Геология и геохимия. Геология и геохимия нефти и газа. Прозорова. Учебное пособие по дисциплине Геология и геохимия нефти и газа
 Скачать 6.77 Mb.
|
1.3.8. Контроль знаний модуля 1_3КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ По каким критериям классифицируются природные газы? Назовите формы существования концентрированных газов в земной коре. Назовите главный компонент, основные компоненты и важнейшие примеси природных горючих газов. Что понимается: а) под газовым фактором; б) под конденсатным фактором? В каком фазовом состоянии находятся газоконденсатные залежи? Какие газы называются: а) сухими, б) тощими, в) жирными; г) попутными, д) попутными нефтяными? Назовите характерную физическую особенность газоконденсатов. При каких условиях образуются газовые гидраты? ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Природные газы классифицируются по четырём факторам: а – генезису б – критическим параметрам в – растворимости в воде г – форме нахождения в природе д – химическому составу е – плотности и вязкости ж - растворимости в УВ з – практической ценности Наиболее разнообразные формы природных газов существуют: а – в атмосфере б – земной коре в – в гидросфере (океаны, моря, озера, пруды и реки). В земной коре существует шесть концентрированных форм газов: а - водорастворенны газы б - окклюдированные газы в - газы, сорбированные углями г - газовые струи д - газы, растворенные в нефти е - газовые гидраты ж - газы, сорбированные горными породами з – газы закрытых пор и - газы сообщающихся пустот горных пород Назовите три неуглеводородных компонента природных газов, содержание которых в залежах может достигать 100 %: а – водород б – сероводород в - окись углерода г – азот д - гелий е – углекислый газ Газоконденсатные залежи находятся в следующем фазовом состоянии: а – газообразном б – жидком в – двухфазном Сухие, тощие и жирные газы выделаются в зависимости от количественного соотношения: а - углеводородных и неуглеводородных компонентов б - метана и его гомологов в – неуглеводородных компонентов Какие газы называются сухими? а - состоящие из метана на 95-99 % и характеризующиеся очень низким содержанием этана; пропан, бутан и конденсат отсутствуют или практически отсутствуют б - характеризующиеся низким содержащие гомологов метана (от 5 до 10 %) в - характеризующиеся высоким содержанием углекислого газа Жирными называются газы: а – в которых содержание гомологов метана составляет от 5 до 10 %. б - в которых содержание гомологов метана составляет более 10 % в - содержат конденсат до 25-30 см3/м3 г - состоящие из метана на 95-99 % Назовите характерную физическую особенность газоконденсатов: а – при снижении пластового давления способны растворять жидкие УВ б - при снижении пластового давления способны выделять жидкие УВ г – при увеличении пластового давления образуют газовые гидраты Залежи газогидратов находятся в следующем фазовом состоянии а – жидком б – твердом в – газообразном 1.4.ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА Цель изучения – получить знание о сущности и основных положениях двух концепций происхождения нефти и газа: органической и неорганической, их модификациях, различиях в подходе к решению проблемы происхождения нефти и газа и о фактах на которые опираются обе концепции. Задачи – изучить: значение проблемы происхождения нефти и газа для науки, практики поисковоразведочных работ и мировой экономики; основные различия в подходе к решению проблемы нефтегазообразования и имеющиеся сходства в проблеме нефтегазонакопления; основные положения и факты органической теории и неорганических гипотез; основные модификации органической и неорганической концепции. 4.1. Развитие представлений о происхождении нефти и газа и их значение для науки и практики Представления о происхождении нефти развиваются более двух тысячелетий, начиная с версий античных ученых. Длительное время эти представления имели фантастический характер. В начале ХVIII века немецкий ученый И. Генкель связал образование нефти с ОВ - остатками растений и животных. Несколько позже французский ученый Б. Де Молье за исходное вещество горючих ископаемых также принял ОВ, содержащиеся в морских отложениях. При этом вулканические процессы он объяснил их горением. Русский исследователь М.В. Ломоносов в работе «О слоях земных» (1763) предположил, что нефть выгоняется подземным жаром из каменных углей в виде маслянистой жидкости и поступает в трещины и полости горных пород. В начале XIX века известный немецкий ученый А. Гумбольдт (1805) предложил гипотезу о неорганическом происхождении нефти, основанную на фактах присутствия УВ в продуктах извержения вулканов. Во второй половине XIX века немецкий химик Ганн (1864), французские химики М. Бертло (1865), М. Биассон (1873), С. Клоэц (1878) в результате лабораторных экспериментов получили широкую гамму УВ при обработке высокоуглеродистого чугуна минеральными кислотами, а также хлоридами в присутствии углекислого газа. Затем в рамках неорганической концепции происхождения нефти появились карбидная гипотеза Д.И Менделеева (1877), обоснованная им лабораторными экспериментами и геологическими наблюдениями, космическая гипотеза В.Д Соколова (1889) и другие гипотезы. Таким образом, в начале XIX века чётко обозначились два направления решения проблемы происхождения нефти: органическое и неорганическое. Сложность проблемы происхождения нефти и газа связана с их специфическим свойством – способностью мигрировать в земной коре вместе с пластовыми водами, поэтому о месте рождения нефти и газа можно судить только по косвенным признакам. Отдавая должное сложности рассматриваемой проблемы, английский геолог С. Пауэрс в первой четверти ХХ века сказал: «Ко времени, когда из земли будет извлечен последний баррель нефти, еще не будет создана гипотеза её образования, в равной мере удовлетворяющая всех заинтересованных, и согласующаяся со всеми мыслимыми геологическими условиями». Интенсивное развитие нефтяной промышленности в первой половине ХХ века показало, что проблема происхождения нефти имеет не только научное, но и большое практическое значение. Знание геологических и геохимических условий образования нефти и газа необходимо для определения направлений, методологии и методики поисков их месторождений, а также для оценки ресурсов нефти и газа на Земле. Оценивая итоги разработки проблемы происхождения нефти и газа Ю.И. Пиковский (2000) отметил, что весь ХХ век геологи вели интенсивные исследования в этой области, но в конце столетия, как и на его пороге, существуют две различные концепции – органическая и неорганическая. При этом сторонники этих концепций убеждены в том, что проблема решена однозначно. 4.2 Различия органических и неорганических концепций. Основные гипотезы и факты неорганической концепции Главные отличия в решении проблемы происхождения УВ связаны в основном с источником углерода, лежащем в основе соединений нефти и газа - биогенным, исходящим от живых организмов, или абиогенным, поступающим из мантии Земли. Отличия касаются также условий и энергетических источников процессов нефтегазообразования. В органической теории, источниками УВ считаются биолипиды, или жиры и жироподобные вещества, и биополимеры: аминокислоты, углеводы и лигнин живого вещества (ЖВ), преобразуемые в процессе литогенеза в геолипиды, или битумоиды и геополимеры. К геополимерам относятся различные гуминовые вещества. Энергетическим источником преобразования ОВ на стадии диагенеза является деятельность анаэробных бактерий, а на стадии катагенеза – температура недр. При этом образование нефти и газа происходит низкотемпературных условиях - нефти до 170 °С, а максимум образования термокаталитических газов от 180 до 250 °С. Неорганические концепции отличаются большим разнообразием представлений об образовании нефти и газа. Источниками УВ считаются: окись углерода, углекислый газ, вода, карбонаты, карбиды и гидриды металлов, а также метан, простейшие углеводородные радикалы (СН, СН2, СН3) и другие УВ глубинного происхождения. Неорганические концепции исходят из жестких термобарических условий образования нефти и газа, характерных для верхней мантии и низов земной коры. Считается также, что образованию УВ могут способствовать резкие перепады давления, электромагнитных и акустических полей, которые вызываются землетрясениями. В настоящее время среди гипотез неорганического происхождения нефти выделяются: 1) глубинная магматическая гипотеза Н.А. Кудрявцева (1951-1973); 2) баровакуумная гипотеза И.В. Гринберга (1965, 1982); 3) гипотеза дегазации мантии Земли П.Н. Кропоткина, Б.М. Валяева (1965); 4) космические гипотезы Ф. Хойла (1956) и В.П. Порфирьева (1957, 1967); 5) экзогенная космическая гипотеза Ю.Р. Каграманова и А.Е. Егикяна (2003); 6) газогеодинамические и флюидогеодинамические гипотезы К.А. Аникиева (1989), Т. Голда и С. Сотера (1985), В.И. Дюнина и А.В. Корзун (2001, 2003) и другие. Неорганические гипотезы обоснованы термодинамическими расчётами, показывающими возможность существования УВ в условиях мантии Земли при температурах до 1500-1700 °С и давлениях до 6500 МПа, лабораторными экспериментами и фактическими данными. В настоящее время установлено, что более 15 % мировых запасов нефти и газа связаны с магматическими породами и корой выветривания фундамента осадочных бассейнов. Основные факты неорганической концепции. Неорганические концепции опираются на следующие факты. Установленное наличие радикалов, углеродистых соединений и УВ в газопылевых облаках межзвёздной среды, в атмосферах Юпитера и спутника Сатурна Титана. Наличие метана в атмосферах планет-гигантов Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Наличие битумоподобных веществ в метеоритах, в составе которых присутствуют н-алканы, изопреноиды (пристан и фитан), порфирины, а также углеводы, аминокислоты, жирные кислоты, и даже оптически активные вещества. Среднее содержание ОВ в углистых хондритах достигает 5 %. Присутствие углеродистых соединений, а также водорода, окиси углерода, спиртов, метана и некоторых, более сложных УВ в продуктах магматизма мантийного происхождения, в гидротермальных системах современного и древнего вулканизма. Результаты термодинамических теоретических расчётов, указывающие на возможность существования метана и тяжелых УВ в условиях мантии Земли. Результаты лабораторных экспериментов по синтезу УВ из неорганических компонентов (мрамора, кальцита, вюстита FеО и дистиллированной воды) при давлениях и температурах, соответствующих условиям верхней мантии. Восполнение запасов УВ во многих залежах в процессе их разработки, то есть существование месторождений с самовоспроизводящимися запасами. Установленные в разных регионах увеличения дебитов скважин, вплоть до фонтанирования после их различных простоев и землетрясений. Молодой кайнозойский возраст многих залежей природного газа и нефти древних платформ, не согласующийся с возрастом вмещающих пород Наличие уникальных и крупных по запасам месторождений нефти и газа в кристаллических породах фундамента, а также следы присутствия УВ в изверженных, метаморфических и метасоматических породах. 4.3 Основные положения и факты органической теории Согласно органической теории процесс нефте- и газообразования развивается периодично, стадийно, длительно и непрерывно, имеет региональный характер и прямо связан с тектогенезом и литогенезом. Формирование месторождений происходит в течение двух следующих этапов: нефтегазообразования и нефтегазонакопления. Этап нефтегазообразования изучается в основном геохимией нефти и газа и разделяется на следующие три стадии. Стадия накопления или седиментогенеза биогенного ОВ. Эта стадия протекает в субаквальной анаэробной восстановительной среде глинистых и карбонатных осадков. Стадия биохимического преобразования ОВ или диагенеза. Главным фактором диагенеза является деятельность микроорганизмов. Диагенез ОВ протекает при погружении осадков в зону пластовых температурах от 0 до 20-50 °С. В результате ОВ преобразуется в гуминовые и сапропелевые кислоты и битумоиды, а минеральный осадок в диагенезе литифицируется и превращается в осадочную породу. Стадия термокаталитического преобразования ОВ или катагенеза, генерации и эмиграции УВ. Главным фактором катагенеза является температура. Катагенез ОВ протекает при погружении осадочных пород в зону температур от 20-50 до 300 °С. В начале катагенеза гуминовые и сапропелевые кислоты переходят в новую, нерастворимую форму – нерастворимое ОВ или кероген. Кероген нерастворим в воде, органических растворителях, кислотах и щелочах. На стадии катагенеза кероген глинистых и карбонатных пород производит битумоиды или микронефть. Поэтому данные породы называются нефте- и газопроизводящими. Битумоиды диффузно рассеяны в породе и состоят из смол, асфальтенов и УВ. На этой же стадии происходит и эмиграция или первичная миграция жидких и газообразных УВ из нефте- и газопроизводящих пород в смежно рассоложенные породы-коллекторы. Наиболее интенсивная генерация и первичная миграция жидких УВ происходит при температурах от 110 до 170 °С, а газа - при температурах от 180 до 250 °С. При температуре выше 300 °С ОВ осадочных пород полностью теряет свой генерационный или нефтегазопроизводящий потенциал и переходит в зону метаморфизма, где превращается в органический графит. Этап нефтегазонакопления изучается в основном геологией нефти и газа и разделяется на две стадии. Стадия вторичной миграция нефти и газа и формирования месторождений. Миграция нефти и газа протекает в породах-коллекторах природных резервуаров, а их аккумуляция или накопление происходит в ловушках природных резервуаров. Стадия переформирования или разрушения залежей нефти и газа происходит в результате изменения условий залегания нефти и газа ловушках и действия следующих факторов: тектонического, денудационно-эрозионного, гидродинамического, физико-химического, химического и биохимического, термально-метаморфического и диффузионного. Основные факты органической теории. Наличие в составе нефтей хемофоссилий и свойство нефтей вращать плоскость поляризации света. Генетическая связь между составом нефтей и составом ОВ нефтепроизводящих пород. Всеобщее проявление вертикальной фазово-генетической или термобарической зональности нефте- и газообразования, нефте- и газонакопления в разрезе осадочного чехла. Наличие залежей УВ в линзах песчаников, находящихся в толщах пластичных, практически непроницаемых пород. Формирование сингенетичных залежей нефти в сапропелево-кремнисто-глинистых нефтепроизводящих породах. Образование нефтяных УВ в илах современных морей и озёр. Залегание основной части скоплений нефти и газа в осадочной оболочке Земли. 4.4 Варианты решения проблемы происхождения нефти и газа в органической теории. Гибридные представления о происхождении нефти газа В настоящее время органическая теория считается наиболее разработанной и обоснованной. На её основе написаны руководящие документы Министерства топлива и энергетики и Министерства природных ресурсов, а также все учебники по геологии и геохимии нефти и газа, как в России, так в других странах. Тем не менее, в последние годы увеличивается число фактов, не укладывающихся в рамки классической органической теории. Поэтому в ней развиваются новые модификации: 1. Плитотектоническкая модель, связывающая происхождение нефти с тектоникой литосферных плит. (Х. Хедберг, О.Г. Сорохтин, С.А. Ушаков, В.В. Федынский, Л.И. Лобковский, В.П. Гаврилов). 2 Высокотемпературный флюидодинамический вариант (А.В Кудельский, К.И. Лукашев). 3. Флюидодинамическая модель (Б.А. Соколов; 1985). 4 Тектоно-механико-химическая (динамокатагенетическая или тектонодинамическая) модель (Ю.А. Пецюха). Гибридные, или смешанные представления о происхождения нефти газа появились и развиваются на основе учета данных органической и неорганической концепций. Они допускают возможность образования нефти и газа одновременно за счёт органических и неорганических источников углерода и водорода при различном их вкладе в этот процесс. Среди них можно выделить: 1) геодинамическую микстгенетическую (смешанную) концепцию В.П. Гаврилова; 2) концепцию полигенеза нефти и газа А.Н. Дмитриевского. В заключение главы, можно сделать вывод, что основные различия, или противоречия, в органических и неорганических концепциях касаются процессов нефтегазообразования. Что касается процессов нефтегазонакопления, то здесь имеются сходства. Накопление УВ происходит в ловушках осадочного чехла и верхней части фундамента осадочных бассейнов (ОБ). При этом органические концепции отдают предпочтение латеральной миграции УВ в струйной форме по пластам коллекторам, а неорганические концепции вертикальной миграции флюидов по зонам разломов. |