Введение в нефтегазовый бизнес. Учебный курс
1.1. Основы нефтегазовой геологии
1.1.1. Строение земной коры
Основную роль в формировании залежей нефти и газа играют осадочные породы, которые образовались в древние времена на месте морей. Земная кора, сложенная горными породами, по происхождению делится на два типа:
✓ вулканическая – образованная прорывами земной коры и, как следствие, извержениями частей жидкой мантии, которая находится в земле под большим давлением, на ее поверхность;
✓ осадочная – образованная останками животных и растений, которые, погибая, опускаются на дно морей, и, перемешиваясь с песком и илом, образуют материнский пласт, который впоследствии становится основой для образующейся в нем нефти.
Материнский пласт – это порода, непосредственно в которой происходит формирование массы углеводородов. Материнские пласты, из которых на сегодняшний день добываются углеводородные ресурсы, образовались от 60 до 2 миллионов лет назад. Это, как раз, время завершения обитания на Земле огромных млекопитающих и начала наступления ледника. Поэтому можно условно сказать, что сегодняшняя нефть, которую мы потребляем, сделана в некотором смысле из динозавров.
1.1.2. Образование залежи[1] углеводородов
Первоначально, как сказано выше, останки животных и растений, опускаются на морское дно. На дне останки начинают разлагаться, и, под действием последующих отложений, опускаются все глубже и глубже, пока не достигают глубины в 3–4 километра. На такой глубине на осадочную породу действует огромное давление! Можно условно сказать, что каждые 10 метров в толще земли или воды дают увеличение давления примерно на одну атмосферу. Не трудно посчитать, что на глубине в три километра, на породу будет действовать давление примерно в 300 атмосфер!
На этой глубине под огромным давлением останки живых организмов, и вообще любые органические вещества, разлагаются на столь мелкие фракции, что переходят фактически в жидкое состояние. Именно на этом этапе происходит образование углеводородов – сложных органических соединений с различным сочетанием атомов углерода C и водорода H в его молекулах.
После этого начинается обратный процесс. Углеводороды очень подвижны, легче воды, имеют высокую текучесть, поэтому они легко поднимаются, т. е. диффундируют наверх. Достигая поверхности земли, сотни тонн углеводородов ежегодно попадают в атмосферу, где испаряются и их съедают миллиарды бактерий, населяющих воздушное пространство.
Несмотря на то, что большая часть углеводородов бесследно исчезает в атмосфере, некоторая их часть формирует запасы нефти и газа, которые мы впоследствии используем. Однако для формирования этих запасов необходимо несколько условий. Первое условие – это наличие материнского пласта, в котором образуются углеводороды. Второе – это наличие над ним пласта-коллектора, через который нефть диффундирует наверх. Виды структур пород-коллекторов представлены на рисунке ниже.
Породы-коллекторы обычно характеризуются пористостью и проницаемостью.
Пористость – это способность породы содержать в себе нефть и газ в структуре своего пористого пространства. Пористость бывает высокой и низкой. В противоположность точки зрения обычных людей, нефть в резервуаре-коллекторе находится именно в этих порах, которые задерживают в себе жидкие углеводороды подобно тому, как кухонная губка задерживает в себе воду после того, как Вы помоете ей посуду. Нефть не хранится в бассейнах, резервуарах или пещерах, как это думает большинство людей.
Проницаемость – это характеристика структуры протоков и каналов, которые соединяют поры в породе-коллекторе. Именно проницаемость позволяет мигрировать жидкой нефти, что дает нам возможность извлекать ее через скважины и обеспечивает постоянный приток, т. е. дебит нефти.
Третье условие образования залежи нефти – это наличие ловушки. Нефть, как уже говорилось, обладает меньшей плотностью, чем вода, и даже в глубоких залежах она будет проявлять тенденцию постоянно подниматься вверх под действием окружающих ее грунтовых вод. Существует несколько типов геологических структур, которые обеспечивают такую возможность миграции углеводородов.
Ловушка – это область, ограниченная непроницаемой породой, например, солью или сланцами. Когда миграция нефти и газа сквозь проницаемую породу-коллектор останавливается такой ловушкой, в земной коре формируется резервуар нефти и газа, называемый структурой, или месторождением. Месторождение – это вскрытая, разработанная структура. Общая схема ловушки с углеводородной структурой изображена на рисунке ниже.
1.1.3. Типы углеводородных ловушек
В геологии различают несколько типов углеводородных ловушек. Основные типы ловушек показаны на рисунке ниже.
Сводная, или купольная ловушка, возникает в областях, где пласты геологических пород вспучиваются под действием внутреннего давления. Одна из разновидностей сводных ловушек, солянокупольная ловушка возникает под действием роста соляного столба из глубинных скоплений воды. Соль деформирует и подпирает осадочные породы, в том числе и нефтегазоносные слои. По мере того, как нефтеносный слой принимает форму купола, углеводороды постепенно мигрируют в верхнюю его часть, как более легкие соединения, а вода опускается вниз. Месторождение принимает форму линзы с диаметром в несколько сотен метров или километров.
Тектоническая экранированная ловушка создается в результате поднятия части земной коры и образования тектонических разломов. В результате избыточного давления происходит отрыв и смещение пластов с перекрыванием одного пласта другим.
Литологическая антиклиналь, с выклинивание коллектора, формируется при волнообразной деформации поверхности земной коры, словно волны, расходящиеся по поверхности земли при вулканическом извержении. При этом возникает длинная, узкая складка породы-коллектора, выпуклостью направленная вверх. Такое месторождение имеет вытянутую форму.