книги / Геология и геохимия нефти и газа.-1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

В.И. Галкин, О.Е. Кочнева

ГЕОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА

Второе издание, дополненное и исправленное

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2017

1

УДК 553.981/.982.061.12/.17(075.8) ББК 26.343.1я73

Г16

Рецензенты:

канд. геол.-мин. наук, профессор И.А.Козлова (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

д-р геол.-мин. наук, профессор Т.В. Карасева (Пермский государственный национальный исследовательский университет)

Галкин, В.И.

Г16 Геология и геохимия нефти и газа: учеб.-метод. пособие / В.И. Галкин, О.Е. Кочнева. – 2-е изд., доп. и испр. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2017. – 181 с.

ISBN 978-5-398-01884-4

Теоретический курс знакомит студентов с геологическими процессами, в результате которых в недрах Земли образуются скопления нефти и газа; в нем рассматриваются гипотезы происхождения углеводородов, физико-химические свойства нефти и газа, условия формирования залежей и закономерностей их размещения в земной коре.

Для более полного усвоения лекционного материала студентам предложены к выполнению четыре практические работы (для студентов очного отделения) и одна контрольная работа (для студентов заочного отделения). Даны методические рекомендации к их выполнению и оформлению пояснительной записки.

Предназначено для студентов очного и заочного отделений специальности 21.05.02 «Прикладная геология», специализация программы специалитета «Геология нефти и газа».

УДК 553.981/.982.061.12/.17(075.8) ББК 26.343.1я73

2

3

5

ВВЕДЕНИЕ

Геология и геохимия нефти и газа – это прикладная наука,

занимающаяся изучением физико-химических свойств нефтей

игазов, геологического строения залежей нефти и газа, строения месторождений, характеристик пластов коллекторов, покрышек, вопросов геохимии органического вещества. Изучение данного курса связано с исследованием современных представлений о процессах миграции и аккумуляции углеводородов, изучением основных закономерностейразмещенияместорожденийнефти и газа.

Начиная с VII в.н.э., византийцы активно использовали так называемый греческий огонь, представляющий собой смесь нефти с негашеной известью, которая воспламенялась при увлажнении. Состав смеси держался в секрете как государственная тайна. Она применялась византийцами против вражеских кораблей, по которым выпускали стрелы со смазанными этой смесью наконечниками или которые забрасывали начиненными ею примитивными гранатами. В течение многих столетий эта смесь считалась более грозным орудием, чем порох.

Использование нефти имеет древнюю и богатую историю на Ближнем Востоке. Остается загадкой, почему сведения о способах применения нефти остается неведомы Западу на протяжении многих веков. Возможно, это связано с тем, что все известные основные запасы битума находились за пределами Римской империи, что препятствовало распространению сведений о его использовании на Западе.

ВЕвропе – в частности, в Баварии, на Сицилии и в других местах – люди наблюдали выход нефти на земную поверхность. Способы переработки нефти дошли до Европы благодаря арабам, хотя её применение по рецептам, разработанным монахами

ипервыми врачами, ограничивалось лишь медициной.

В1854 г. в Галиции (входивший в состав то Польши, то Австрии, то России), а затем в Румынии местные крестьяне вруч-

6

ную выкапывали в земле колодцы, где скапливалась сырая нефть, из которой получали керосин. Уже тогда было ясно, что вручную копать колодцы для сбора нефти – занятие бесперспективное. Нужно было искать альтернативное решение.

Более 1500 лет назад китайцы умели бурить в земле соляные скважины. В начале 1830-х гг. китайский метод бурения стал известен в Европе, а затем добрался и до Северной Америки.

27 августа 1859 г. американский предприниматель Эдвин Дрейк пробурил в штате Пенсильвания первую скважину глубиной 21 м. Скважина имела дебит 4,8 т в сутки. Это официальная дата рождения нефтяной промышленности.

Было доказано, что бурение для добычи нефти может быть успешным. Количество первоначально добытой нефти было невелико по сравнению с современными дебитами скважин, но это доказало всему миру, что бурение – самый эффективный способ получения нефти. С того времени геологов интересовал главный вопрос: где бурить скважины?

Было предложено много разнообразных теорий для условий формирования нефтяных залежей с целью составления прогнозов таких условий и обнаружения нефти. Антиклинальная теория привлекла наиболее пристальное внимание. Отметим, что данная теория зародилась еще до бурения скважин. Антиклинальная теория и сейчас также справедлива, как и в то время, когда её выдвинули впервые.

Впервые зависимость между залеганием нефти и антиклинальной складчатостью отмечена, когда в устье реки Св. Лаврентия в восточной Канаде были описаны в 1844 г. выходы, приуроченные к антиклинали. Наибольший вклад в антиклинальную теорию внес геолог И.С. Уайт, предложивший бурить скважины на нефть и газ в Западной Виргинии и Пенсильвании на антиклиналях. В 1934 г. МакКойл и Кейт обосновали возможности обнаружения нефти и в неантиклиналях. В 1934 г. МакКойлом был введён термин «ловушка». Под ним следует понимать объём породы вне зависимости от её формы и условий возникновения.

7

ВРоссии, на Кубани, Никольским в 1864 г. была пробурена первая скважина глубиной 70 м. Скважина имела дебит 36 т

всутки.

ВПермском крае первое нефтяное месторождение было открыто скважиной № 20 П.И. Преображенским 16 апреля 1929 г. в районе Верхне-Чусовских городков. Скважина имела дебит 40 т в сутки.

Внашей стране 30-е гг. XX в. были периодом создания мощной сырьевой базы и развития добычи нефти и газа на Кавказе, Бакинский и Грозненский районы, и на Кубани. Были изы-

сканы и выделены средства на геологоразведочные работы

вТимано-Печорском крае и Предуралье.

Впослевоенные годы были созданы новые крупные базы добычи нефти и газа в Западной Сибири, Средней Азии, Предкавказье, Казахстане, Украине и Белоруссии. Начиная с 70-х гг. основными регионами по добыче нефти и газа в стране является Западная Сибирь и Волго-Урал.

Учебно-методическое пособие состоит из двух частей. I часть пособия – теоретическая, включает вопросы, посвященные геологическим процессам, физико-химическим свойствам нефти и газа, формированию залежей и их размещению. II часть – практическая, включает практические работы по геологии нефти и газа, которые выполняют студенты очного отделения, и контрольную работу по геологии нефти и газа, которую выполняют студенты заочного отделения.

8

I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. КАУСТОБИОЛИТЫ.

НЕФТЬ И ГАЗ В РЯДУ КАУСТОБИОЛИТОВ

Горючие ископаемые нефтяного ряда, к которым относятся нефти и их производные, а также горючие газы, называются каустобиолитами.

Слово «каустобиолит» происходит от нескольких греческих слов: «каустос» – горючий, «литос» – камень, «биос» – жизнь, т.е. горючий камень биогенного генезиса. Автор термина «каустобиолиты» – немецкий ученый Г. Потонье (1908 г.).

Возникли каустобиолиты в результате преобразований органического вещества, первоисточником которого являлись остатки живых организмов. Общая направленность этих преобразований следующая:

1.Преобразование органического вещества на земной поверхности или на дне водоёмов.

2.Накопление отмерших организмов.

3.Погружение в недра земной коры.

4.Обогащение органического вещества углеродом.

Все горючие полезные ископаемые делятся:

1) на каустобиолиты нефтяного, или битумного, ряда; к ним относятся нефти, горючие углеводородные газы, асфальты, озокериты и др.;

2)каустобиолиты угольного, или гумусового, ряда; к ним относятся сингенетичные породы и минералы (торфы, угли, антрациты и др.);

3)липтобиолиты; к ним относятся некоторые органические соединения растительного происхождения (ископаемые смолы, воски, янтарь и др.).

9

Основное химическое различие членов нефтяного и угольного ряда состоит в соотношении углерода и водорода C/H, которое в нефтях варьируется незначительно – от 5,5 до 11,5, а в горючих ископаемых угольного ряда вариации значительно выше – от 9,4 до 45.

2. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ

Слово «нефть» происходит от арабского «нафата», что означает «извергать».

Нефть представляет собой вязкую жидкость тёмнокоричневого, чаще чёрного цвета, иногда почти бесцветную, жирную на ощупь. Нефть состоит из смеси различных углеводородных соединений. В природе нефти очень разнообразны по консистенции – от жидких до густых, смолообразных.

Основные химические элементы, из которых состоит нефть, – углерод и водород. Содержание углерода в нефти (С) – 82–87 % и водорода (Н) – 11–14 %. Кроме того, в нефти присутствуют гетероэлементы – кислород (О) – 0,2–0,7 % (возможно содержание до 4 %), азот (N) – 0,1–0,3 % (до 2 %), сера (S) – 0,09–0,5 % (до 2 %), в небольших количествах встречаются фосфор, ванадий, никель, железо, алюминий и др.

В нефтях присутствуют три основные группы углеводородов (УВ):

–метановые или парафиновые;

–нафтеновые;

–ароматические.

Метановые углеводороды

Общая формула CnH2n+2.

Метановые углеводороды – это органические соединения цепочечной структуры, в молекулах которых атомы углерода соединены между собой одинарными ковалентными связями

(рис. 1).

10