемости и степени извилистости, определяющие величину пористости и

проницаемости, а также химические особенности пород.

6. Минимальное время, необходимое для образования нефти и газа, их миграции и

аккумуляции   в   залежи,   по-видимому,   не   превышает   1   млн.   лет   (см.   стр.   59:   часть   «.

Природный резервуар. – А.Ф.). Доказательством может служить установленный факт, что

в   некоторых   плиоценовых   залежах   ловушка   сформировалась   ранее   плейстоценового

времени.   С   такими   ловушками,   в   частности,   связаны   залежи   нефти   и   газа   на

месторождении Кетлмен-Хиллс в Калифорнии. Залежи приурочены к формации Темблор

(миоцен). Однако складка не могла образоваться раньше, чем в плейстоцене, поскольку

отложения   формации   Темблор   залегают   практически   параллельно   плейстоценовым

породам, выходящим на дневную поверхность [1]. Это говорит о том, что данная залежь

сформировалась   в   позднеплейстоценовое   или   даже   в   постплейстоценовое   время,   т.е.,

вероятно, в промежутке 1000 000-100 000 лет назад. Примером, показывающим, что для

приспособления   залежи   к   изменению   геологических   условий   требуется   относительно

небольшой   промежуток   времени,   служит   наклонная   залежь   месторождения   Кейро   в

Арканзасе [2] (см. фиг. 12-8). Наклон водо-нефтяного контакта образовался за 10-12 лет.

Если бы смещение залежи продолжалось с такой же скоростью в течение еще нескольких

лет, вся нефть, без сомнения, оказалась бы в конечном счете вытесненной из ловушки.

Таким   образом,   время,   необходимое   для   аккумуляции   нефти   в   залежи,   может   быть

геологически коротким, вплоть до тысяч и даже сотен лет.

7.   Верхней   границей   или   кровлей   любой   залежи,   образованной   в   результате

действия   структурного,   стратиграфического,   гидродинамического   факторов   или   их

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  63  64  65  66   ..