Нефть и газ


Рождение, жизнь и смерть нефти и ее промышленных скоплений

 
 И.С. Гулиев, А.А. Фейзуллаев, М.А. Эфендиева
 Из книги «Все о нефти»
 
 
Нефть (рассеянная или микронефть) образовалась в результате изменений, переработки ископаемого органического вещества. Она рассредоточена и рассеяна в больших объемах горных пород. Какие силы заставили ее сконцентрироваться на относительно небольших пространствах, как образуются, живут и разрушаются залежи.

 
Существует ряд гипотез, объясняющих как регионально рассеянная нефть, мигрировала и сконцентрировалась в значительных объемах в локальных ловушках. Одна из них связана с уменьшением объема пород под воздействием нагрузки вышележащих пластов. Эффект подобный отжатию воды из губки. При уплотнении глин выделяются огромные объемы воды, которые вымывают образовавшуюся в глинах микронефть в так называемые породы – коллекторы, т.е. породы с высокими емкостно-фильтрационными свойствами.

 
Расчеты показывают, что такой процесс весьма вероятен и способен объяснить масштабы аккумуляции нефтей в ловушках.

 
Другой механизм связан с действием сжатых газов. Сжатые газы обладают огромной растворяющей силой и способны переместить огромные объемы нефти на большие расстояния. Путями перемещения флюидов с растворенной нефтью обычно служат разломные зоны. Направление перемещения (миграции) определяется ориентаций разломов и перепадом давлений. Флюиды могут перемещаться как в пределах одного пласта, так и из одного пласта в другой. Нефть может перемещаться и в свободной фазе, хотя вероятность такого перемещения меньше. Как бы, не перемещалась нефть, необходимы достаточные объемы пустот, где она сможет накапливаться. Как уже отмечалось выше, породы, где нефть может перемещаться накапливаться и извлекаться, называются коллекторами. Если формулировать более точно – это любые проницаемые горные породы, в которых возможно движение природных флюидов под действием гравитационных сил или градиентов давлений, существующих в верхней части земной коры. Однако одних коллекторов недостаточно, поскольку динамические процессы в земной коре происходят непрерывно и нефть, под влиянием этих процессов, будет постоянно перемещаться, так и не накапливаясь.

 
Другим необходимым условием рождения залежи является перекрытие пластов непроницаемыми породами или как их еще называют покрышками. Эти своеобразные экраны препятствуют межформационному (межпластовому) движению флюидов. Обычно это глины, каменная соль, гипсы, реже плотные известняки и мергели. Но и этого условия недостаточно. Система пластов, состоящая из проницаемых пород (песчаники, известняки) и покрышек (глины, соли) не имеющая изгибов никогда не будет содержать большие объемы нефти. Для ее накопления (или аккумуляции) необходимо наличие ловушек – особой формы пласта, попав в которую нефть не в состоянии двигаться; именно здесь в течение, миллионов лет происходит постепенно накопление нефти и газа.

 
По своей форме ловушки могут быть самыми разнообразными. Если пласт в пределах ловушки заполнен нефтью или газом, то это уже единичное скопление. Несколько залежей в пределах одной ловушки образует месторождение. Как правило, такие единичные скопления распространены целыми семействами месторождений. Каждое такое семейство образует особые зоны нефтегазонакопления. Несколько таких зон приуроченных к одному крупному структурному элементу земной коры объединяют в нефтегазоносную область, а несколько последних в нефтегазоносную провинцию. Проходит немало времени от образования рассеянной нефти, ее миграции и накопления в ловушки. Горообразовательные процессы безжалостно меняют лик осадочного бассейна, происходит смятие, разрыв пластов, разрушение ловушек. На месте некогда системы залежей образуются отдельные перемятые разорванные пласты и породы. Это механическое разрушение залежи. Так нефтяная залежь частично или полностью перестает существовать. А как ведет себя заключенная в ней нефть?

 
Состав нефти, как неравновесной системы, постоянно изменяется. Он изменяется как под воздействием внутренних факторов, так и внешних.

 
Движущей силой внутреннего изменения нефтей является энтропия системы углеводородов. Согласно второму закону термодинамики, любая смесь углеводородов будет стремиться к такому взаимоотношению соединений в своем составе, которое обеспечивает минимум свободной энергии.

 
В нефтях максимумом свободной энергии обладают масла, смолы, ароматические углеводороды. Набольшие величины свободной энергии имеют метановые углеводороды. Любая нефть во времени претерпевает направленные изменения, в соответствии с которыми углеводороды с большими величинами свободной энергии будут переходить в углеводороды с минимальными ее величинами. Этот процесс усиливается при увеличении температуры.

 
Такие процессы в реальном масштабе времени можно наблюдать в лабораторных условиях и на нефтеперерабатывающих заводах. При повышении температуры происходит распад сложных соединений с образованием простых. Возникшая в недрах Земли нефтяная залежь постепенно погружается все ниже и ниже в зону высоких температур. Уже при температуре выше 200°С при нормальном гидростатическом давлении нефть долго существовать не может, жидкие углеводороды превращаются в газообразные. Вопрос о предельных глубинах сохранения нефти очень важен с практической точки зрения, поскольку определяет возможность обнаружения нефти на больших глубинах. То, о чем мы говорили – это общие условия для всех бассейнов мира. Правда среди них есть уникальные, где нефть, может сохраняться до глубин 10 км и более (месторождение Тибор в Мексиканском заливе), об этом мы поговорим позже.

 
Итак, одним из факторов способствующих разрушению залежей нефти является погружение ее на большие глубины. Другим прямо противоположным фактором является поднятие ее к поверхности. Там действуют не менее жестокие разрушители: микроорганизмы и подземные воды. Оба этих процесса наиболее интенсивно проходят там, где происходит проникновение в пласт инфильтрационных вод. Сущность разрушения нефти микроорганизмами заключается в том, что бактерии частично или полностью уничтожают углеводороды, вначале метановые и их разновидности, затем нефтеновые и ароматические. В результате нефть теряет легкие компоненты, в ней увеличивается содержание смол, асфальтенов, гетеросоединений и она становится более тяжелой.

 
Вымывание водой и окисление нефтей изменяют ее в том же направлении, как и взаимодействие с микроорганизмами. Вымывание водой приводит к удалению из нефти более растворимых углеводородов. В целом легкие углеводороды растворяются лучше, чем тяжелые. Таким образом, два противоположных по направлению тектонических движения – погружение на глубины, а затее подъем к поверхности приводят сначала к образованию, а затем к гибели нефтяной залежи. Нефть очень капризное вещество, для сохранения ее качества (в коммерческом смысле) необходимы особые условия: умеренные температуры и давления, изоляция от поверхностных вод и кислорода. В противном случае нефть превращается либо в газ, либо в смолистые асфальтено-подобные вещества. Следов разрушения нефти на Земле очень много. Самые крупные запасы сильно измененной тяжелой нефти и битумов сосредоточены в Канаде, Венесуэле, России. Разработка их требует использования специальных технологий и связана с большими капиталовложениями.