- •По дисциплине «Геология и геохимия нефти и газа»
- •Часть I. Геохимия нефти и газа
- •1.1 Общие сведения о горючих ископаемых – каустобиолитах 7
- •1.2 Состав, свойства и классификации нефтей 18
- •1.3. Состав, свойства и классификации природных газов 36
- •1.4 Происхождение нефти и газа 60
- •1.5 Литогенез и образование нефти и газа 69
- •Часть II. Геология нефти и газа
- •2.6. Природные резервуары и нефтегазоносные комплексы 94
- •2.7. Формирование и разрушение месторождений (залежей)
- •2.8. Залежи и месторождения нефти и газа, их классификации и
- •2.9. Нефтегазогеологическое районирование и закономерности
- •2.10.3. Контроль знаний модуля 2_10
- •Контроль знаний модуля Введение
- •Общие сведения о горючих ископаемых – каустобиолитах
- •Контроль знаний модуля 1.1.
- •Состав, свойства и классификации нефтей
- •2.1 Элементный и компонентный состав нефтей
- •2.2 Физические свойства и фракционный состав нефтей
- •2.3 Геохимическая эволюция и физическая дифференциация нефтей
- •1.2.4 Классификации нефтей
- •3.Состав, свойства и классификации природных газов
- •3.1 Основные физические свойства природных газов
- •3.2 Характеристика компонентов природных газов
- •3.3 Классификации природных газов
- •3.4 Химический состав газов газовых залежей
- •3.5 Формирование газоконденсатных систем, их состав и свойства
- •3.6 Химический состав газов газонефтяных и нефтяных залежей
- •3.7 Газовые гидраты
- •1.3.8. Контроль знаний модуля 1_3
- •1.4.Происхождение нефти и газа
- •4.1. Развитие представлений о происхождении нефти и газа и их значение для науки и практики
- •4.2 Различия органических и неорганических концепций. Основные гипотезы и факты неорганической концепции
- •4.3 Основные положения и факты органической теории
- •4.4 Варианты решения проблемы происхождения нефти и газа в органической теории. Гибридные представления о происхождении нефти газа
- •Контроль знаний модуля 1_4
- •5.Литогенез и образование нефти и газа
- •5.1 Круговорот углерода в природе, его энергетические источники и значение для образования нефти и газа
- •5.2 Исходное органическое вещество осадочных пород
- •5.3 Седиментогенез и диагенез органического вещества
- •5.4 Состав преобразованного органического вещества
- •5.5 Генетические и геохимические типы нерастворимого органического вещества
- •5.6 Концентрации органического вещества в осадочных породах разных формаций
- •5.7 Формы нахождения органического вещества, фациальные условия формирования и формационный состав основных нефте- и газообразующих осадочных пород
- •5.8 Катагенез органического вещества и его факторы
- •5.9 Шкала градаций катагенеза органического вещества
- •5.10 Вертикальная геохимическая или термобарическая зональность процесса нефте- и газообразования
- •5.11 Характеристика главных зон нефте- и газообразования
- •5.12 Нефте- и газоматеринский потенциал осадочных пород
- •5.13.Контроль знаний модуля 1_5
- •6.Природные резервуары и нефтегазоносные комплексы
- •6.1 Породы-коллекторы
- •2.6.1.1 Основные свойства пород-коллекторов
- •2.6.1.2 Классификации пород-коллекторов
- •2.6.1.3 Изменение коллекторских свойств пород с глубиной
- •2.6.2 Флюидоупоры и ложные покрышки
- •2.6.3 Природные резервуары
- •2.6.4 Ловушки нефти и газа
- •2.6.5 Нефтегазоносные комплексы
- •2.6.6 Термобарические условия в природных резервуарах и нефтегазоносных комплексах
- •2.6.6.1 Горное и пластовое давление
- •2.6.6.2 Причины образования аномальных пластовых давлений
- •2.6.6.3 Геотермические условия в природных резервуарах и нефтегазоносных комплексах
- •2.7. Формирование и разрушение месторождений (залежей) нефти и газа
- •2.7.1 Первичная миграция нефти и газа
- •2.7.2 Вторичная миграция. Классификация миграционных процессов
- •2.7.3 Факторы вторичной миграции нефти и газа
- •2.7.4 Масштабы и направление миграции нефти и газа
- •2.7.5 Аккумуляция нефти и газа в ловушке
- •2.7.6 Время, продолжительность и скорость формирования залежей нефти и газа
- •2.7.7 Методы определения времени формирования залежей нефти и газа
- •2.7.8 Факторы разрушения залежей нефти и газа
- •2.7.9. Контроль знаний модуля 1_7
- •2.8. Залежи и месторождения нефти и газа, их классификации и параметры
- •2.8.1 Масштабы проявления нефтегазоносности на Земле
- •2.8.2 Элементы залежей нефти и газа
- •2.8.3 Классификация и номенклатура залежей нефти и газа по фазовому состоянию
- •2.8.4 Понятие о запасах и ресурсах нефти и газа и их классификации
- •2.8.5 Разделение залежей (месторождений) по величине запасов
- •2.8.6 Классификации залежей нефти и газа по генетическому типу ловушек и по форме природных резервуаров
- •2.8.7. Контроль знаний модуля 1_8
- •2.9. Нефтегазогеологическое районирование и закономерности размещения скоплений нефти и газа в земной коре
- •2.9.1 Цели и основные задачи районирования
- •2.9.2 Принципы и систематические единицы нефтегазогеологического районирования
- •2.9.3 Классификации нефтегазоносных провинций и нефтегазоносных бассейнов
- •2.9.4. Закономерности размещения скоплений нефти и газа в земной коре
- •2.9.5. Контроль знаний модуля 1_9
- •10.Основы разработки нефтяных и газовых месторождений
- •10.1.Объект и система разработки
- •10.2.Классификация и характеристика систем разработки
- •10.3.Контроль знаний модуля 1_10
- •11.Основы технологии переработки углеводородного сырья
- •11.1.Производство бензинов с улучшенными экологическими характеристиками
- •11.2.Улучшение экологических характеристик моторных топлив
- •11.3. Технологические процессы переработки углеводородных систем, улучшающие экологические качества бензинов.
- •11.3.1.Реформулированные моторные топлива
- •11.3.2.Каталитический риформинг
- •11.4 Реактивное топливо
- •2.11.5.Дизельные топлива с улучшенными экологическими характеристиками
- •2.11.5.1.Загрязнение окружающей среды при использовании дизельных топлив
- •2.11.6 Котельные топлива с улучшенными экологическими характеристиками
- •2.11.7.Рациональные направления переработки углеводородных газообразных систем.
- •Контрольные вопросы 11.2:
- •Контрольные вопросы 11.6.1
- •Литература
2.7.3 Факторы вторичной миграции нефти и газа
Миграция УВ обуславливается рядом причин или факторов. Среди наиболее важных факторов выделяются: гравитационный, гидравлический, геодинамический, диффузионный и действие капиллярных сил.
Гравитационный фактор. По мнению большинства исследователей главной или даже единственной силой, обусловливающей вторичную миграцию УВ, является гравитационная сила. Поэтому миграция УВ происходит в свободном фазово-обособленном состоянии и является в основном восходящей. Представление о струйной миграции сформулировал в 1958 году В.П. Савченко.
Всплывание УВ идет по зонам наименьшего фильтрационного или капиллярного сопротивления субвертикально в проницаемых зонах и сублатерально в кровельной части проницаемых пластов по их восстанию.
Гравитационный фактор обусловлен всплыванием нефти и газа в природных резервуарах по наиболее крупным сообщающимся пустотам. Сила всплывания или выталкивания нефти и газа водой рв пропорциональна разнице плотностей воды ρв и углеводородов ρув в пластовых условиях, высоте струи УВ Н и синусу угла наклона пласта, умноженных на ускорение силы тяжести g:
рв = gН (ρв–ρув) sin α,
где рв - сила всплывания нефти и газа
g – ускорение силы тяжести,
Н – высота струи, как разность отметок начала и конца фазы,
ρв–ρув – разность плотностей воды и УВ (нефти или газа) в пластовых условиях.
α – угол наклона пласта коллектора.
В пластовых условиях струйная миграция нефти и газа начинается только тогда, когда сила всплывания нефти и газа превысит капиллярное давление в поровом канале, или туннеле, коллектора. Наиболее существенную помеху миграции УВ представляют сужения поровых каналов. С вязано это с тем, что капле шарообразной формы, которая обладает минимальной поверхностью, для прохода через сужение необходимо преодолеть силу поверхностного натяжения и вытянуться, то есть увеличить свою поверхность. Для этого необходима дополнительная энергия. Разность давлений, позволяющая преодолеть капиллярные силы, образуется при слиянии капель в струю. Поэтому всплывание УВ облегчается, если оно происходит не отдельными каплями, а струей. Следовательно, уже на стадии миграции УВ необходима первичная аккумуляция УВ, которая и происходит на контакте производящей породы и коллектора.
По расчетам А.И. Леворсена сила всплывания нефти начинает заметно проявляться при высоте непрерывной фазы (струи) от 1 до 10 м. В.П. Савченко подчёркивает, что миграция нефти и газа начинается при малейшем перепаде давления, то есть при превышении силы всплывания нефти (газа) над капиллярным давлением. Таким образом, чем интенсивнее дислоцированы породы и круче поставлены пласты, и чем больше разница в плотностях УВ и воды и длиннее струя непрерывной фазы УВ, тем больше сила всплывания.
Противодействие капиллярных сил резко уменьшается при пластовых температурах свыше 90 °С в присутствии поверхностно-активных веществ, а при температуре 150 ºС становится столь незначительной что может не учитываться. Связано это со снижением силы поверхностного натяжения.
Гидравлический фактор. Сущность этого фактора заключается в транспортировке УВ водой. Движущиеся вверх по пласту или разрывному нарушению подземные воды переносят газ и нефть в растворенном состоянии и облегчают всплывание нефти и газа.
Фильтрация жидкостей происходит согласно закону Дарси, по которому количество жидкости, проходящее в единицу времени через породу-коллектор с определенным поперечным сечением, прямо пропорционально проницаемости породы и перепаду давления, обусловливающему фильтрацию, и обратно пропорционально вязкости жидкости.
Роль гидравлического фактора может проявляться в жестких термобарических условиях при температуре выше 150 ºС, когда резко возрастает растворимость нефти в воде. Её растворимость при температурах до 100-110 ºС очень низкая и составляет порядка 100 г нефти на 1 м3 воды.
Большое значение гидравлическому фактору придавали А.А. Бакиров, И.О. Брод, М.С. Бурштар, З.А. Табасаранский и др. В настоящее время большинство геологов (И.В. Высоцкий, Н.А. Еременко, Г.В. Чилингар, С.Б. Вагин, В.П. Шугрин, Ю.И. Брагин и многие другие) считают, что роль гидравлического фактора весьма незначительна. Связано это с низкой растворяющей способностью и скоростью движения пластовых вод. Скорость движения подземных вод наибольшая в складчатых областях и передовых прогибах, но и здесь она достигает всего нескольких десятков метров в год, а чаще находится в пределах нескольких метров или даже нескольких десятков сантиметров в год. В платформенных условиях пластовые воды движутся со скоростью от микрометров до 10 см в год.
Геодинамический фактор. Мощным источником энергии миграционных процессов являются тектонические процессы и геодинамика недр.
Тектонические движения наиболее интенсивно протекают при проявлении тектонических фаз. Повышенная тектоническая активность ведёт к существенной перестройке структуры природных резервуаров, образованию в них путей вертикальной миграции - разрывов и трещин и нарушает равновесие флюидных систем. Поскольку эти системы стремятся к статическому состоянию, то выравнивание энергии флюидов в пласте, нарушенной тектоническими процессами, достигается за счёт процессов миграции, формирования, переформирования и разрушения залежей УВ.
Среди геодинамических факторов наибольшее значение имеют постоянные короткопериодические и быстропротекающие процессы - землетрясения, а также явления связнные с лунно-солнечными приливами и изменениями солнечной активности. Эти процессы вызывают вариации гравитационного и электромагнитного поля Земли, баровакуумные эффекты и вибрации блоков горных пород. Например, на Земле происходит от 200 тысяч до 1 млн. землетрясений в год. Всё это способствует изменению упругих сил расширения флюидов и заключающих их пород и тем самым проявлению других факторов миграции, особенно - гравитационного фактора.
Диффузия УВ. Это один из механизмов переноса растворённого вещества, связанный с наличием в растворе градиента концентраций. Диффузия всегда происходит в сторону уменьшения концентраций вещества.
Многие исследователи отмечают, что диффузия имеет место при эмиграции УВ, но она в принципе по своей природе, связанной с выравниванием концентраций, не может самостоятельно привести к аккумуляции УВ и образованию их залежей. Большая роль диффузии проявляется при разрушении и рассеянии скоплений УВ. Однако, в некоторых благоприятных геологических условиях, при наличии весьма надёжных флюидоупоров диффузия может способствовать первичной аккумуляции УВ и возникновению вторичной собирательной миграции в эпигенетичных НГК. Этому явлению может способствовать также понижение температуры вверх по разрезу, которое ведет к уменьшению коэффициента диффузии УВ.
Действие капиллярных сил. Вода лучше, чем нефть смачивает горные породы, поэтому силы поверхностного натяжения между породой и водой больше. В связи с этим вода вытесняет нефть из мелких пор в крупные. Это создает в природном резервуаре условия для избирательного движения флюидов, дифференцированного по величине сечения проводящих каналов и возникновению струйной миграции нефти. Капиллярное давление понижается с увеличением диаметра пор и отсутствует в порах диаметром более 0,5-1,0 мм и трещинах шириной более 0,25 мм. В субакапиллярных порах менее 0,0002 мм и трещинах менее 0,0001мм физические связанные или адсорбированные флюиды препятствуют движению нефти, газа и воды. При прохождении нефти по пустотному пространству породы поверхность минералов гидрофобизируется и тогда на контакте нефти и воды знак капиллярного давления меняется на противоположный.
Миграции УВ могут способствовать и другие факторы, например:
- упругие силы (напряжения) расширения флюидов и заключающих их пород, возникающие вследствие уменьшения геостатического давления при тектоническом подъёме нефтегазоносных комплексов;
- разные коэффициенты теплового расширения пород и заключенных в них флюидов при погружении нефтегазоносных комплексов;
- изменение объема пор породы, вызванное их цементацией или перекристаллизацией минералов;
- избыточное давление, возникающее вследствие разности плотностей флюидов, залегающих в высокоамплитудных ловушках, которое вызывает прорыв газа или нефти через покрышку и их ремиграцию.