Земная кора сложена из горных пород, которые по происхождению делятся на три группы: магматические (или изверженные), осадочные и метаморфические (или видоизмененные).
Магматические породы образовались в результате застывания магмы и имеют в основном кристаллическое строение. Животных и растительных остатков в них не содержится. Типичные представители магматических пород — базальты и граниты.
Осадочные породы образовались в результате осаждения органических и неорганических веществ на дне водных бассейнов и поверхности материков. В свою очередь они делятся на обломочные породы, а также породы химического, органического и смешанного происхождения.
Глава 2. Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений 51
Основные известные месторождения нефти и газа сосредоточены именно в осадочных породах. Характерный признак осадочных горных пород — их слоистость. Данные породы сложены в основном из почти параллельных слоев (пластов), отличающихся друг от друга составом, структурой, твердостью и окраской. Поверхность, ограничивающая пласт снизу, называется подошвой, а сверху — кровлей.
Пласты осадочных пород могут залегать не только горизонтально, но и в виде складок (рис. 2.1.1), образовавшихся в ходе колебательных, тектонических и горообразовательных процессов. Изгиб пласта, направленный выпуклостью вверх, называется антиклиналью, а выпуклостью вниз — синклиналью. Соседние антиклиналь и синклиналь в совокупности образуют полную складку.
кровля пласта
Рис. 2.1.1. Складка, образованная осадочными породами
В России почти 90% найденных нефти и газа находятся в антиклиналях, за рубежом — около 70%. Размеры антиклиналей составляют в среднем: длина 5... 10 км, ширина 2...3 км, высота 50...70 м. Однако известны и гигантские антиклинали. Так, самое крупное в мире нефтяное месторождение Гавар (Саудовская Аравия) имеет размеры в плане 225x25 км и высоту 370 м, а газовое месторождение Уренгой (Россия): 120x30 км при высоте 200 м.
По проницаемости горные породы делятся на проницаемые (коллекторы) и непроницаемые (покрышки). Коллекторы — это любые горные породы, которые могут вмещать в себя и отдавать жидкости и газы, а также пропускать их через себя при перепаде давления.
52 Часть I. Основы нефтегазового дела
Наилучшими коллекторскими свойствами обладают поровые коллекторы. Неплохими способностями вмещать в себя и отдавать жидкости и газы, а также пропускать их через себя могут обладать и другие типы коллекторов. Так, на некоторых месторождениях Саудовской Аравии взаимосвязанные системы трещин создают каналы длиной до 30 км. К трещиноватым коллекторам за рубежом приурочено более 50% открытых запасов нефти, а в России — 12%.
Покрышки — это практически непроницаемые горные породы. Обычно ими бывают породы химического или смешанного происхождения, не нарушенные трещинами. Чаще всего роль покрышек выполняют глины: смачиваясь водой, они разбухают и закрывают все поры и трещины в породе. Кроме того, покрышками могут быть каменная соль и известняки.
Состав нефти и газа. Нефть и газ — это жидкие и газообразные горные породы. Вместе с другими горючими осадочными породами (торф, бурый и каменный уголь, антрацит) они образуют семейство каустобиолитов, т. е. горючих органических пород.
Говоря о составе нефти, различают элементный, фракционный и групповой составы.
Основными ее элементами являются углерод (83...87%) и водород (11... 14%). Наиболее часто встречающаяся примесь — сера (до 7%), хотя во многой нефти серы практически нет. Сера содержится в нефти в чистом виде (самородная), в виде сероводорода или меркаптанов. Она усиливает коррозию металлов. Азота в нефти не больше 1,7%; он совершенно безвреден в силу своей инертности. Кислород встречается в нефти не в чистом виде, а в различных соединениях (кислоты, фенолы, эфиры и т. д.); его в нефти не более 3,6%. Из металлов в нефти присутствуют железо, магний, алюминий, медь, натрий, олово, кобальт, хром, германий, ванадий, никель, ртуть и др. Содержание металлов столь мало, что они обнаруживаются лишь в золе, остающейся после сжигания нефти.
Фракционный состав нефти определяется при разделении соединений по температуре кипения. Фракцией (дистиллятом) называется доля нефти, выкипающая в определенном интервале температур. Началом кипения фракции считают температуру падения первой капли сконденсировавшихся паров. Концом кипения фракции считают температуру, при которой испарение фракции прекращается. Так, бензины выкипают в пределах 35...205 "С, керосины — 150...315 "С, дизельные топлива — 180...350 "С, масла — 350 °С и выше.
Под групповым составом нефти понимают количественное соотношение в ней отдельных групп углеводородов и соединений.
Глава 2. Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений 53
Углеводороды представляют собой химические соединения углерода и водорода. Они бывают парафиновые, нафтеновые и ароматические. Кроме углеводородов, в нефти содержатся кислородные, сернистые и азотистые соединения.
К числу основных кислородных соединений, содержащихся в нефти, относятся нафтеновые кислоты и асфальто-смолистые вещества. Нафтеновые кислоты вызывают коррозию металлов. Асфальто-смолистые вещества — это сложные высокомолекулярные соединения, содержащие, кроме углерода и водорода, кислород (до 2%), серу (до 7%) и азот (до 1%). При обычных температурах они представляют собой малотекучее или твердое вещество с плотностью, превышающей плотность воды. Часть асфальто-смолистых веществ, растворимая в бензине, называется смолой, а нерастворимая — асфальтом. Содержание сернистых соединений в отдельной нефти доходит до 6%. Однако встречается и малосернистая нефть.
Азотистые соединения представлены, в частности, порфиринами. Природные газы делятся на три группы:
• газы, добываемые из чисто газовых месторождений;
• газы, добываемые из газоконденсатных месторождений;
• газы, добываемые вместе с нефтью из нефтяных месторождений.
Все газы представляют собой смеси парафиновых углеводородов с азотом, сероводородом, углекислым газом и другими компонентами, но в разных пропорциях. Газы чисто газовых месторождений наиболее легкие, они на 90% и более состоят из метана. Газы нефтяных месторождений (их также называют попутным нефтяным газом) наиболее тяжелые, содержание метана в них от 30 до 70%. Газы газоконденсатных месторождений несколько более тяжелы, чем газы чисто газовых месторождений, но легче, чем нефтяной газ; метана в них от 80 до 90%.
Природный газ бесцветен, а при отсутствии в нем сероводорода не имеет запаха.
Образование месторождений нефти и газа. Для формирования крупных скоплений нефти и газа необходимо выполнение ряда условий: наличие проницаемых горных пород (коллекторов), непроницаемых горных пород, ограничивающих перемещение нефти и газа по вертикали (покрышек), а также пласта особой формы, попав в который, нефть и газ оказываются как бы в тупике (ловушке).
Скопление нефти и газа, сосредоточенное в ловушке в количестве, достаточном для промышленной разработки, называется залежью. Наиболее часто залежи углеводородов встречаются в ловушках анти-
54Часть I. Основы нефтегазового дела
клинальноготипа, представляющих собой подземную куполообразную структуру. В общем случае в верхней части продуктивного пласта располагается свободный газ (газовая шапка), внизу — вода, а между ними нефть.
Поверхность, разделяющая нефть и воду или нефть и газ, называется соответственно водонефтяным или газонефтяным контактом. Линия пересечения поверхности контактов с кровлей пласта называется соответственно внешним контуром нефтеносности или газоносности, а с подошвой пласта — внутренним контуром нефтеносности или газоносности. Кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой нефтегазоносного пласта называют его толщиной.
Под месторождением нефти и газа понимается совокупность залежей, приуроченных к общему участку земной поверхности. Месторождение называют газовым, если оно содержит только газовые залежи, состоящие более чем на 90% из метана. К газоконденсатным относят такие газовые месторождения, из газа которых при снижении давления до атмосферного выделяется жидкая фаза — конденсат. Если месторождение состоит из нефтяных или газонефтяных залежей, то оно соответственно называется нефтяным или газонефтяным.
