Глава 5. Технологические аспекты деятельности.

5.1. Геология нефти и газа

Сырая нефть – природная легко воспламеняющаяся жидкость, которая находится в глубоких осадочных отложениях и хорошо известна благодаря ее использованию в качестве топлива и сырья для химического производства. Химически нефть – это сложная смесь углеводородов с различным числом атомов углерода в молекулах; в их составе могут присутствовать сера, азот, кислород и незначительные количества некоторых металлов.

Природный (нефтяной) газ, состоящий из метана и других легких насыщенных углеводородов, – весьма дешевое и удобное топливо.

Природный газ называется «сухим», если почти не содержит бензина (менее 1 л. на 25 м³ газа). «Жирный» газ может содержать бензина в 10 раз больше. Смесь жидких углеродов может быть получена как путем сжатия и охлаждения газа, так и путем его абсорбции нефтью. Полученные жидкости называются сжиженным нефтяным газом (газоконденсатом) и имеют разнообразное применение.

Главные составные части природного газа – метан, этан, пропан и бутан (в порядке уменьшения их содержания). Природный газ не содержит свободного водорода, монооксида углерода, кислорода, олефинов или ацетилена, хотя во многих залежах имеются диоксид углерода (углекислый газ), азот и сероводород.

Геология нефти и газа - отрасль геологии, которая может быть определена как «наука поиска залежей нефти и газа», хотя геологи часто работают на разработке таких залежей и после их открытия. Использование последних достижений геологической науки при поисково-разведочных работах на нефть и газ не исключает, тем не менее, элемента случайности. Отношение безуспешных поисково-разведочных скважин к тем, которые дали хоть какие-нибудь притоки нефти или газа, составляет в среднем около 9:1. Кроме того, по оценкам, только одна из семидесяти скважин, пробуренных для поисков новых месторождений нефти и газа, приводит к коммерчески выгодному открытию. Из-за этого только крупные нефтяные компании содержат геологические службы, а многие мелкие компании нанимают геологов-нефтяников как консультантов [7].

Нефть и газ залегают в недрах Земли на разных глубинах (от нескольких сотен до нескольких километров). Их поиски не возможно без знания геологии [2, с. 28].

Для образования скоплений углеводородов необходимо сочетание ряда условий: породы-коллекторы - горные породы, обладающие пустотами и способностью вмещать, а затем при определенных условиях отдавать (т.е. пропускать через систему каналов, смазывающих эти пустоты), жидкости и газы (пески, песчаники, известняки, суммарный объем пор в которых составляет 18-30 и более процентов от общего объема породы), природные резервуары, ловушки и миграции.

1. Породы-коллекторы обладают такими физическими свойствами как:

1. пористость – наличие пор и каналов между зернами, а также трещин и каверн;

2. проницаемость – пропускать сквозь себя жидкости и газы [7, с. 30];

3. удельная поверхность – суммарная поверхность зерен, составляющих породу, в единице ее объема. Ее значение в нефтесодержащих породах колеблется от 40000 до 230000 1/м. Породы, имеющие большую удельную поверхность, непроницаемы (глины, глинистые сланцы, т.д.);

4. гранулометрический состав – процентное содержание отдельных фракций (по размеру зерен) в образце породы. От этого состава зависит такие свойства породы, как пористость, проницаемость, удельная поверхность и т. д., а также количество нефти, которое остается в пласте после окончания эксплуатации в виде пленок, покрывающих поверхность зерен;

5. механические свойства – упругость, прочность на сжатие и растяжения.

2. Природный резервуар - коллектор, кровлю (верх) и подошву (низ) которого составляют пласты покрышки (см. рис. 5.1) [2, с. 31].

Рис. 5.1 Принципиальные схемы природных резервуаров нефти и газа: 1 – пластовый, 2 – массивный, 3 – пластово-массивный, 4 - литологически ограниченный

2. Ловушка - часть природного резервуара, в котором со временем устанавлива­ется равновесие между газом, нефтью и водой, а их перемещение остановлено. В природе существуют самые разнообразные виды ловушек.

Ловушкой нефти может быть часть природного резервуара, находящегося в повышенном структурном положении по отношению к окружающим участкам и их называют структурными. Они связаны в основном с антиклиналями и куполами и наиболее распространены. В отличие от структурных, литологиче­ские ловушки обусловлены изменением состава данного горизонта, когда пористые породы окружены непроницаемыми (алевролиты, глины). При тектонических нарушениях в виде разрывов и смещений слоев, пористые породы граничат с непроницаемыми и образуют ловушки экранированные. Сущест­вуют также и стратиграфические ловушки, связанные с переходом пористых слоев к более плотным породам другого возраста. В этих случаях нефть двига­ется по пластам вверх до тех пор, пока ее дальнейшее движение становится не­возможным. В природе существуют и другие типы ловушек (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Принципиальные схемы ловушек нефти и газа: 1- структурная, 2 – литологическая, 3 – стратиграфическая, 4 - рифогенная, 5 – литолого-стратиграфическая

Естественное скопление нефти или газа в природных резервуарах обра­зуют нефтяные, газовые или газоконденсатные залежи, в которых газ нефть и вода распределяются по вертикали в соответствии с их плотностями [7, с. 32].

2. Нефтяные залежи могут находиться в местах образований нефти или мигрировать в пористой среде

В процессе седиментации происходит накопление слоистых пород с дисперсным органическим веществом, которые имеют тенденцию к уплотнению. Одновременно формируются благоприятные для залегания нефти и газа пористые породы (известняки и песчаники).

Поры между частицами заполняются смесью нефти, газа и воды; эта смесь в процессе уплотнения выжимается и тем самым принуждается к миграции из пор пород. Породы с крупными порами, в которых собирается нефть, называются резервуарными или коллекторами.

Залежи образуются обычно в таких местах, где высокопористые пески отлагались вслед за отложением обогащенных органических веществом [7].

Совокупность залежей, находящихся в недрах земной коры на единой площади, называют месторождением.

Геофизические методы:

• гравитационная разведка – измерение силы тяжести;

• магнитная разведка – измерение магнитного поля. Магнитную съемку можно проводить с самолета, исследуя большие труднодоступные и недоступные пространства, занятые морями, болотами, лесами и пустынями. Магниторазведка ведется в комплексе с гравитационной разведкой. Сила тяжести у полюса больше, чем у экватора, на участках развития плотных тяжелых пород она будет больше нормальной. Измеряя силу тяжести, определяем мощность и глубину залегания фундамента на платформе, осадочной толщи и ее мощности;

• электроразведка – изучение естественного или искусственно созданного электрического поля. Электропроводимость пород характеризуется удельным электрическим сопротивлением. Сопротивление осадочных пород сильно колеблется: при насыщении их водой оно уменьшается, при наличии нефти резко увеличивается;

• сейсмическая разведка – разведка, основанная на изучении распространения в земных слоях упругих колебаний;

• люминесцентно-битуминологическая съемка исследует ареал рассеяния битумов. Над залежами нефти и газа содержание битумов в породе повышается. Пробы пород, отобранные на небольших глубинах, изучаются в ультрафиолетовом диапазоне света. По люминесцентной характеристике определяют тип битума и его возможную связь с залежью [2, с. 37-39].