Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

Глава III

ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ

Земная кора состоит преимущественно из трех типов горных пород - вулканических, метаморфических и осадочных. Хотя нефть и газ присутствуют во всех трех типах пород, чаще всего они ассоциируются с осадочными породами. Известны различные пути образования осадочных пород, но основной путь - это отложение под действием ветра или воды или химическое осаждение (например, выщелачивание). Осадочные материалы подразделяются на обломочные породы (песчаники, сланцы), карбонатные породы (некоторые известняки) и доломиты.

Хотя осадочные породы ассоциируются с нефтью, далеко не всегда они содержат нефть. Согласно большин-:тву теорий, для образования нефти необходимы остатки растений и животных, а также определенные температуры и давления. Каким же образом создавались такие условия?

Жизнь появилась в обширных морях и внутренних озерах, которые покрывали значительную долю современных материков. По мере гибели огромного количества морских растений и животных их остатки быстро опускались вниз водоема и были захоронены в иловых отложениях, которые постепенно собирались на дне (рис. 3.1).

Реки переносили огромные количества ила и песка, которые затем разносились течениями и распространялись за пределы постоянно меняющейся береговой линии морей. Они присоединялись к остаткам морских организмов, собирющимся на морском дне и в дельтах рек, где на них многократно оседали новые слои. Ил и морская вода предохраняли вещество от дальнейшего разло-

Рмс. 3.1. Гибнущие растения и животные опускаются на дно водоема, где погружаются в слой песка, ила и тины

жения. По мере накопления новых слоев органического вещества, песка, ила, глины и извести и с течением времени масса покрывающих отложений оказывала огромное давление на лежащие ниже осадочные слои. С увеличением массы отложений подстилающий слой постепенно опускался, формируя и сохраняя плотные слои ила, песка и карбонатов. В конце концов они преобразовывались в осадочные горные породы. Огромное давление в сочетании с высокой температурой, действием бактерий и химическими реакциями и привело к образованию сырой нефти и природного газа.

Накопление и залегание

Вопреки распространенному мнению, нефть и газ не залегают в виде больших рек и озер под земной поверхностью (хотя мы и говорим о нефтяных пластах). На самом деле углеводороды - сырая нефть и природный газ, образованные из углерода и водорода, входящих в состав остатков древнж растительных и животных форм, - находятся в виде флюидов в пространстве пор осадочных, пород.

Вернемся к донным отложениям, которые мы обсуждали выше. Слой ила, содержащий первоначально разлагающиеся остатки растений и животных, называется материнский пласт. Материнский пласт включает темные морские сланцы и морской известняк. В результате постоянного сжатия материнского пласта, содержащего отложения, которые при этом трансформировались, повышались давление и температура, достаточно высокие для того, чтобы нефть и газ выходили наружу из материнской породы и накапливались в прилежащих пористых и проницаемых породах (рис. 3.2), таких как песчаники, карбонатные породы (известняки) и доломиты. Эти породы являются хранилищами мигрируюших углеводородов и называются породы-коллекторы.

Но как же может нефть или газ проходить через скальную породу? Разве порода не твердая? В действительности нет. В горной породе находится множество крошечных пустот, которые называются порами (рис. 3.3). Эти поры являются пространством между отдельными зернами, которые и составляют породу-коллектор. В одних горных по-

Рис. 3.2. Масса вышележащих слоев горной породы сдавливает подстилающий слой на дне моря, выталкивая углеводороды из материнского пласта вверх, в породу-коллектор

Рис. 3.3. Нефть собирается в пустотах или порах в горной породе и проходит через крошечные трещины и каналы. Это называется пористостью

родах имеются большие поры, в других - маленькие. Отношение объема пор к общему объему породы называется пористостью, которая обычно выражается в процентах. Например, пористость хорошего песчаника может достигать 30%, а плотный известняк может иметь пористость всего 5%. Таким образом, чем больше объем пор, тем выше способность горной породы удерживать значительные объемы нефти.

Помимо наличия достаточного пустого пространства в порах необходимо, чтобы углеводороды могли перемещаться из одной поры в другую и в результате оказаться ближе к поверхности. Легкость, с которой жидкость или газ проходит через соединенные друг с другом пустоты в горной породе, характеризуется проницаемостью. Чем выше проницаемость горной породы, тем легче углеводороды перемещаются внутри нее из одной поры в другую.

Понятие пористости можно проиллюстрировать следующим примером. Возьмите две банки одинакового объема. Одну наполните сухим песком, а другую - водой. Теперь медленно переливайте воду в банку с песком. Если вам удастся полностью переместить содержимое банки с водой в песок без переливания через край, то пористость составляет 50%, если только половину банки - 25% и т.д.

Таким образом, крошечные промежутки между частицами в осадочной породе образуют пустоты, в которых могут накапливаться нефть и газ. А крошечные трещины в горных породах позволяют нефти и газу выходить из материнских пород и проходить через породы-коллекторы.

Перемещение нефти и газа происходит, по-видимому, в две стадии. Во-первых, углеводороды легче воды. Если поместить каплю моторного масла в чашку с водой, масло будет всплывать на поверхность. Аналогично нефть и газ, которые образовались в материнских породах в нижних придонных слоях моря, переместились вверх к более пористым породам. Они продолжают подниматься сквозь пористые породы, пока не достигают слоя непроницаемой горной породы и таким образом оказываются в ловушке.

Откуда берутся эти слои и ловушки? Вспомните, что осадочные горные породы в основном залегают в виде горизонтальных слоев или неглубоких наклонных участков, которые называются напластованиями (или пластами) (см. рис. 3.1). По мере осаждения новых слоев нижние слои сжимались и уплотнялись, превращаясь в горную породу. Однако большая часть горных пород недостаточно прочна, чтобы выдерживать перемещения и давление земной коры, поэтому они деформируются.

Одним из видов деформаций являются складки, они, как правило, образуют горные сооружения, такие как Скалистые горы (рис. 3.4). Складки различаются по размерам - от небольших морщин до огромных арок или впадин, занимающих сотни километров. Складки, направленные вверх, или арки, называются антиклиналями, а складки, направленные вниз, впадины, - синкли-

Антиклиналь

Синклиналь

Купол

Рис. 3.4. Некоторые типичные виды складок

нолями. Складки могут быть симметричными, с одинаковыми крыльями с обеих сторон, а могут быть асимметричными, когда одно крыло круче, чем другое. Очень короткая антиклиналь, свод которой снижается от верхней точки во всех направлениях, называется куполом. Купола очень важны для поиска нефти, так как именно с этими структурами была связана первая теория, позволяющая научно обосновать поиск и разведку нефти и газа.

Другим видом деформации горной породы является сброс. Практически все породы имеют разломы и образуют трещины, так называемые линии кливажа. Если слои породы по одну сторону от линии кливажа смещаются в направлении, противоположном их смещению по другую сторону, образуется сброс. Величина сбросов горных пород может изменяться от нескольких сантиметров до километра или даже многих километров, как, например, Сан-Андреас в Калифорнии. Сбросы подразделяют на