какие существуют нефтяные пласты
Классификация залежей нефти и газа
Классификация залежей нефти и газа, признаки и параметры
Как и любая классификация, классификация нефтяных и газовых залежей может осуществляться по разным их признакам (параметрам): по форме, размерам, фазовым соотношениям между нефтью и газом и другими параметрами.
По соотношению в залежи запасов нефти, газа и конденсата Н.Е.Еременко (1968) выделил семь классов залежей:
Классификация залежей нефти и газа по типу резервуаров
Наиболее популярной в нефтегазовой геологии является классификация залежей нефти и газа по типу резервуаров, и ловушек, разработанная И.О.Бродом (1953). По этому показателю им выделяется три основные группы залежей: пластовые, массивные и литологически ограниченные. Позже (1963) в отдельные группы были выделены стратиграфически и тектонически экранированные залежи (рис. 5).
Типичными представителями пластовых сводовых залежей являются залежи нефтяных месторождений Среднего Приобья в Западной Сибири. Примерами стратиграфически экранированных залежей являются залежи Шаимского нефтеносного района.
Примеры массивных сводов залежей нефти и газа
Примерами массивных сводовых залежей являются залежи сеноманского газа в Западной Сибири, в том числе такие гигантские залежи, как Губкинское, Медвежье, Заполярное, Ямбургское, Уренгойское месторождения. Эти залежи образовались на глубине 800 – 1000м. под региональной глинистой покрышкой туронского яруса в сводовых частях антиклинальных складок валообразной и куполовидной форм, сложенных слабо уплотненными песчаниками и алевролитами.
Литологические залежи формируются в резервуарах литологически ограниченного типа. Такие резервуары состоят из песков, песчаников и имеют сложные, иногда весьма причудливые формы. Образовались в прибрежных частях древних морей – в узких заливах, на пляжах, баровых островах, вокруг островов и др. Часто это песчаные отложения погребенных русел древних рек, пойм и подпойменных террас. Залежи имеют формы пластов, линз, карманов, колец, полуколец, козырьков, рукавов, шнурков, полос и т.д. Шнурковые (рукавообразные) залежи широко развиты в Апшероно-Нижнекуринской провинции и на некоторых месторождениях Северной Америки. Честь их открытия принадлежит академику И.М.Губкину (1911 год), который впервые их выявил и описал на примере месторождений нефти в Майкопском районе на Северном Кавказе.
Теория происхождения нефти и газа в 21 веке
Относительно происхождения природного газа так и нефти, среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции биогенная и минеральная утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли.
Минеральная теория образования нефти и газа
Биогенная теория происхождения нефти и газа
Живые организмы, погибшие и опустившиеся на дно водоёмов, разлагались в безвоздушном пространстве. Опускаясь всё глубже из-за геологических движений, остатки разложившейся органики превратились под воздействием термобарических факторов (температуры и давления) в углеводородные полезные ископаемые, в том числе и природный газ.
Нефтегазовая геология
Целью геологических исследований является обнаружение нефти и газа в недрах Земли, перспективная оценка величины месторождений, подготовка к их разработке исходя из типа залегания. Наличия в земле углеводородов являются основным предметом изучения науки. Залежью называется единичное скопление полезных ископаемых в земной коре. Небольшие месторождения редко используются в коммерческих целях, крупные источники углеводородов, разработка которых рентабельна и технически возможна, называют промышленной залежью.
За полтора века развития индустриальных способов добычи ископаемых углеводородной группы техническое оснащение и методы разработки месторождений значительно изменились и усовершенствовались, поэтому практически любое скопление полезных ископаемых позволяет извлекать их в промышленных масштабах.
С советской нефтяной геологией неразрывно связано имя её организатора, академика Губкина Ивана Михайловича. В разные годы большой вклад в развитие геологии нефти и природного газа внесли профессор губкинского университета Жданов М. А., профессор геолого-минералогических наук Бакиров А. А., профессор тюменского индустриального университета Максимов Е. М. и многие другие. Один из популяризаторов науки Игнатий Осипович Брод в середине 20 века провёл презентацию созданной им типологию залежей нефти и газа, на которой основываются разработка и проведение поисковых и разведочных работ на ископаемые.
Условия формирования скоплений углеводородного сырья являются предметом изучения геологии, эти знания помогают в определении нефтегазоносных районов, масштабов и свойств месторождений и их практического использования.
Образование углеводородных накоплений
Скопление нефти образуется в результате движения углеводородов в пластах горных пород. В образовании залежи участвуют три составляющие: коллектор углеводородов, природный резервуар и ловушка. Коллектор — горная порода пористой структуры, способная собирать, фильтровать и отдавать флюиды — нефть, газ, воду. Та часть породы, в которой содержатся скопления нефти, называется природным резервуаром. Ловушка представляет собой комбинацию пористых и слабопроницаемых пород, которая позволяет удерживать нефть в нефтеносном слое.
Передвижение углеводородного сырья между осадочных пород может происходить внутри пласта или в вертикальном направлении между пластами. При подобной миграции происходит заполнение ловушек. Поднимаясь вверх, сначала выделяются более лёгкие углеводороды, затем — тяжёлые. Изменения температуры и давления при миграции способствуют фазовым переходам углеводородов из жидкого в газообразное состояние, влияющим на количественное соотношение нефти и газа. Таким образом, происходит их разделение и формирование газовых, нефтегазовых и нефтяных ловушек.
Определённая И. О. Бродом классификация нефтегазовых залежей впоследствии была доработана и детализирована. В зависимости от геологических профилей и строения резервуаров различают следующие виды:
Соотношение мощности слоя коллектора и высоты скопления делит залежи на полнопластовые и неполно пластовые.
При освоении месторождений, кроме типа залегания, учитывают такие понятия, как пористые свойства коллектора, давление и температуру в пласте, плотность и вязкость нефти, нефтенасыщенность, положение водонефтяного контура, форму и размер слоя.
Формы и строение пластов
Каждая залежь индивидуальна в деталях, т. к. различается совокупность факторов, способствующих её образованию. Но существуют общие принципы строения, которые позволили выделить несколько основных элементов. Залежи делятся на пластово-сводовые, встречающиеся на практике чаще всего, и экранированные.
Выделяют следующие элементы этих видов слоёв:
Глубина залегания — расстояние от поверхности земли до кровли пласта — влияет на свойства нефти, весовой коэффициент содержания углеводородов в залежи. А также этот показатель имеет значение при разработке месторождения.
Классификация слоёв
Нефтегазовое месторождение представляет собой единственную залежь или их совокупность, ограниченных территориально, имеющих качественный состав и количественные показатели полезных ископаемых пригодные для промышленной разработки. Специфика образования углеводородного сырья определяет неизменное соседство нефти и газа в земных недрах. Но процентное соотношение их содержания в порах пласта-коллектора всегда различно, поэтому существует классификация по типу углеводородов:
В зависимости от объёма запасов и углеводородного состава нефтегазовые ресурсы делятся на прогнозные, перспективные и локальные, а также геологические и извлекаемые.
Для подсчёта запасов нефти и газа применяют объёмный метод, который основан на исследовании строения залежи. По совокупности параметров в итоге определяется экономическая целесообразность её разработки.
Откуда берется нефть
Нефтяные месторождения — уникальное хранилище энергии, образованной и накопленной на протяжении миллионов лет в недрах нашей планеты. В этом материале — о том, какой путь проделала нефть, прежде чем там оказаться, из чего она состоит и какими свойствами обладает
Две гипотезы
У ученых до сих пор нет единого мнения о том, как образовалась нефть. Существуют две принципиально разные теории происхождения нефти. Согласно первой — органической, или биогенной, — из останков древних организмов и растений, которые на протяжении миллионов лет осаждались на дне морей или захоронялись в континентальных условиях. Затем перерабатывались сообществами микроорганизмов и преобразовывались под действием температуры и давлений в результате тектонического опускания вглубь недр, формируя богатые органическим веществом нефтематеринские породы.
Необходимые условия для превращения органики в нефть возникают на глубине в так называемом нефтяном окне — при температуре от 70 до 190°C. В верхней его части температура недостаточно высока — и нефть получается «тяжелой»: вязкой, густой, с высоким содержанием смол и асфальтенов. Внизу же температура пластов поднимается настолько, что молекулы органического вещества дробятся на самые простые углеводороды — образуется природный газ. Затем под воздействием различных сил, в том числе градиента Градиент давления характеризует степень изменения давления в пространстве, в данном случае — в зависимости от глубины пласта давления, углеводороды мигрируют из нефтематеринского пласта в выше- или нижележащие породы.
60 млн лет может занимать природный процесс образования нефти из органических останков
Природный процесс образования нефти из органических останков занимает в среднем от 10 до 60 млн лет, но если для органического вещества искусственно создать соответствующий температурный режим, то на его переход в растворимое состояние с образованием всех основных классов углеводородов достаточно часа. Подобные опыты сторонники органической гипотезы толкуют в свою пользу: преобразование органики в нефть налицо. В пользу биогенного происхождения нефти есть и другие аргументы. Так, большинство промышленных скоплений нефти связано с осадочными породами. Мало того — живая материя и нефть сходны по элементному и изотопному составу. В частности, в большинстве нефтяных месторождений обнаруживаются биомаркеры, такие как порфирины — пигменты хлорофилла, широко распространенные в живой природе. Еще более убедительным можно считать совпадение изотопного состава углерода биомаркеров и других углеводородов нефти.
Состав и свойства нефти
ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕФТИ МОГУТ ЗНАЧИТЕЛЬНО РАЗЛИЧАТЬСЯ ДЛЯ РАЗНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Основные химические элементы, из которых состоит нефть: углерод — водород — и сера — до 7%. Последняя обычно присутствует в виде сероводорода или меркаптанов, которые могут вызывать коррозию оборудования. Также в нефтях присутствует до 1,7% азота и до 3,5% кислорода в виде разнообразных соединений. В очень небольших количествах в нефтях содержатся редкие металлы (например, V, Ni и др.).
От месторождения к месторождению характеристики и состав нефти могут различаться очень значительно. Ее плотность колеблется от 0,77 до 1,1 г/см³. Чаще всего встречаются нефти с плотностью кипения варьирует от 30 до 600°C в зависимости от химического состава. На этом свойстве основана разгонка нефтей на фракции. Вязкость сильно меняется в зависимости от температуры. Поверхностное натяжение может быть различным, но всегда меньше, чем у воды: это свойство используется для вытеснения нефти водой из пор пород-коллекторов.
Большинство ученых сегодня объясняют происхождение нефти биогенной теорией. Однако и неорганики приводят ряд аргументов в пользу своей точки зрения. Есть различные версии возможного неорганического происхождения нефти в недрах земли и других космических тел, но все они опираются на одни и те же факты. Во-первых, многие, хотя и не все месторождения связаны с зонами разломов. Через эти разломы, по мнению сторонников неорганической концепции, нефть и поднимается с больших глубин ближе к поверхности Земли. Во-вторых, месторождения бывают не только в осадочных, но также в магматических и метаморфических горных породах (впрочем, они могли оказаться там и в результате миграции). Кроме того, углеводороды встречаются в веществе, извергающемся из вулканов. Наконец, третий, наиболее весомый аргумент в пользу неорганической теории состоит в том, что углеводороды есть не только на Земле, но и в метеоритах, хвостах комет, в атмосфере других планет и в рассеянном космическом веществе. Так, присутствие метана отмечено на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. На Титане, спутнике Сатурна, обнаружены реки и озера, состоящие из смеси метана, этана, пропана, этилена и ацетилена. Если на других планетах Солнечной системы эти вещества могут образовываться без участия биологических объектов, почему это невозможно на Земле?
Этапы образования нефти
СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕФТИ
В ловушке
Помимо чисто научного интереса гипотезы, объясняющие происхождение нефти и газа, имеют еще и политическое звучание. Действительно, раз уж нефть может получаться из неорганических веществ и темпы ее образования не десятки миллионов лет, как предполагает биогенная концепция, а во много тысяч раз выше, значит, проблема скорого исчерпания запасов становится как минимум не столь однозначной. Однако для нефтяников вопрос о том, откуда берется нефть, принципиален скорее с той точки зрения, может ли теория предсказать, где именно нужно искать месторождения. С этой задачей органики справляются лучше.
В сугубо прагматическом отношении для добычи важно знать даже не то, где нефть зародилась, а где она находится сейчас и откуда ее можно извлечь. Дело в том, что в земной коре большая часть нефти не остается в материнской породе, а перемещается и скапливается в особых геологических объектах, называемых ловушками. Даже если предположить, что нефть имеет неорганическое происхождение, ловушки для нее все равно за редким исключением находятся в осадочных бассейнах.
Под действием различных факторов углеводороды отжимаются из нефтематеринских пород в породы-коллекторы, способные вмещать флюиды (нефть, природный газ, воду). Таким образом, нефтяное месторождение — вовсе не подземное «озеро», заполненное жидкостью, а достаточно плотная структура. Коллекторы характеризуются пористостью (долей содержащихся в них пустот) и проницаемостью (способностью пропускать через себя флюид). Для эффективного извлечения нефти из коллектора важно благоприятное сочетание обоих этих параметров.
Типы коллекторов
БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ ЗАПАСОВ НЕФТИ СОДЕРЖИТСЯ В ДВУХ ТИПАХ КОЛЛЕКТОРОВ
Терригенные (пески, песчаники, алевролиты, некоторые глинистые породы и др.) состоят из обломков горных пород и минералов. Этот тип коллекторов наиболее распространен: на них приходится 58% мировых запасов нефти и 77% газа. В качестве пустотного пространства, в котором накапливается нефть, в основном выступают поры — свободное пространство между зернами, из которых состоит коллектор.
Карбонатные (в основном известняки и доломиты) занимают второе место по распространенности (42% запасов нефти и 23% газа). Имеют сложную трещиноватую структуру. Нефть обычно содержится в кавернах, появившихся в результате выветривания и вымывания твердой породы, а также в трещинах. Наличие трещин влияет и на фильтрационные свойства коллектора, обеспечивая проводимость жидкости.
Вулканогенные и вулканогенно-осадочные (кислые эффузивы и интрузивы, пемзы, туфы, туфопесчаники и др.) коллекторы отличаются характером пустотного пространства — в основном это трещины, — резкой изменчивостью свойств в пределах месторождений.
Глинисто-кремнисто-битуминозные отличаются значительной изменчивостью состава, неодинаковой обогащенностью органическим веществом. Промышленная нефтеносность глинисто-кремнисто-битуминозных пород установлена в баженовской (Западная Сибирь) и пиленгской (Сахалин) свитах.
Двигаясь по коллектору, флюид в какой-то момент может упереться в непроницаемый для него экран — флюидоупор. Слои такой породы называют покрышками, а вместе с коллектором они формируют ловушки, удерживающие нефть и газ в месторождении. В классическом варианте в верхней части ловушки может присутствовать газ (он легче). Снизу залежь подстилается более плотной, чем нефть, водой.
Классификации ловушек чрезвычайно разнообразны (часть из них см. на рис.). Наиболее простая и с точки зрения геологоразведки, и для дальнейшей добычи — антиклинальная ловушка (сводовое поднятие), перекрытая сверху пластом флюидоупора. Такие ловушки образуются в результате изгибов пластов осадочного чехла. Однако помимо изгибов внутренние пласты претерпевают и множество других деформаций. В результате тектонических движений, например, пластколлектор может деформироваться и потерять свою однородность. В этом случае процессы геологоразведки и добычи оказываются намного сложнее. Еще одна неприятность, которая поджидает нефтяников со стороны ловушек, — замещение проницаемых пород, обладающих хорошими коллекторскими свойствами, например песчаников, непроницаемыми. Такие ловушки называются литологическими.
Нефтеносные пласты, пески, породы, слои, сланцы
Нефтеносный пласт представляет собой совокупность связанных между собой горных пород, которые содержат пустоты или системы трещин.
В них могут циркулировать различные жидкости, такие как:
Элементы представляют собой сложную мозаичную структуру, в которой гидрофильные участки могут соединяться с гидрофобными. Стоит отметить то, что «черное золото» адсорбируется на поверхности породы. Нефть гидрофобизирует ее и изменяет условия смачивания. Пласты, как правило, встречаются на большой глубине с пластовым давлением 14-15 МПа. Это гораздо ниже гидростатического.
Все виды нефтеносных коллекторов объединяются в одну группу, давление которых близко друг к другу. Пласт разрабатывается методом внутреннего горения по пятиточечной схеме. Она располагается в центрах систем по одной нагнетательной скважине. Процесс горения элементов осуществляется по прямоточному варианту.
Нефтеносные районы, пласты и бассейны в России
Добыча и переработка нефтепродуктов имеет огромное значение для развития большинства регионов Российской Федерации. На территории страны выделяют несколько областей, которые располагают запасами углеводородов. Их еще называют нефтеносные провинции. Добыча залежей и разработка месторождений стремительно набирает оборотов. И совершенно не зря. Нефтяная промышленность является одним из самых развитых и прибыльных сегментов народного хозяйства. Она относится непосредственно к видам тяжелой индустрии.
Самые крупные нефтеносные районы России – это:
На сегодняшний день 84% экспорта составляет сырье, которое попадает в трубопроводную систему. Остальная часть приходится на потребление различными видами транспорта.
Производство нового оборудования, автоматизация систем управления, а также разработка инновационных методов существенно влияет на развитие индустрии. Поэтому отличным вариантом станет посещение ежегодной выставки международного уровня «Нефтегаз».
Традиционно выставка проходит в павильонах всемирно известного комплекса «Экспоцентр». Это отличная возможность для специалистов и представителей отрасли ознакомиться с новыми тенденциями и направлениями.
Крупные нефтеносные районы мира
Нефтепродукты представляют собой маслянистые горючие природные жидкости, которые состоят из сложной смеси углеводородов и некоторых органических соединений. Они являются одними из самых полезных ископаемых на планете. Тем не менее, залежи распределяются неравномерно. Запасы энергоресурсов на самых больших месторождениях превышают 10 млрд. тонн.
Крупнейшие нефтеносные районы мира включают следующие регионы:
Ранее «черное золото» добывалось кустарным способом, как правило, с помощью колодцев. Основными регионами добычи являлись Бакинский и Пенсильванский. В начале 20 века нефтепродукты производились уже в 19 странах мира. Особенно расширилась добыча после Второй мировой войны. Число стран увеличилось до 45, а в конце семидесятых углеводороды производились в 80 государствах.
Поиск новых нефтеносных пластов
Одним из видов нетрадиционной нефти являются битуминозные пески. Они представляют собой горючее полезное ископаемое. Альтернативным вариантом становится поиск новых источников добычи нефтепродуктов. Это связано непосредственно с сокращением объемов залежей.
Нефтеносные пески, по подсчетам экспертов, в недалеком будущем могут покрыть мировые потребности в запасах «черного золота». Это объясняется еще и тем, что технологии требуют больших затрат энергии и пресной воды. На запасы нефти в песках возлагают огромные надежды.
Единственной проблемой остается экология. Разработка битумов сопровождается значительными выбросами углекислого газа в атмосферу.
Однако увеличение их добычи дает возможность расширить экспорт:
Как правило, нефтеносный слой бывает сильно насыщен, поэтому сырье вытекает из него ручьями или непосредственно выжимается при сжатии песка в кулаке. До недавнего времени большинство компаний не принимали во внимание технологию разработки битумов. Основной причиной этого являются значительные затраты. Однако на сегодняшний день компании сбились с ног в поисках новых мест добычи. Поэтому битуминозные пески являются источником амбициозных планов для энергетики.
Нефтеносные сланцы, пласты и слои
Нефтеносные сланцы представляют собой еще один способ получения углеводородов.
Из них добывается «черное золото» посредством применения:
При получении сланцевой нефти твердые остатки органической материи преобразуются из горной породы в синтетические углеводороды. Сырье может использоваться как топливо или же непосредственно подвергаться переработке на заводах. Таким образом, удаляются примеси и серы и азота.
Сланцы являются одним из видов горных пород, которые содержат большое количество органических веществ.
Их основная часть залежей расположена в:
Они распределяются на планете неравномерно. Сланцы образовались много лет назад из растительных и животных остатков. Нефтеносная порода находится в твердом или жидком состоянии. Сырье, добытое из них, называют еще тяжелым битумом. Его переработка требует затрат значительного количества денежных средств, поэтому такой продукт являются более дорогостоящим, чем обычное «черное золото».
Технология добычи нефти
Одним из самых экспериментальных методов добычи углеводородов на сегодняшний день является технология плазменно-импульсного воздействия на нефтеносный пласт. Она основана на резонансных свойствах коллектора. Ее суть заключается в том, что электрический ток высокого напряжения пропускают через электроды разрядника в районе интервала рабочего времени внутри буровой установки.
Эта технология является инновационной и позволяет повысить уровень добычи сырья. Она непосредственно повышает уровень нефтеотдачи. Была разработана в середине 90-х годов при участии Санкт-Петербургского Государственного горного университета и ФГУП «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова». Данный метод относится к числу экологически чистых и универсальных технологий. Кроме того, ее можно применять как на добывающих, так и нагнетательных скважинах.
Методы разработки нефтеносных пластов на выставке
Авторитетным событием в нефтяной индустрии является международная выставка «Нефтегаз». Ее организатором является всемирно известный комплекс ЦВК «Экспоцентр». Устроители проекта создали максимально комфортные условия для ведения делового общения, развития сегмента, а также обмена опытом и знаниями. Экспозиция представляет собой непосредственно площадку для выработки бизнес-решений.
На выставке будет представлена следующая тематика:
Проведение выставки играет огромную роль для развития нефтегазовой промышленности в целом. Проект непосредственно определяет приоритетные направления развития сегмента в целом.
«Нефтегаз» является событием мирового уровня, что способствует увеличению конкурентоспособности отечественной отрасли, а также улучшению технологических методов производства. Это уникальная возможность для запуска новых проектов и ознакомления с перспективами развития индустрии. Кроме того, здесь можно установить прямые торговые связи и решить маркетинговые задачи.
На выставке обязательно будут демонстрироваться новые методы разработки нефтеносных пластов.