Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Российский государственный университет
нефти и газа имени И. М. Губкина»
Факультет геологии и геофизики нефти и газа
Кафедра геологии
Курсовая работа
на тему
«Геодинамическая модель нефтегазообразования»
Выполнил: ст.гр. Гр-10-02
Зуев Д.А.
Проверил: профессор
Гаврилов В.П.
Москва, 2013
Оглавление
Введение……………………………………………………………………………………… ... ... 3
Основные концепции происхождения нефти…………………………………………… ... .4
Геодинамическая модель нефтегазообразования………………………………………... 10
Заключение…………………………………………………………………………………. … …29
Список литературы и других источников……………………………………………… ....30
Введение
Одна из наиболее сложных проблем, стоящая перед геологами-нефтяниками - имеются ли в природе иные источники и условия для генерации углеводородов.
И. М. Губкин в своей книге «Учение о нефти» писал: «теоритическое значение вопроса о происхождение нефти состоит в том, что правильное его разрешение даст нам истинное представление о протекавших в земной коре процессах, к результате которых возникла нефть…только тогда будем знать каким образом в земной коре образуются залежи…получим надежное указание, в каких местах нам искать нефть и как надлежит целесообразно организовывать ее разведку».
Как известно на протяжения всей истории нефтяной геологии между лучшими геологами происходили споры по вопросу происхождения нефти. Одни считали, что нефть может быть образована только в результате преобразования органического вещества, другие искали иные возможности образования углеводородов. Выбирая тему данной курсовой, для меня представлял большой интерес изучение новой геодинамической модели нефтегазообразования, как концепцию способную примирить органиков и неоргаников.
Основные концепции происхождение нефти
Идея об органическом происхождении нефти возникла в первой половине XVIII века и принадлежит М.В. Ломоносову. В своем трактате «О слоях земных» он писал: «…лежачие леса под землею»… «возгоняются подземным жаром…» и дают «…горный воск, горное масло, нефть…».
В 1918 г. академик Н.Д. Зелинский поставил эксперименты с реальным продуктом преобразования органического вещества. Он подверг перегонке органический ил (сапропель) из озера Балхаш и получил большинство типичных составляющих нефти: метановые, нафтеновые и ароматические углеводороды, а также смолисто-асфальтеновые вещества. Так сформировалась гипотеза органического происхождения нефти.
В начале XIX века немецкий ученый А. Гумбольт, изучая извержение вулкана «Везувия» обнаружил в продуктах его деятельности углеводороды и впервые четко сформулировал предположение о неорганическом происхождении нефти: «Мы не можем сомневаться, что нефть представляет собой продукт перегонки на громадных глубинах…».
В 1876 г. Д.И. Менделеев обработал чугун соляной кислотой и получил бурую пахнущую нефтью жидкость. Этот результат лег в основу идеи о минеральном образовании нефти, которую он назвал карбидной гипотезой. Суть ее сводится к тому, что вода по разломам проникает в глубокие недра Земли. Там она вступает в реакцию с углеродистыми карбидами металлов. В результате происходят реакции с образованием углеводородов:
FeC+4H2O=2Fe(OH)2+CH4
2Fe2C+6H2O=2Fe2O3+C2H4+4H2
Таким образом, предположение о минеральном происхождении нефти также нашло экспериментальное подтверждение.
В конце 19го века появилась еще одна новая идея о происхождении нефти. В 1889г. известный геолог В.Д. Соколов высказал мнение, что уже на этапе формирования планеты Земля из космоса поступали углеводороды, которые впоследствии выделялись из магмы и по трещинам и разломам поступали в земную кору, формируя их скопления.
К началу 60-х годов прошлого века четко сформировались две непримиримые гипотезы образования нефти и газа – органическая и минеральная (неорганическая).
В этот период, благодаря широкому распространению высокоэффективных методов аналитических исследований были получены многочисленные данные о молекулярном составе ОВ пород и углеводородных флюидов. Произошел прорыв в решении проблемы генезиса нефти, и органическая гипотеза, подтвержденная во всем мире фактическими данными, в частности унаследовательности современного состава нефти от исходного ОВ, стала теорией. Однако поиски альтернативных источников энергии преобразования ОВ пород, продолжались и продолжаются до сих пор.
В конце 70-х годов прошлого века Ю.А. Пецюха с помощью петрографических и петрохимических и битуминологических методов изучил огромное количество образцов керна, отобранных из одних и из тех же скважин буквально в нескольких сантиметрах друг от друга. Эти исследования показали, что замеры отражательной способности витринита в различных частях даже одного и того же образца могут значительно отличаться друг от друга, а в случае наличия зеркал скольжения отражательная способность витринита бывает почти на порядок выше, чем в остальных замерах. На основании проведенных исследований автор сделал однозначный вывод, что в подобных образцах мог происходить высокотемпературный крекинг органического вещества, сопровождавшийся интенсивным образованием углеводородов.
По мнению Ю.А. Пецюхи ежедневно в мире происходят тысячи малоамплитудных тектонических подвижек и землетрясений, сопровождающихся микро- и макро-деформацией горных пород и, соответственно, генерацией углеводородов из органического вещества пород на любых глубинах, в том числе и в настоящее время.
Почти одновременно Н.В. Черский, В.П. Царев и С.В. Николаев (1979), Н.Н. Соловьев (1985, 1986) и др. также связали возможность реализации нефтегазового потенциала органического вещества пород с упругими, пластическими и разрывными деформациями горных пород в напряженных зонах земной коры. Эти исследователи пришли к выводу, что при тектонодинамическом напряжении механическая энергия преобразуется в тепловую и электрическую, что приводит к разуплотнению пород и возникновению термокаталитического преобразования органического вещества и образованию углеводородов. Учитывая, что генерация углеводородов сопровождается увеличением межмолекулярных расстояний в системе органическое вещество -образовавшийся флюид, этот процесс создает аномально высокие давления, что также вызывает выделение тепла и увеличение напряженности в породе и, соответственно, способствует усилению интенсивности процесса образования нефти и газа.
По мнению Н.В. Черского и др. тектонодинамический эффект сопоставим с результатами воздействия катагенетических факторов на органическое вещество пород, но не зависит от глубины погружения и может проявляться на любых глубинах, что намного расширяет перспективы нефтегазоносности верхних горизонтов земной коры и объясняет причины восполнения углеводородов в истощенных добычей залежах.
По мнению некоторых ученых образование УВ из органического вещества пород может быть также связано с прорывом нагретых флюидов из глубинных зон Земли. Профессор МГУ Б.А. Соколов, высказал идею о том, что образование УВ и формирование их скоплений контролируется двумя основными процессами: литогенезом и флюидогенезом. При литогенезе происходит изменение физико-химических свойств минералов и органического вещества пород при их погружении. В зоне катагенеза породы дефлюидизируются. Расчеты, проведенные этим исследователем, показали, что из 1 м3 глин кроме углеводородов освобождается до 350 л воды. Эти флюиды, образующиеся на низкотемпературной литогенетической стадии Б.А. Соколов объединил понятием «углеводородных растворов». Попадая на большие глубины, эти растворы, обладая высокой энергоемкостью, под воздействием высоких температур разогреваются и увеличиваются в объеме. Создаются аномально-высокие давления, под воздействием которых растворы прорываются в вышезалегающие пласты и дополнительно прогревают осадочную толщу, тем самым обеспечивая усиление процесса реализации нефтегазового потенциала пород.
Таким образом, Б.А. Соколову удалось подойти к процессу нефтегазообразования с позиций общих законов трансформации горных пород и ОВ, которые происходят при их погружении с ростом температуры и давления. Здесь необходимо отметить, что геолого-геофизическими исследованиями уже давно установлена тектоно-петрологическая расслоенность литосферы и верхней мантии, характеризующаяся чередованием зон уплотнения и разуплотнения. В осадочном чехле зоны разуплотнения являются вместилищами природных углеводородных растворов, а также расплавов и растворов, поступающих из мантии, которые являются переносчиками тепловой энергии. Флюиды, насыщающие зоны разуплотнения, разогреваются, что приводит к значительному увеличению их объема и формированию своеобразной «гидравлической подушки», которая приподнимает вышележащие слои пород, а при избыточном давлении их разрывает. Таким образом, с одной стороны происходит перемещение одних блоков земной коры относительно друг друга в вертикальном и горизонтальном направлениях, сопровождающееся значительным повышением пластовой температуры в верхних частях литосферы за счет внедрения перегретых флюидов из глубоких горизонтов земной коры и мантии.
Этот механизм объясняет не только наличие дополнительного источника энергии для реализации процессов нефтегазообразования, но и такие общеизвестные процессы, как сейсмичность, соляно-купольный диапиризм, грязевой вулканизм, вулканическую и магматическую деятельность, алмазоносные трубки взрыва, гидротермальное рудообразование, наличие гидротермальных источников и многое другое.
Как полагает Б.А. Соколов, на всех уровнях разреза стратисферы скопления углеводородов могут формироваться за счет различных нефтегазопродуцирующих толщ, особенно в интервале глубин от 1 до 3 км.
Чрезвычайно важные исследования в области генезиса нефти проводятся в Институте проблем нефти и газа РАН под руководством директора, академика А.Н. Дмитриевского. Это институт, пожалуй, единственный научный центр в мире, где «под одной крышей» работают исследователи, придерживающиеся принципиально различных взглядов на проблему происхождения нефти, а также разрабатывающие полигенные концепции.
Среди них следует отметить разработки А.А. Баренбаума, существенно дополняющие органическую теорию образования нефти. В своих исследованиях он опирается на парадигму В.И. Вернадского, который писал: «…Часть вещества биосферы, может быть бóльшая, неземного происхождения, попадает на Землю извне, из космических пространств…».
В.И. Вернадский полагал, что в эпохи кометных бомбардировок на Землю выпадает огромная масса космического материала, включая углерод, который усваивается живыми организмами и впоследствии включается в глобальный круговорот углерода на нашей планете.
С учетом исследований В.И. Вернадского, впоследствии развитой В.А. Успенским была разработана новая схема круговорота углерода, с учетом его поступлений из космического пространства. В основу схемы были положены представления, высказанные В.П. Гавриловым в его книге «Происхождение нефти» (1986).
Генерация нефти и газа происходит как за счет преобразования ОВ, так и минеральным путем. Нефть представляет собой полигенную смесь углеводородов, образующихся в результате поликонденсационных реакций синтеза углеводородов на природных катализаторах в глубоких недрах Земли, а также за счет экстрагирования подземными флюидами углеводородов, образовавшихся из органического вещества, преобразованного на стадиях диагенеза и катагенеза.
Целенаправленные исследования в области неорганического происхождения нефти начались в 50-х годах прошлого века. В это время Н.А. Кудрявцев обобщил практически все имеющиеся в то время геологические данные по размещению нефтяных и газовых скоплений и обратил внимание на то, что подавляющее большинство из них тяготеют к глубинным разломам, что может являться косвенным признаком поступления углеводородов из глубоких недр Земли. Однако с позиций органической теории происхождения нефти, приуроченность скоплений нефти к глубинным разломам связана с тем, что в связи с максимальными подвижками земной коры, здесь создаются наиболее благоприятные условия для возникновения складчатости осадочных пород и, соответственно, образования ловушек для накопления углеводородов.
Кроме этого, он обратил внимание на то, что глобально все выявленные скопления нефти и газа распределяются по всему разрезу осадочного чехла, а также в фундаменте, причем иногда в гранитах имеются битумные скопления при полном отсутствии осадочных образований.
Н.А. Кудрявцев выдвинул свою гипотезу абиогенного происхождения нефти. По его мнению Земля образовалась из космического пылевого облака, которое уже содержало углеводороды. Под воздействием сверхвысоких температур, достигающих нескольких тысяч градусов в глубинных частях Земли, они распались на водород и углеводородные радикалы (метин, метилен и метил). Эти углеводородные радикалы в зависимости от термобарических условий в определенной последовательности выделяются из магмы вместе с водородом и затем в более холодных частях земной коры вступают в реакции полимеризации и преобразуются в углеводороды нефти. Благодаря глубинным разломам, углеводороды совместно с ювенильными водами поступают в осадочный чехол и формируют скопления.
В.Б. Порфирьев придерживался несколько иного взгляда на образование нефти. Он полагал, что нефть образуется в подкорковых зонах одновременно с другими минеральными веществами, входящими в состав Земли. По глубинным разломам она поступает в осадочный чехол и при наличии ловушек формирует скопления или выливается на поверхность Земли и, преобразуясь, образует скопления высоковязкой нефти и битумов.
По мнению П.Н. Кропоткина, формирование скоплений нефти и газа происходит благодаря глубинной дегазации мантии путем прорыва флюидов по разломам в оса-дочный чехол.
Эта идея получила широкое признание среди сторонников неорганического образования нефти и легла в основу исследований многих ученых. Среди них следует отметить Б.М. Валяева, В.А. Краюшкина, Р.Х. Муслимова и других.
Приоритет в изучении неорганического синтеза углеводородов принадлежит Э.Б. Чекалюку. В 1969 г. он провел эксперимент, в котором подверг смесь природных минералов кварц, кальцит, вюстит (FeO), а также воду давлению до 70 кбар при температуре 1100-170000 С и в продуктахреакции обнаружил углеводороды до С6Н14. Однако из-за несовершенства аппаратуры количественный состав смеси определить не удалось, и поэтому эксперименты были не воспроизводимыми. Большой вклад в решение этой проблемы принадлежит и зарубежным ученым. В частности, в 1999 г. группа китайских исследователей завершила работу по изучению превращений биотита, исландского шпата, оливина, сидерита и других природных минералов при температуре 800-15000 С и давлении 15 кбар. В результате были получены такие органические соединения как метан, этан и этен.
Представляет большой интерес тот факт, что углеводородные компоненты были обнаружены в кимберлитовых трубках. Так, например, исследования внутреннего строения кристаллов (Melton, 1974, Geargini, 1975) выявили в некоторых алмазах наличие самых разнообразных газообразных продуктов, в частности паров воды, CO, CO2, O2, N, H2, C2H5OH, C3H6 и др.
По мнению некоторых исследователей, синтез углеводородов в мантии происходит путем восстановления СО2 или карбонатов в присутствии воды и наличия железа в недоокисленном состоянии (Fe, FeO, Fe3O4), которое необходимо для образования водорода.
Таким образом, в глубоких недрах Земли происходит образование газообразных углеводородов и это не вызывает сомнений.