3.1. Геология нефти и газа

Нефть и газ залегают в недрах Земли на разных глубинах (от нескольких сотен метров до нескольких километров). Их поиски не возможны без знания геологии – науки, изучающей возникновение, состав и строение Земли, историю зарождения и развития жизни на ней.

По современным представлениям в центре Земли находится расплавленное железо - никелевое ядро, радиус которого около 3500 км. Ядро окружено мантией толщиной около 3000 км, сложенной веществом, которое характеризуется пластическим, аморфным состоянием. Выше мантии лежит твердая оболочка – земная кора, сложенная горными породами, важнейшими составными частями которых являются минералы. Земная кора толщиной предположительно 30 - 70 км неоднородна, в ней выделяются осадочный, гранитный и базальтовый слои. В некоторых местах базальтовые слои подстилают ложе океанов, а граниты выходят на дневную поверхность (рис.3.1).

Рис. 3.1. Схема внутреннего строения (по современным гипотезам)

1 – гранито-гнейсы;

2 – базальты;

3 – мантия;

4 – наружная часть ядра;

5 – внутренняя часть ядра;

6 – земная кора.

По происхождению горные породы подразделяют на изверженные (магматические), осадочные и метаморфические.

Изверженными называют горные породы, образовавшиеся в результате застывания расплавленной магмы, вылившейся на поверхность земли или в ее недрах.

Метаморфические горные породы образовались из осадочных и изверженных при их погружении в толщу земной коры, которые под влиянием высоких температур и давлений приобрели новые свойства.

Характерным признаком осадочных пород является их слоистость. Каждый слой (пласт) отличаются друг от друга составом, структурой, окраской и разделен поверхностью напластования, ограничивающий пласт снизу (подошва) и сверху (кровля). Кровля нижележащего пласта является подошвой лежащего сверху.

Первичная форма залегания пластов почти горизонтальная. Но земная кора всегда находится в движении, в результате пласт принимает любое наклонное положение. Колебательные движения земной коры приводят к образованию очень пологих прогибов и вздутий, складчатые - к образованию складок. Складку изгибом вниз называют синклиналь, изгибом вверх – антиклиналь. Антиклиналь и синклиналь образуют полную складку (рис.3.2).

Рис. 3.2. Полная складка

Если при колебательных и складчатых движениях земной коры пласты не выдерживают напряжения и разрываются, то образуются трещины, по которым пласты смещаются относительно друг друга.

Основные геологические структуры – платформа и геосинклиналь.

Платформа - это тектоническая единица земной коры, подвергавшаяся колебательным движениям с небольшой амплитудой без резкого изменения своей первоначальной структуры.

Геосинклиналь - наиболее подвижный участок земной коры, сложенный мощными толщами осадочных горных пород с интенсивно прогибающимся дном и с интенсивным поднятием, превращающимся в горы.

Для образования скоплений углеводородов необходимо сочетание ряда условий: породы коллекторы, природные резервуары, ловушки, миграция.

Горные породы, обладающие пустотами и способностью вмещать, а затем при определенных условиях отдавать жидкости и газы, называют породами-коллекторами (пески, песчаники, известняки, конгломераты), суммарный объем пор в которых составляет 18 - 30 и более процентов от общего объема породы, (один кубический метр породы содержит 136 - 190 л нефти).

Породы-коллекторы обладают следующими физическими свойствами:

- пористость характеризует наличие пор и каналов между зернами, а так- же трещин и каверн;

- проницаемостью горных пород - их свойства пропускать сквозь себя жидкости и газы, абсолютно непроницаемых пород нет – при соответствующем давлении можно продавить жидкость и газ через любую породу;

- удельная поверхность породы - суммарная поверхность зерен, составляющих породу, в единице ее объема, в нефтесодержащих породах колеблется в пределах от 40000 до 230000 1/м., породы, имеющие большую удельную поверхность непроницаемые (глины, глинистые сланцы и т.п.);

- гранулометрический состав породы - выражают как процентное содержание отдельных фракций (по размеру зерен) в образце породы;

- механические свойства - наибольшее значение в нефтяных технологиях имеют упругость, прочность на сжатие и растяжение.

Для скопления углеводородов в породах коллекторах обязательно их перекрытие пластами непроницаемых пород, которые называют покрышками (глина, каменная соль, гипс, мергели, глинистые известняки).

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. Если давление в залежи равно давлению насыщения при данной температуре, то газ, как более легкий располагается над нефтью, образуя газовую шапку. Если пластовое давление выше давления насыщения, то весь газ растворяется

в нефти (рис.3.3).

Рис. 3.3. Схема нефтяного месторождения

А – газовый пласт;

Б и В – нефтяные пласты.

При образовании в пористых породах гидратов, их залежи называют газогидратными.

Нефтяные залежи могут находиться в местах образования нефти или мигрировать в пористой среде. Наиболее распространены залежи антиклинального типа (рис 3.4.).

Рис.3.4. Сводовая газо-нефтяная залежь:

1 – внутренний контур газоносности;

2 – внешний контур газоносности;

3 – внутренний контур нефтеносности;

4 – внешний контур нефтеносности.

Границу, разделяющую нефть и воду в пласте называют водонефтяным контактом (ВНК), а границу между газом и нефтью – газонефтяным контактом (ГНК). Граница между газом и водой в газовых скважинах – газоводяной контакт (ГВК). Линия пересечения поверхности ВНК с кровлей пласта называется внешним контуром нефтеносности, а с подошвой пласта – внутренним. Расстояние от верхней точки залежи до контакта с водой – высота залежи. Совокупность залежей, находящихся в недрах земной коры на единой площади, называют месторождением.

Изучение любого района начинается с геологической съемки. Геологическая съемка заключается в изучении строения слоев земли по естественным обнажениям горных пород (берег реки, овраг, ущелье, вершина горы) и нанесении на топографическую основу. Изучают остатки организмов, порядок и характер залегания слоев. По материалам геологической съемки определяют возраст пород, условия их образования, устанавливают геологическую историю района, процесс развития жизни, структурные особенности залегания слоев пород (прогибы, складки, купола). По результатам геологической съемки составляют структурные и геологические карты, которые показывают, где и какие породы выходят на поверхность и как они залегают на глубине, выявляются геологические структуры, подлежащие дальнейшему изучению . Геологическая съемка дает возможность судить лишь о самых верхних комплексах горных пород. Не во всех случаях глубинная структура имеет четкое выражение на дневной поверхности. Для установления форм глубоко залегающих пород бурят структурные (структурно-поисковые) скважины и используют геофизические методы поиска.

Геофизические методы включают гравитационную разведку (измерение силы тяжести), магнитную разведку (измерение магнитного поля), сейсмическую разведку (измерение скорости распространения взрывных волн) и другие. Геофизическими методами с различной степенью приближения изучают земную толщу на глубинах несколько десятков километров.

В настоящее время в НГДУ «Ямашнефть» разрабатываются следующие месторождения: Архангельское, Ерсубайкинское, Сиреневское, Шегурчинское, Ямашинское, Красногорское, Тюгеевское, Березовское, Екатериновское.

В геологическом строении этих месторождений принимают участие докембрийские, девонские, каменноугольные, пермские, неогеновые и четвертичные отложения. С точки зрения нефтеносности интерес представляют отложения кыновского горизонта девона, турнейского яруса и тульско-бобриковского, алексинского горизонтов нижнего карбона, а также отложения среднего карбона (каширский, верейский горизонты, башкирский ярус и протвинский горизонт).

Отложения девонской системы представлены средним и верхним отделами и залегают на породах кристаллического фундамента. Верхнедевонские отложения представлены пашийским и кыновским горизонтами. К примеру, на территории Шегурчинского месторождения отложения пашийского горизонта в значительной степени подвержены размыву. Сложены они песчаниками и алевролитами, от мелкозернистых до среднезернистых, наблюдаются глинистые разновидности алевролитов.

Таким образом, для всех месторождений характерно сложные геологическое строение, неоднородность, связанное с большим количеством залежей (около 302) и объектов разработки. Производственная деятельность НГДУ «Ямашнефть» ориентирована на добычу высоковязких нефтей.

Бурение скважин является основным средством познания строения недр. Нефть и газ, залегающие в недрах земли на больших глубинах, могут быть разведаны и подняты поверхность только из построенных скважин.

В Татарстане глубинные исследования ориентируются на породы кристаллического фундамента. Две скважины пробуренные на глубину соответственно 5099 и 5881 метров позволили получить уникальные научные данные о строении древнейших пород земной коры, которые изменили установившиеся в геологии представления об однородности кристаллического массива по вещественному составу, отсутствии пористых и проницаемых пород. В толще кристаллического фундамента выявлены тектонические образования, перетертые породы, многочисленные разломы, и т.п. Разрушенность, интенсивная трещиноватость пород и частота проницаемых зон возрастают с глубиной.

С целью изучения состава самых глубинных толщ земной коры и закономерностей формирования находится в бурении Кольская скважина - проектная глубина 15000 метров, фактическая – 12262.