В. И. Кислухин, И. В. Кислухин, В. Н. Бородкин

В.И.Кислухин, И.В.Кислухин, В.Н.Бородкин

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

По курсу «ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА»

(для студентов негеологических специальностей

Очного и заочного отделений)

Г. Тюмень, 2008.

УДК 553.982.23(571.3)

Кислухин В.И., Д.Г.-М.Н., ПРОФЕССОР КАФЕДРЫ ГНГ ИГиГ ТГНГУ

Кислухин И.В., АССИСТЕНТ КАФЕДРЫ ГНГ ИГиГ ТГНГУ

Бородкин В. Н., Д.Г.-М.Н., ПРОФЕССОР КАФЕДРЫ ГНГ ИГиГ ТГНГУ

 

 

Учебное пособие по курсу “Геология нефти и газа”. – Тюмень: ТГНГУ, 2008.-48с.

 

Учебное пособие представляет собой краткий курс лекций по геологии нефти и газа для студентов негеологических специальностей. Приводятся сведения об истории нефтяной промышленности, открытии нефтегазоносных провинций. Даются основные понятия и формулировки курса, основы поисково-разведочного процесса, структура запасов и ресурсов.

 

 

Рецензенты: Папин Ю.С., д.г.-м.н, профессор ТГНГУ.

Бочкарев В.С., к.г.-м.н., ОАО «СибНАЦ».

 

Оглавление

 

	Введение………………………………………………………………..
	Геология нефти и газа – цели и задачи исследований………………
	Каустобиолиты…………………………………………………………
	Физические свойства нефтей………………………………………….
	Физические свойства газов……………………………………………
	Накопление органического вещества в природе и пути его преобразования…………………………………………………………
	Классификация битумов нефтяного ряда…………………………….
	Формирование и разрушение залежей нефти и газа………………….
	Природные резервуары………………………………………………..
	Коллекторские свойства горных пород………………………………
9.1	Основные типы коллекторов………………………………………….
	Этапы поисково-разведочного процесса……………………………..
10.1	Поиски скоплений нефти и газа………………………………………
10.1.1	Региональные работы поискового этапа……………………………...
10.1.2	Детальные поисковые работы…………………………………………
10.2	Разведка скоплений нефти и газа……………………………………..
10.2.1	Предварительная разведка…………………………………………….
10.2.2	Детальная разведка…………………………………………………….
	Принципы размещения разведочных скважин………………………
	Комплекс исследований и документация при бурении скважин…...
	Методы сопоставления разрезов скважин……………………………
	Выделение эксплуатационных объектов……………………………..
	Полевые геофизические методы исследований……………………...
	Прямые геофизические и геохимические методы поисков…………
16.1	Геофизические методы исследований………………………………..
16.2	Геохимические методы исследований………………………………..
16.3	Гидрогеологические и гидрохимические методы исследований…...
16.4	Буровые работы…………………………………………………………
	Геологическая история формирования земной коры в связи с нефтегазоносностью…………………………………………………….
	Ресурсы и запасы нефти и газа…………………………………………
	Вопросы для 1 аттестации……………………………………………...
	Вопросы для 2 аттестации……………………………………………...

 

Введение

 

Настоящее учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Геология нефти и газа» для студентов негеологических специальностей. Оно позволит в доступной форме ознакомиться с целями и задачами нефтяной геологии, закономерностями строения и пространственного размещения месторождений нефти и газа. Пособие рассчитано на курс лекций в объеме 17 часов, а курс практических занятий в объёме 17 часов представлен в самостоятельной работе. Вопросы для закрепления курса и проведения аттестаций даются после основного текста.

Геология нефти и газа – цели и задачи исследований

 

Нефтяная промышленность является одной из основных отраслей народного хозяйства. Трудно переоценить значение нефти в нашей жизни: это бензин, керосин, различные масла, пластмассы и другие материалы без которых мы не мыслим современную жизнь.

Геология нефти и газа – это наука о закономерностях строения, формирования и пространственного размещения месторождений нефти и газа в земной коре.

Главная цель – установление закономерностей в размещении нефти и газа в земных недрах, районировании нефтегазоносных территорий по перспективам, разработка методов прогноза нефтегазоносности, проведение поисковых и разведочных работ на нефть и газ, подготовка запасов углеводородного сырья к разработке. В своих исследованиях нефтегазовая геология опирается на достижения таких наук как физика, химия, математика, механика и многих других. Наиболее тесная связь со всеми науками о земле – сейсморазведкой, комплексом гравиметрических, магнитометрических и электрических методов изучения земных недр.

Предметом изучения геологии нефти и газа являются залежи и месторождения нефти газа, нефтегазоносные районы, области, провинции.

Залежь – это единичное скопление нефти или газа в земной коре, имеющее промышленное значение.

Месторождение – это совокупность залежей нефти и газа в земной коре, контролируемая единым тектоническим элементом.

До середины XIX столетия нефть в промышленных масштабах не разрабатывалась, поскольку не было технических средств для её добычи. Нефть добывалась кустарным способом из колодцев вблизи её естественных выходов.

Решающую роль в развитии нефтяной промышленности сыграло бурение скважин. Первая скважина была пробурена в Бакинском районе в 1848 году. Но промышленная нефть получена только в 1871 году. Первый нефтеперегонный завод в России построен на Кавказе в 1821 году. Главным образом, он производил керосин. Первоначально нефть добывалась лишь в районе Баку и на Северном Кавказе. 1872 год – получен первый промышленный приток нефти в районе Ухты. В первые советские пятилетки была открыта Волго-Уральская нефтегазоносная провинция. На территории Западной Сибири первый промышленный приток природного газа был получен в 1953 году (Березовское месторождение), первое нефтяное месторождение (Шаимское) открыто в 1960 году. 1962 год – первое газовое месторождение в Заполярье – Тазовское. Самое крупное месторождение нефти в Западной Сибири – Самотлорское, газа – Уренгойское.

 

Каустобиолиты

 

Нефть, газ, угли, горючие сланцы и другие природные органические соединения составляют особую группу горючих ископаемых – каустобиолиты.

Перевод с латинского языка (kausto-горючий, bios-жизнь, litos-камень).

Каустобиолиты возникли в результате преобразований в недрах земли органического вещества, первоисточником которого являются остатки живых организмов и растений. Общая направленность этих преобразований начинается на земной поверхности или дне водоема и продолжается по мере погружения осадка в недра земной коры, при этом постепенно происходит обогащение органического вещество углеродом. Все горючие полезные ископаемые подразделяются на два больших ряда: угольный и нефтяной. К первому относятся: каменный уголь, торф, горючие сланцы. Нефтяной ряд включает в себя подвижные вещества – нефть, газ, конденсат.

Нефть – это жидкий горючий минерал, состоящий из органических соединений, основную часть которых составляют углеводороды. По внешнему виду, нефть – темная, маслянистая жидкость, флюоресцирующая на свету.

По химическому составу нефти отличаются друг от друга, поэтому практическое значение их неравнозначно. Элементарный состав нефти характеризуется обязательным наличием пяти химических элементов – углерода, водорода, кислорода, серы и азота, при значительном (до 98%)содержании первых двух. В золе нефти обнаружены: никель, ванадий, натрий, серебро, кальций, алюминий, медь и другие элементы таблицы Менделеева. Углеводородные соединения подразделяются: на парафиновые- CnH2n+2, нафтеновые-CnH2n, ароматические-CnH2n-6 и смешанные.

Физические свойства нефтей

 

Плотность – определяется количеством массы в единице объема. Единица плотности – кг/м3. На практике пользуются относительной плотностью. Это отношение плотности нефти при температуре +20градусов и давлении 1 атмосфера к плотности воды при температуре +4градуса и давлении 1 атмосфера. Чаще всего относительная плотность нефти колеблется от 0,8 до 0,9. Она зависит от соотношения легких и тяжелых фракций. Плотность нефтей в пластовых условиях меньше, чем на поверхности, за счет наличия растворенных в них природных газов.

Температура кипения. Зависит от состава нефти. От 30 до 600 градусов выкипают различные фракции. Бензин до 180 градусов, керосин 150-200 градусов, дизельное топливо 250-300 градусов, мазут свыше 300 градусов при вакуумной перегонке дает различные масла.

Застывание и плавление зависит от состава, но в большей степени от твердых парафинов. Больше парафинов, температура застывания выше и наоборот.

Вязкость. Это свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц при движении. Относительную вязкость определяют с помощью приборов-вискозиметров.

Поверхностное натяжение. Это результат действия молекулярных сил. Силы сцепления молекул жидкости с молекулами твердого тела могут быть меньше или больше, чем между молекулами жидкости. Молекулярные силы сцепления между водой и породой больше, чем между нефтью и породой. Это может привести к вытеснению нефти из мелких пустот породы в более крупные, т.е. к миграции в горной породе и образованию крупных скоплений нефти промышленного значения.

Оптические свойства нефтей. Цвет нефти зависит, прежде всего, от состава: он изменяется от прозрачного до черного, встречаются желтые, зеленые, коричневые. Нефти отражают лишь часть света и начинают светиться-люминисцировать. Это явление можно использовать для обнаружения в породе небольшого количества нефти, что является важным признаком нефтегазоносности при поисках месторождений углеводородного сырья.

Энергетические и теплотворные свойства. Нефть не проводит электрический ток-диэлектрик. Это позволяет использовать для поисков нефти в разрезах скважин электрометрические методы. Теплота сгорания нефти 43-45 тыс. джоулей /кг.

 

Физические свойства газов

 

В осадочном чехле углеводородные газы встречаются в свободном, растворенном и твердом состояниях. В свободном состоянии они образуют газовые скопления и месторождения. Газы в подземных водах и нефтях хорошо растворимы, а в соединениях с водой образуют при резких охлаждениях – газогидратные соединения. Газогидраты это твердые состояния вещества, имеющего свою кристаллическую решетку. Внешне он напоминает лед чаще всего белого цвета. При повышении температуры разлагается на воду и природный газ. По оценке специалистов в районах с вечной мерзлотой содержится огромное количество газогидратов, запасы газа в которых на порядок превышают все выявленные запасы газа открытые в настоящее время.

Химический состав газа. 99% - это метан, этан, пропан, и бутан. В газах содержатся азот, углекислый газ, другие элементы в микроконцентрациях.

Плотность газа. Это масса одного кубического метра при температуре 0 градусов и давлении 760 мм ртутного столба.

Вязкость газов низкая – не превышает 0,01 сантипуаза.

Температура, при которой газ переходит в жидкое состояние, называется критической (например, для метана минус 162 градуса).

Диффузия газа – это передвижение или перемещение газа через породы – коллекторы, заполненные водой. Явление диффузии имеет существенное значение в процессах формирования и разрушения залежей.

Давление, при котором из жидкости начинает выделяться газ, называется давлением насыщения.

 

Природные резервуары

1.Пластовый резервуар. Это коллектор толщиной до 50 метров значительного распространения по площади, перекрываемый и подстилаемый непроницаемыми породами (рис. 1 А).

2.Массивный резервуар. Это совокупность проницаемых и непроницаемых разностей пород толщиной до 500 и более метров, гидродинамически связанных друг с другом, значительного распространения по площади, перекрываемая непроницаемыми породами (рис.1Б).

3.Литологически экранированный природный резервуар. Это коллектор пластового типа, ограниченный с трех сторон непроницаемыми породами (рис.1В).

4.Литологически ограниченный резервуар. Это коллектор произвольной формы и размеров, ограниченный со всех сторон непроницаемыми породами (рис.1Г).

5. Тектонический резервуар. Формируется в результате тектонических движений и разрывных нарушений в земной коре (рис.1Д).

6. Стратиграфический резервуар. Образуется в результате размыва и дальнейшего захоронения в непроницаемых породах осадочных образований, обладающих коллекторскими свойствами (рис.1Е).

7. Рифовый резервуар. Формируется в результате захоронения отмерших рифов (рис.1Ж).

 

 

 

 

Основные типы коллекторов

 

1.Поровый коллектор – формируется обломочными горными породами. Прежде всего, это песчаники, конгломераты, крупнозернистые алевролиты (рис.2.А).

2.Трещинный коллектор. Он может сформироваться в любой твердой горной породе под действием тектонических сил, или изменении объемов пород при их преобразованиях (рис.2.Б).

3.Кавернозный коллектор образуется при физическом или химическом выветривании горных пород (рис.2.В).

4.Рифовый коллектор. Он формируется остатками живых организмов, образующих крупные колонии (рис.2.Г).

Поровый коллектор на глубинах более 3 000 м становится непроницаемым вследствие уплотнения горных пород. С этой глубины преобладают коллектора трещинного типа. Высокими фильтрационно-емкостными свойствами обладают коллектора с эффективной пористостью более 18 %. Низкими считаются значения эффективной пористости коллектора от 0,5 до 10%. В случае если фильтрационно-емкостные характеристики породы очень низкие (эффективная пористость менее 0,5 %) – коллектор не имеет промышленного значения.

 

Детальные поисковые работы

Детальные поисковые работы проводятся в районах, где в результате региональных работ определены перспективы нефтегазоносности разреза осадочного чехла.

Основными задачами проводимыми на этой стадии работ являются поиски и определение перспектив отдельных ловушек и локальных поднятий. Бурение поисковых скважин, открытие месторождений и оценка их геологического строения с подсчетом запасов по категориям С 2, частично С 1.

Поиски отдельных локальных поднятий осуществляются с помощью структурного бурения и геофизических исследований.

Структурные скважины неглубокие скважины до нескольких сот метров (обычно не более 400м), которые бурятся до первого маркирующего горизонта. Построением структурной карты по этому маркирующему горизонту выявляются локальные поднятия.

Метод структурно-картировочного бурения достаточно дорогой и применяется чаще всего в тех районах, где геофизические исследования не дают однозначных результатов и где толщина четвертичных отложений не превышает 100м.

В Западной Сибири очень хорошие результаты даёт более дешёвый метод поиска структур и подготовки их к глубокому бурению - сейсморазведка. Поэтому картировочное бурение здесь не проводится.

В настоящее время высокоточными сейсморазведочными работами выявляются локальные поднятия амплитудой до 20-15м (на глубинах до 2500-3000м).

На подготовленных к глубокому бурению структурах и отдельных структурно-стратиграфических, структурно-литологических и неантиклинальных ловушках проектируется бурение глубоких поисковых скважин. Для их проектирования необходимо иметь структурную карту по перспективному объекту с обоснованием запасов углеводородов по категории С3, с нанесённым на неё внешним контуром нефтеносности. Как правило, контур нефтегазоносности проводится по аналогии с соседними месторождениями (например, по схеме изоконтактов или по степени заполнения ловушек).

На рассматриваемой стадии работ проводятся геофизические, геохимические и гидрогеологические исследования в более крупных масштабах с целью обоснования заложения глубоких поисковых скважин.

Проектный горизонт поисковых скважин обосновывается на основании геолого-геофизических и других исследований с учетом положения продуктивных горизонтов на соседних месторождениях.

Если в изучаемом регионе не проводилось глубокое опорное бурение, то одна из скважин проектируется со вскрытием пород доюрского фундамента (для Западной Сибири). Общее количество поисковых скважин зависит от степени сложности вводимой в опоискование структуры. Оно обычно колеблется от 1 до 5 (в среднем бурится 3 поисковые скважины).

Как правило, одна из проектных скважин размещается в присводовой части структуры, две (или более) другие на участках, где они дают максимально возможную информацию о будущей залежи. Кроме того, эти скважины должны буриться на различных гипсометрических отметках. Поисковые скважины не закладываются вблизи контура нефтегазоносности (на контуре, за контуром) и на крутых крыльях и периклиналях. Заложение каждой из поисковых скважин должно быть детально и обстоятельно обосновано.

1. Даются координаты скважины – привязка к отдельным ранее пробуренным скважинам, пересечениям сейсмопрофилей и только в случае крайней необходимости к рельефу, гидросети, топокарте.

2. Дается обоснование выбранного проектного горизонта и проводится расчет проектного забоя скважины, при этом каждая скважина должна вскрыть подошву пласта, +50м (до глубины 3000м) на возможную ошибку сейсморазведки.

3.Обосновываются цели и задачи скважины. Детально расписываются каждая задача.

Бурением и испытанием скважин открывается месторождения, даётся характеристика коллекторских свойств вмещающих залежи пород, проводятся гидрогеологические и геохимические исследования. Изучается геологическое строение месторождений и определяется оценка запасов нефти и газа по категориям С₂, частично С₁. Производится оценка экономической эффективности, и даются обоснования по проведению дальнейших поисково-разведочных работ.

В заключении, говоря о геологоразведочном процессе, об этапе поисковых работ, необходимо отметить следующее. Некоторые исследователи признают поисковой лишь ту скважину, которая открыла залежь (т.е. в той скважине, где получен промышленный фонтан нефти или газа), а последующие скважины считают разведочными. Однако по результатам бурения первой скважины мы не имеем достаточной информации о залежи, для решения вопроса о продолжении работ или их консервации. Можно привести пример со скважиной, пробуренной в непосредственной близости от г. Ханты-Мансийска, которая дала мощный фонтан нефти. Минуя все этапы поисково-разведочного процесса, были завезены 10 станков и начато бурение на площади. Однако ни в одной из последующих скважинах притока не получено. Не было бы потрачено и столько средств, если бы не нарушался процесс геологоразведочных работ.

И последнее: если на площади, где открыты многочисленные залежи, а скважины закладываются на более глубокие, ещё не опробованные горизонты – категорийность её должна быть отнесена к поисковой.

 

Предварительная разведка

 

Проводится непосредственно после поискового этапа и заключается в бурении ограниченного числа скважин, размещенных в тех точках, которые помогают нам достаточно уверенно произвести все геологические построения: геологические разрезы и профили, структурные карты по подошве и кровле пласта, карты подсчетных параметров, изучить литологию, коллекторские свойства вмещающих пород. Обеспечить прирост запасов по промышленным категориям не менее 30%, не более 40% суммарных запасов. Завершением этапа является геолого-экономический анализ выполнения работ и оценка экономической эффективности дальнейшего проведения поисково-разведочного процесса.

 

 

Детальная разведка

 

Задачами рассматриваемого этапа является

А) выяснение деталей геологического строения месторождения и закономерностей изменения литологического состава, мощностей, коллекторских свойств вмещающих пород;

Б) изучение закономерностей продуктивности различных участков залежи и изменения их в процессе пробной эксплуатации;

В) уточнение фазового состояния, положения контуров и контактов флюидов;

Г) изучение гидрогеологической и гидрогеохимической характеристики продуктивной части разреза;

Д) подсчет запасов нефти и газа по промышленным категориям не менее 80%.

Одним из главнейших принципов проведение разведочных работ должно быть обеспечение максимальной их эффективности, то есть проведение работ с максимальной эффективностью и минимальными затратами. Отсюда понятно - какое значение приобретает рациональное размещение разведочных скважин на месторождении с учетом их геологического строения и характера нефтегазоносности.

 

Буровые работы

Бурение скважин является основным и наиболее трудоёмким способом изучения недр, но без бурения нельзя открыть скопления нефти и газа.

Скважина это горная выработка, диаметр которой несравнимо меньше ее глубины (длины). Ниже приводятся типы скважин, бурение которых осуществляется в следующей последовательности.

Колонковые скважины: это не глубокие (до 300м) горные выработки, которые изучают геологическое строение, геоморфологию, тектонику приповерхностной части осадочного чехла.

Опорные скважины: бурятся для изучения геологического разреза крупных регионов и оценки перспектив их нефтегазоносности. Выделяются все перспективные в нефтегазоносном отношении комплексы. Здесь отбирается большое количество керна 80% - 100%. Бурятся они до максимально технически возможных глубин. Сейчас в Западной Сибири на пробурено две сверхглубокие опорные скважины СГ6 (Тюменская) и СГ7 (Ен-Яхинская).

Параметрические скважины: бурятся для изучения глубинного строения разреза, изучения строения комплексов и для сравнительной оценки нефтегазоносности различных областей. Керн отбирается 20% от глубины скважины, которая проектируется до вскрытия всех перспективных горизонтов, определенным опорным бурением.

Структурные скважины: это не глубокие скважины со вскрытием первого маркирующего горизонта при поисках структур и подготовки их к глубокому бурению.

В Западной Сибири не применяются т.к. хорошие результаты даёт сейсморазведка, а структурные скважины достаточно дорогие.

Поисковые скважины: это глубокие горные выработки. Бурятся на структурах и ловушках, подготовленных к глубокому бурению. Задача этих скважин – открытие месторождения и предварительная гелого-экономическая его оценка.

Разведочные скважины: бурятся в большом количестве. Они должны обеспечить детальное изучение строения месторождения, обоснование всех подсчетных параметров и подготовку запасов углеводородного сырья к разработке.

 

Вопросы для 1 аттестации

 

1. Геология нефти и газа – цели и задачи исследований.

2. Задачи исследований.

3. Каустобиолиты.

4. Типы каустобиолитов и их характеристика.

5.Физические свойства нефтей.

6.Физические свойства газов.

7. Газогидраты.

8. Накопление органического вещества в природе и пути его преобразования.

9. Пути преобразования органического вещества.

10. Классификация битумов нефтяного ряда.

11. Петробитумы.

12. Природные резервуары.

13. Коллекторские свойства горных пород.

14. Основные типы коллекторов.

15.Типы месторождений нефти и газа.

16. Пористость горных пород.

17. Проницаемость горных пород.

18. Принципы дифференциального улавливания углеводородов.

 

Вопросы для 2 аттестации

 

1. Этапы поисково-разведочного процесса.

2. Поиски скоплений нефти и газа.

3. Региональные работы поискового этапа.

4. Детальные поисковые работы.

5. Разведка скоплений нефти и газа.

6. Предварительная разведка.

7. Детальная разведка.

8. Принципы размещения разведочных скважин.

9. Комплекс исследований и документация при бурении скважин.

10. Методы сопоставления разрезов скважин.

11. Выделение эксплуатационных объектов.

12. Полевые геофизические методы исследований.

13. Прямые геофизические и геохимические методы поисков нефтяных и газовых месторождений.

14. Геофизические методы исследований.

15. Геохимические методы исследований.

16. Гидрогеологические и гидрохимические методы исследований

17. Буровые работы.

18. Геологическая история формирования земной коры в связи с нефтегазоносностью.

19. Ресурсы и запасы нефти и газа.

 

 

Третья аттестация проводится по практическим заданиям.

 

Кислухин Владимир Иванович

Кислухин Иван Владимирович

Бородкин Владимир Николаевич

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО КУРСУ «ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА»

(для студентов негеологических специальностей

очного и заочного отделений)

 

 

В авторской редакции

 

 

В.И.Кислухин, И.В.Кислухин, В.Н.Бородкин

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ