Геология. Максимов С. П., Дикенштейн Г. Х., Лоджевская М. И. Формирование и размещение залежей нефти и газа на больших глубинах
Скачать 0.77 Mb.
|
СОДЕРЖАНИЕ Задание 1 3 Классификация гранулометрических элементов осадочных горных пород. Гранулометрический состав горных пород 3 Задание 2 10 Ледниковые отложения (морены). Условия формирования, разновидности и свойства 10 Ответ 10 Список литературы 20 1.Багринцева К.И. Оценочно-генетическая классификация карбонатных пород-коллекторов нефти и газа. ―Геология нефти и газа‖, 1976, № 9, с. 23-29 с илл. 20 2.Головин К.Б. Закономерности пространственного распределения продуктивных пород-коллекторов Саратов, 2003. 20 3.Логвиненко Н.В. Петрография осадочных пород с основами методики исследования. М.: Высшая школа, 1984. 414 с. 21 4.Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных исследований. Л.: Недра, 1990. 327 с. 21 5.Максимов С.П., Дикенштейн Г.Х., Лоджевская М.И. Формирование и размещение залежей нефти и газа на больших глубинах. – М.: Недра, 1984. – 287 с. 21 6.Методы изучения осадочных пород / Ред. Н.М. Страхов. М.: Госгеолтехиздат, 1957. Т. I. 610 с. 21 7.Полевая геология: Справочное руководство / Ред. В.В. Лавров, А.С. Кумпан. Л.: Недра, 1989. Кн. 1.400 с. 21 8.Преображенский И.А., Саркисян СГ. Минералы осадочных пород (применительно к изучению нефтеносных отложений). М.: Гостоптехиздат, 1954. 462 с. 21 9.Справочник по литологии / Ред. Н.Б. Вассоевич и др. М.: Недра, 1983. 509 с. 21 10.Страхов Н.М. Проблемы геохимии современного океанского литогенеза. М.: Наука, 1976. 300 с. 21 11.Фор Г. Основы изотопной геологии. М.: Мир, 1989. 590 с. 21 12.Ханин А.А. Основы учения о породах-коллекторах нефти и газа. М., «Недра», 1965, с. 360. 21 13.Холленд Х. Химическая эволюция океанов и атмосферы. М.: Мир, 1989. 552 с. 21 Задание 1Классификация гранулометрических элементов осадочных горных пород. Гранулометрический состав горных породОтвет Под горной породой понимается естественный твердый минеральный агрегат определенного состава и строения, образующий в земной коре тела различной формы и размера. Горные породы делятся на три группы: осадочные, изверженные (магматические) и метаморфические. Осадочные породы возникают в результате преобразования в термических условиях поверхностной части земной коры осадков, представляющих собой выпавшие механическим или химическим путем продукты разрушения более древних пород, изверженных вулканов, жизнедеятельности организмов и растений [5, с.116]. Свойства горной породы вмещать (обусловлено пористостью горной породы) и пропускать (обусловлено проницаемостью) через себя жидкости и газы называются фильтрационно - емкостными свойствами (ФЕС). Фильтрационные и коллекторские свойства пород характеризуются следующими основными показателями: гранулометрическим составом пород; пористостью; проницаемостью; насыщенностью пород водой, нефтью и газом; удельной поверхностью; капиллярными свойствами; механическими свойствами [8, с.99] Свойства горных пород, получаемые в результате интерпретации данных геофизических методов исследования, необходимы в начале для петрофизического, а в последствии для геологического истолкования результатов и определения геологических свойств. Горные породы состоят из разнообразных по размерам зерен неправильной формы. Количественное (массовое) содержание в породе частиц различной величины принято называть гранулометрическим составом, от которого зависят многие свойства пористой среды: проницаемость, пористость, удельная поверхность, капиллярные свойства и т.д. По механическому составу можно судить о геологических и палеогеографических условиях отложения пород залежи. Поэтому начальным этапом исследований при изучении генезиса осадочных пород может быть их гранулометрический анализ [13, с.83]. Гранулометрический состав – содержание в горной породе зерен различной крупности, выраженное в % от массы или количества зерен исследуемого образца [5, с.184]. Диапазон размеров частиц в нефтесодержащих породах 0,01 – 1 мм. Изучаемый диапазон размеров: 0,001- 5 мм. Гранулометрический состав важно знать в практике. Например, на основе механического анализа в для предотвращения поступления песка подбирают фильтры, устанавливаемые на забое. Размер частиц горных пород изменяется от коллоидных частичек до галечника и валунов. Однако по результатам исследований размеры их для большинства нефтесодержащих пород колеблются в пределах 1 – 0,01 мм. Наряду с обычными зернистыми минералами в природе широко распространены глинистые и коллоидно-дисперсные минералы с размерами частиц меньше 0,1 мкм (0,001 мм). Значительное количество их содержится в глинах, лёссах и других породах. В составе пород коллоидно-дисперсные минералы имеют подчиненное значение. Вместе с тем вследствие огромной величины их общей поверхности состав этих минералов влияет на процессы поглощения катионов (и анионов). От их количества в значительной степени зависит степень набухаемости горных пород в воде. Существует три метода анализа гранулометрического состава горных пород [9, с.77]: 1. Ситовой анализ (d > 0,05 мм), 2. Седиментационный анализ (0,01< d < 0,1 мм), 3. Микроскопический анализ шлифов (0,002 < d < 0,1 мм). Рисунок 1 – Основные элементы гранулометрического исследования Механический состав пород определяют ситовым и седиментационным анализом. Ситовой анализ сыпучих горных пород применяется для рассева фракций песка размером от 0,05 мм и более. Содержание частиц меньшего размера определяется методами седиментации. Ситовый анализ сыпучих горных пород применяют для определения содержания фракций частиц размером от 0,05 до 6 –7 мм, а иногда и до 100 мм. В лабораторных условиях обычно пользуются набором проволочных или шелковых сит с размерами отверстий (размер стороны квадратного отверстия) 0,053; 0,074; 0,105; 0,149; 0,210; 0,227; 0,42; 0,59; 0,84; 1,69 и 3,36 мм. Существуют и другие системы сит и всевозможных механических приспособлений для рассева [2, с.73]. Ситовой анализ сыпучих горных пород применяют для определения содержания фракций частиц размером от 0,05 до 6 - 7 мм, а иногда и до 100 мм. В лабораторных условиях обычно пользуются набором проволочных или шелковых сит с размерами отверстий (размер стороны квадратного отверстия) 0,053; 0,074; 0,105; 0,149; 0,210; 0,227; 0,42; 0,59; 0,84; 1,69 и 3,36 мм. [5, с.83] Рисунок 2 – Ситовой анализ Сита располагают при рассеве таким образом, чтобы вверху было сито с наиболее крупными размерами отверстий. Для определения механического состава керна берут навеску образца 50 г., хорошо проэкстрагированного и высушенного при температуре 107° С до постоянной массы. Просеивание проводят в течение 15 мин. Увеличение или уменьшение продолжительности просева может привести к неправильным результатам. Для определения процентного содержания полученных фракций в исследуемом образце проводят их взвешивание на технических весах с точностью до 0,01 г. Сумма масс всех фракций после просеивания не должна отличаться от первоначальной массы образца более чем на 1–2% [7, с.88] Ситовой анализ сыпучих горных пород применяют для определения содержания фракций частиц размером от 0,05 до 6–7 мм, а иногда и до 100 мм. В лабораторных условиях обычно пользуются набором проволочных или шелковых сит с размерами отверстий (размер стороны квадратного отверстия) 0,053; 0,074; 0,105; 0,149; 0,210; 0,227; 0,42; 0,59; 0,84; 1,69 и 3,36 мм[6]. Так как размеры частиц песков обусловливают общую величину их поверхности, контактирующей с нефтью, от гранулометрического состава пород зависит количество нефти, остающейся в пласте после окончания его эксплуатации в виде пленок, покрывающих поверхность зерен. Седиментационное разделение частиц по фракциям происходит вследствие различия скоростей оседания зерен неодинакового размера в вязкой жидкости. По формуле Стокса скорость осаждения в жидкости частиц сферической формы (1.1) где – ускорение силы тяжести; d – диаметр частиц; – кинематическая вязкость; – плотность жидкости; – плотность вещества частицы [7, с.83] Формула (1.1) справедлива при свободном нестесненном движении зерен; чтобы концентрация частиц не влияла на скорость их осаждения в дисперсной среде, массовое содержание твердой фазы в суспензии не должно превышать 1%. Использование формулы Стокса при седиментационном анализе рассмотрим на примере пипеточного метода. Из фракции песка, прошедшего через сито с наименьшими отверстиями, отбирают 10 г. песка и перемешивают его с водой в цилиндре емкостью 1 л, помещенном в баню. В цилиндр вставляется пипетка 2, глубина спуска ее кончика h составляет примерно 30 см. Допустим, что необходимо определить в песке количество частиц диаметром меньше dx. Для этого при помощи формулы (1.1) вычисляют время t падения частиц размером dx до глубины спуска пипетки h. Очевидно, с глубины h через время tx в пипетку проникнут только те частицы, диаметр которых меньше d1 так как к этому времени после начала их осаждения более крупные зерна расположатся ниже кончика пипетки. Высушив содержимое пипетки, определяют количество находящихся в суспензии частиц диаметром менее или более d1. Это легко сделать, так как масса всей навески G1, объем отобранной суспензии V, масса сухого остатка в ней G и объем жидкости V1 в цилиндре известны. Очевидно, процентное содержание в породе отобранных пипеткой фракций (т.е. частиц диаметром меньше, чем d1) будет Общее устройство седиментометра показано на рисунке [10, с.66] Рисунок 3 - Седиментометр: 1 – стеклянный кран; 2 – пипетка; 3 – мешалка; 4 – градуированный цилиндр; % – стеклянный термостат Рисунок 4 - Весовой седиментометр ВС – 3 для автоматизированного анализа гранулометрического состава порошков металлов, сплавов, органических и неорганических соединений [10, с.67] Отбирая последующие пробы через другие интервалы времени от начала отстаивания суспензии, точно так же определяют содержание более мелких фракций. Существует много методов седиментационного анализа. В лабораториях по исследованию грунтов широко применяют методы отмучивания током воды, отмучивания сливанием жидкости (метод Сабанина) и метод взвешивания осадка при помощи весов Фигуровского. Задание 2Ледниковые отложения (морены). Условия формирования, разновидности и свойстваОтветБольшую работу по перемещению обломков горных пород производят ледники – естественные скопления льда в местах, где преобладают низкие температуры. В геологической истории Земли было несколько эпох оледенения, захватывавших территории, сейчас не покрытые льдом. Последние несколько ледниковых эпох (полагают, что четыре) были за последний миллион лет в четвертичном периоде. Интерес к ледниковым отложениям в геологии возник очень давно, история их изучения и, в частности, история изучения морен неотделима от становления и развития четвертичной геологии в целом. В четвертичном периоде неоднократно похолодания климата сменялись тёплыми периодами [13, с.139-145]. Во время похолоданий на Скандинавском полуострове накапливались снег и лёд. Огромные массы льда под влиянием силы тяжести начинали движение с места и наступать на юг, достигая южных территорий. При движении ледник отрывал от скал камни, песок и глину и переносил их в толще льда, перемешивая во время движения. В периоды потепления ледник отступал, оставляя большие толщи отложений из перемешанных песков, глин, валунов и гальки. Такие отложения называются моренными. Ледники образуются из снега, который постепенно под действием собственного веса превращается в лед. Они перемещаются, подчиняясь силе тяжести, так как лед обладает некоторой пластичностью и может медленно перетекать. Ледники оказывают сильное механическое воздействие на подстилающую поверхность. Это воздействие, производимое как непосредственно льдом, так и включенными в него обломками горных пород, носит название экзарация (от лат. exaratio – выпахивание). [8, с.77] Обломки горных пород, переносимые ледником и в конечном счете откладываемые им, называются мореной (франц. moraine). Состав морены определяется крупностью переносимых ледником обломков и может быть различным – от глины до валунника. Моренные отложения – скопления несортированного или слабосортированного обломочного материала, который переносится либо откладывается ледниками. Конечная морена – часть отложений, которую ледник оставил в месте своей остановки. Донная морена – часть отложений, которая накапливалась под ледником [10, с.94]. Рисунок 5– Образование и виды морен Итак, основной мореной называют комплекс ледниковых осадков, образующихся за счет материала, транспортируемого в нижних горизонтах ледников, и формирующихся под покровом льда в ходе его движения на громадных территориях, покрывающихся материковыми оледенениями. Основная морена представляет собой сложнопостроенное образование, включающее не только наиболее характерный литогенетический тип осадков - валунные суглинки, - но и перемещенные ледниковым 5 покровом на различные расстояния блоки и пластины в разной степени деформированных пород ледникового ложа, а ее структура и текстура целиком определяются динамикой движения ледника. В англоязычной литературе наряду с термином ground moraine, являющимся ’’калькой” с его немецкого прототипа, широкое распространение получил в качестве его синонима термин ’’базальный тилл”, впервые употребленный О. Тореллем (Torell, 1877) [13, с.15] Кроме того, для обозначения группы отложений, принадлежащих основной морене, нередко используются названия ’’тилл”, ’’ледниковый дрифт”, ’’моренные отложения”. Одновременно все эти термины применяются также и к более широкому комплексу ледниковых образований и поэтому вряд ли целесообразно их употреблять в качестве синонимов основных морен. Абляционная морена представляет собой также сложное образование. Формирование ее происходит целиком за счет процессов таяния льда в стадию деградации оледенения. Таким образом, в ней могут сочетаться отложения, возникающие как в результате водного перемыва моренного материала, его оползания, солифлюкционного смещения, так и отложения, обладающие признаками, унаследованными от собственно ледникового транспорта, которые сохраняются лишь частично. Трудно отметить какую-то закономерность в распределении обломков разной крупности в теле ледника, поэтому и отложенные ледником породы несортированы и неслоисты. Горные ледники рсположены на высоких горах во всех широтах, включая тропики и приэкваториальную область. Для гор, где есть оледенение или оно было в геологически недавнем прошлом, характерны крутые гребни, острые пики; в привершинных частях – кары (нем. Kar), чашеобразные ниши со склонами, крутыми в верхних частях и более пологими ниже [11, с.73]. Со склонов на ледник падают или выносятся водой камни, песок, глина; при движении лед захватывает также обломки, лежащие на дне долины. Обломки, скатившиеся со склонов и окаймляющие ледник, составляют боковую морену; боковые морены слившихся ледников образуют срединную морену; обломки, захваченные ледником со дна долины, – это донная морена; наконец, обломки, неравномерно распределенные внутри тела ледника, – внутренняя морена (рис. 6) [13, с.89-96] Лед может содержать большое количество обломков горных пород. В верховьях ледника его поверхность чистая, но далее, вниз по долине, загрязненность все увеличивается; есть ледники (например, на Памире), концы которых совершенно черные, они полностью покрыты мореной, лед поблескивает только в трещинах. Рисунок 6 - Морены в горных ледниках: б – боковая; с – срединная; д – донная; в – внутренняя; п – поверхностная; к – конечная современная; к’ – конечная предыдущей стадии [13, с.206]В более низких местах, где теплее, ледник тает, а принесенные им обломки остаются; поступающие сверху массы льда приносят все новые порции обломочного материала, а растаяв, откладывают его в виде конечной морены. Если происходит потепление климата, ледник может стать короче или исчезнуть вообще. Отступание конца ледника происходит неравномерно, и места, где он останавливался, отмечены в долине несколькими поперечными грядами конечных морен. Внутренняя морена вместе с донной выстилает дно долины, боковые морены образуют гряды, прислоненные к склонам, срединные морены залегают в виде продольных гряд на дне долины. Ледники, покрывающие в условиях холодного климата равнинные местности или целиком горные системы (покровные ледники), под действием собственной тяжести очень медленно растекаются. Поступления обломков горных пород сверху здесь нет (если нет гор, выступающих над поверхностью льда), но ледники переносят обломки пород, подстилающих толщу льда; иначе говоря, основная масса переносимого ледником материала сосредоточена в донной морене. Покровный ледник, расползаясь от центров оледенения, достигает тех областей, где тепла уже достаточно, чтобы таяние льда могло уравновесить поступление новых ледовых масс из центра оледенения. Если климат в течение какого-то промежутка времени не меняется, край ледника остается на месте, хотя ледовая масса, образующая этот край, все время обновляется: тает поступающий новый лед [11, с.116]. Некоторая часть обломков горных пород, вытаивающих изо льда, уносится талыми ледниковыми водами; основная же их масса откладывается возле края ледника, образуя вал, конечноморенную гряду; размеры гряды тем больше, чем дольше находился на одном месте край ледника. Если в дальнейшем наступит похолодание и ледник продвинется дальше, он может стереть эту гряду. Если же, наоборот, потеплеет, размеры ледника уменьшатся, край его отодвинется к центру оледенения и может образоваться новая конечноморенная гряда, более или менее параллельная предыдущей, но уже ближе к центру оледенения. Если наступает резкое потепление, так что даже в центре оледенения тает льда больше, чем образуется, движение ледника прекращается, идет постепенное таяние неподвижного мертвого льда, весь материал, захваченный льдом, вытаивает и образует моренную равнину. Так как в теле ледника материал был распределен неравномерно, то и поверхность этой равнины всегда неровная – это холмистый моренный рельеф. Уже при своем возникновении он в известной мере перерабатывается талыми ледниковыми водами, дальнейшее его развитие идет в основном под влиянием деятельности текучих вод и склоновых процессов. На Балтийском и Канадском щитах горные породы сглажены ледником, есть многочисленные бараньи лбы –выступы магматических и метаморфических пород с царапинами и шрамами на поверхности; склоны, обращенные навстречу движению ледника, пологие, противоположные – крутые. Рисунок 7 - Бараньи лбы в Карелии. Ледник двигался справа налево |