Учение о нефти

Глава IV

ПОДЗЕМНЫЕ ХРАНИЛИЩА НЕФТИ

Переходим к рассмотрению вопроса, с какими же породами во­ обще связано появление нефти и углеводородных газов на нашей планете и к каким породам приурочены ее залежи, имеющие то или иное промышленное значение.

Признаки нефти, следы ее, а иногда и незначительные скоп­ ления обнаружены в изверженных породах, но все крупные ме­ сторождения связаны почти исключительно с осадочными поро­ дами всех геологических возрастов, начиная с кембрия и до послетретичных отложений включительно.

Присутствие углеводородов в космическом масштабе обна­ ружено в газовой оболочке некоторых неподвижных звезд, пла­ нет и комет. Битумы встречены и в метеоритах — в тех осколках небесных тел, которые время от времени попадают на нашу пла­ нету. В пределах нашей планеты углеводороды обнаружены, с одной стороны, в газах вулканов, а с другой, — в различных изверженных породах и кристаллических сланцах.

У разных авторов1 перечислен ряд мест на земном шаре, где встречены те или иные признаки нефти, битумов или углеводо­ родных газов в изверженных и метаморфических породах. Оста­ новимся на этом кратко, отсылая интересующихся к указанным книгам.

Признаки нефти и битумов отмечены в гранитах в Корнуэлсе (Англия), в Овэрни (Франция) и в Скандинавии, в мелафире в Центральной Шотландии, Богемии, в диорите — Канады; в ба­ зальте и базальтовых лавах; например, у подножия вулкана Этна (Сицилия), в серпентине на о. Куба; в гнейсах Мексики (штат Оаксака) на океанском побережье и в Швеции. Есть указания на нахождение нефтяных включений в горном хрустале в штате Ала­ бама близ Гутервилля, и особенно любопытно нахождение вклю­ чений нефти в железорудных месторождениях Швеции (Даннеморы, Фалуни и Норберга), месторождениях свинцового блеска, цинковой обманки (в Англии) и серебряных жилах Конгсберга (Норвегия). Но все эти примеры представляют исключительные редкие случаи, имеющие только теоретическое значение. По всей вероятности, в большинстве указанных примеров мы имеем дело,1

1 Г. Гёфер. Нефть п ее производные, 1908, стр. 141. Э. Блюмер. Нефтяные месторождения. Основы геологии нефти, 1929, стр. 99—102.

170

с так называемыми ювенильными углеводородами, выделив­ шимися из расплавленной магмы или из горячих растворов при остывании изверженных пород и формировании вышеуказанных месторождений. Возможно, конечно, проникновение нефти в из­ верженные породы и из соседних осадочных пород; таким путем могли образоваться месторождения нефти в «серпентиновых» нефтеносных площадях Южного Техаса. По-видимому, к фактам подобного рода относится высачивание нефти на о. Куба из тре­ щин в серпентинах, куда она попала из осадочных пород, с ко­

нефти минералогического характера и значения, но существует два-три места на земном шаре, где нефть, залегающая в несомнен­ ных изверженных породах, получила более или менее серьезное промышленное значение. В этом отношении наиболее любопыт­ ными являются нефтяные месторождения Среднего Техаса Тролл и Локкарт, расположенные между сбросами Балконес (Balcones fault) и Мэхиа-Люлинг в округе Уильямсон. Месторождение Тд)олл было открыто в 1915 г. Первая скважина с глубины всего 250 м дала начальную добычу в 33 т . К концу 1915 г. на площади около 3 км2 имелось уже более 100 продуктивных скважин, да­ вавших ежедневно около 400 т легкой нефти удельного веса 0,820. По одним данным нефтеносной породой является вулкани­ ческий туф, залегающий между непроницаемыми верхнемеловыми сланцами и мергелями свиты Тэйлор. Здесь вулканические туфы играют роль, аналогичную нефтяным пескам и другим рыхлым породам, являющимся коллекторами для нефти. Очевидно, в эти породы нефть попала из нормальных осадочных пород, перекры­ вающих и подстилающих туфы, которые являются породой, не­ сомненно, изверженного происхождения; составляющие ее ми­ нералы изменились настолько, что порода представляет агре­ гат или брекчию из зерен кальцита, хлорита и других вторичных минералов, сохранивших форму первоначальных кристаллов, из которых они произошли. По другим данным, нефть в Тролле под­ чинена не вулканическим туфам, а змеевикам, прорвавшим мер­

геля свиты Тэйлор.

Месторождение Локкарт расположено несколько южнее Тролла. Оно открыто в 1925 г. Здесь нефть залегает в змеевиках, про­ рвавших нижнемеловые и верхнемеловые породы (фиг. 47) на глу­ бине 365—455 м. Через 4,5 месяца после открытия месторожде­ ние давало около 2 тыс. т нефти ежедневно.

В каньоне Плацеритра в Южной Калифорнии, в 30 км к северу от Лос-Анжелеса, в долине Санта-Клара, добывалась необыкно­ венна легкая нефть удельного веса 0,740—0,780 из косослоистых слюдистых кристаллических сланцев. Одна из заложенных здесь скважин давала добычу от 7 до 9 кг в день. Нужно думать, что нефть в кристаллические сланцы попала из залегающих по со­ седству (в расстоянии 200—400 м) третичных отложений, именно

171

Все крупные и богатые нефтяные месторождения приурочены к осадочным породам и среди последних первую роль в этом от­ ношении играют пески и рыхлые песчаники. Поэтому выражение американских нефтяников «где нет песков, там нет и нефти» имеет свой смысл, если под нефтяным песком разуметь более широко всякую рыхлую породу, могущую быть коллектором нефти. Из неф­ тяных песков и песчаников добывается около 9/10 всей получае­ мой в мире нефти. На втором месте по своему значению стоят ноздреватые и пористые известняки, или доломиты.

Пески, песчаники, конгломераты и известняки, или доломиты, являются главнейшими нефтяными резервуарами и подземными хранилищами, поскольку они содержат пустоты и поры таких размеров, по которым жидкость может легко циркулировать. Нефть в них легко может собраться, а в известных условиях и легко их покинуть. Это бывает, например, когда они выведены на дневную поверхность и разрушены процессами денудации. Для того чтобы нефть сохранилась в этих породах, необходимо, чтобы они были перекрыты так называемыми непроницаемыми породами.

Роль таких непроницаемых покровов, пород, удерживающих нефть и предохраняющих ее залежи от естественного истоще­ ния, играют глины. Мы уже говорили, что пористость этих пород при однородных частицах может достигать 40%, т. е. равняться и даже превосходить пористость более рыхлых пород — песков, конгломератов и т. д., но эти поры имеют субкапилляр­ ную величину, и жидкость в них передвигаться не может. Они яв­ ляются поэтому, как мы уже выразились, естественным барье­ ром для жидкости, циркулирующей в подстилающих их песча­ ных породах [42].

Некоторые глины, а также некоторые сланцевые породы, в со­ ставе которых играет значительную роль органический материал, т. е. те породы, которые мы отнесли к каустобиолитам, при об­ разовании нефтяных месторождений играют особую роль: они являются материнской породой, исходным материалом, в процессе изменения которого (в,так называемом процессе битуминизации) возникают нефть и углеводородные газы. Нефть в таких биту­ минозных породах (битуминозных глинах и битуминозных слан­ цах) находится в рассеянном состоянии, распределенной по всей массе породы; она там находится в громадных количествах, но не может быть оттуда извлечена теми методами, которые приме­ няются в добыче нефти из песков и других крупнопористых пород. Только при наличии особых условий (громадного давления, вы­ сокой температуры, или же действия сил капиллярного притя­ жения) в течение ряда геологических эпох она может перейти в переслаивающиеся с глинами рыхлые породы — пески, песча­

ники и др.

Искусственно можно из битуминозных пород извлечь битумы путем сухой перегонки их в закрытых сосудах при нагреве до той

173

сторождения второстепенную роль (газовый фактор не превышает 40 л 3 на 1 го нефти) и основным является фактор гидродинами­ ческий. При наличии здесь мощных водоносных горизонтов при эксплуатации идет промывка песчаника горячими (свыше 100° С) минерализованными водами высокого напора (свыше 200 м над

уровнем моря), так что почти вся нефть из песчаников извлека­ ется и процент отдачи нефти благодаря гидравлическому режиму очень высок.

Данных по другим месторождениям у нас мало, а между тем этот вопрос имеет громадное практическое значение. Проекти­ руется, например, разработка шахтами верхних песчаников спаниодонтелловой свиты в Старогрозненском районе, а между тем, точных данных об оставшейся в них неизвлеченной обычными ме­ тодами эксплуатации нефти у нас нет. Лишь предположительно количество оставшейся неизвлеченной нефти здесь оценивается в. 100 млн. т , но возможны всякие неожиданности: шахты дойдут до нефтяных песков, а нефти из них не получат. Один такой не­ удачный опыт уже был со штольнями на горе Аташкя в Шубанинском районе. Объяснение неудачи этого опыта можно найти в статье А. Д. Архангельского и М. А. Жиркевича «К познанию свойств нефтяных песков» х, где сказано: «Если нефть в пластах не находится под напором воды или газа, то она будет стекать в галереи, дренирующие пласт, лишь в том случае, когда послед­ ний состоит из пород с крупными порами: из крупнозернистых, лишенных глинистых, частиц песков, или пород трещиноватых. В тонкозернистых глинистых песках типа песков шубанинской штольни нефть удерживается капиллярными силами, и для вы­ деления ее необходимо применение какой-либо побудительной силы».

1 Э. Блюмер. Нефтяные месторождения. Основы геологии нефти, 1929, стр. 97.

175

Выше нами было сказано, что 9/10 всей мировой добычи нефти получается из песчаных пород. Действительно, наиболее богатые, всемирно известные нефтяные месторождения содержат нефть или в песках или в рыхлых песчаниках. Приведем примеры.. Многочисленные нефтяные горизонты наших Бакинских нефтя­ ных месторождений представлены мощными песками. В верхнем отделе продуктивной толщи в Балахано-Сабунчино-Раманинском месторождении, или в Ленинском районе, насчитывается не ме­ нее 10, а если считать с более детальными делениями отдельных го­ ризонтов (IVa, LVB и т . д .), то и больше, обособленных нефте­ носных песчаных горизонтов. На Биби-Эйбате известно 17 нефте­ носных песчаных горизонтов. Наиболее богатым здесь является так называемый У нефтеносный горизонт, представленный пе­

сками.

В Грозненском нефтяном районе нефть добывается из рыхлых песчаников, достигающих местами весьма значительной мощ­ ности (до 60 м). В Старогрозненском районе вскрыто разработкой 18 песчаных пластов, в Новогрозненском — 23 пласта. Наиболее знаменитыми являются: в Старом районе — так называемый XII пласт, который в скв. 54/147 в Соленой балке дал свыше 1,3 млн. т нефти, а в Новом — X III и XVI пласты, давшие богатые фон­ таны нефти.

Рукавообразная залежь Нефтяно-Ширванского нефтяного ме­ сторождения образована песками и галечниками речного проис­ хождения, отложенными в рукаве размыва. Знаменитый пласт С, дающий богатые газовые и нефтяные фонтаны, представляет линзообразные песчаные залежи, отложенные или на размытой поверхности фораминиферовых слоев, или же среди глин низов майкопской свиты.

В Урало-Эмбенском районе нефть залегает в песчаных пластах подчиненных средней юре и верхней перми. Наиболее важными являются пески III и IV горизонтов в Доссорском нефтяном место­ рождении. Нефть в многочисленных месторождениях Средней Азии тоже подчинена пескам и песчаникам третичной системы.

Если далее перейдем за пределы СССР, то убедимся, что и в Ру­ мынии, и в Польше нефть залегает в цесчаных пластах; в Румы­ нии — песках, подчиненных мэотическому и дакийскому яру­ сам, а в Польше самым продуктивным горизонтом является добротовский песчаник среднеолигоценового возраста.

В Соединенных Штатах нефтеносные горизонты Восточной нефтяной провинции (Аппалачская область и др.) главным об­ разом представлены песками и песчаниками. В штате Пенсиль­ вания, например, насчитывается не менее 20 песчаных горизон­ тов, расположенных среди каменноугольных отложений и от­ ложений девонской системы. В каменноугольной системе, в так называемом пенсильванском отделе, — содержится семь нефте­ носных песков и в мисспсипском отделе не менее пяти. Среди них наиболее значительным является песок Инджэн, мощность ко-

176

торого колеблется от 15 до 122 м. Он является продуктивным во многих местах юго-восточной части штата Огайо. В основании каменноугольной системы залегает так называемый 100-футовый пласт, являющийся одним из богатейших нефтеносных горизон­ тов юго-западной части штата Пенсильвания. В девонской си­ стеме насчитывается не менее 12 нефтяных песков в свитах Кэтскил и Чэмонг. Среди них наиболее знаменитыми являются пески из группы Венэнго, разработкой которых началась американская нефтяная промышленность в 1859 г. на р. Ойл-крик возле городов Тайтусвилля и Ойл-сити в штате Пенсильвания. Это по большей части крупнозернистые пески с конгломератами, залегающими линзами, местами переходящие в песчанистые сланцы. Между песками этой группы по своей продуктивности особенно выде­ ляется гордоновский песчаник, или песок. Среди свиты Чэмонг особое внимание привлекает песок Брэдфорд, который является одним из старейших нефтеносных горизонтов в Северной Пен­ сильвании в одноименном районе. Этот песок начал разрабаты­ ваться одним из первых и разрабатывается до сего времени. Хотя и, относимый к песчаному комплексу Венэнго, песок Брэдфорд отличается в местах своего типичного развития (например, в ме­ сторождении Брэдфорд) тонкозернистой структурой.

В нефтяных месторождениях Мид-Континента в штатах Кан­ зас и Оклахома нефть содержится тоже в нефтяных песках среди палеозойских отложений, именно в пенсильванском и миссисипских отделах каменноугольной системы. Здесь насчитывается не менее 18 нефтяных горизонтов. Наиболее замечательным из них является бартлесвильский песок, или песчаник, имеющий очень обширное распространение в штате Оклахома и встречающийся более чем в 30 месторождениях этого штата. Как уже упомина­ лось выше, одно время из него получалось не менее 90% всей добычи Оклахомы. В настоящее время он является уже в достаточ­ ной степени выработанным.

В период 1926—1929 гг. необыкновенное промышленное зна­ чение в нефтяных месторождениях, Оклахома-сити и Семинола в штате Оклахома получил песок Уилькокс, залегающий среди отложений нижнесилируйского возраста, или среди ордовик­ ской системы (по терминологии американских геологов). Нефтя­ ной кризис в Америке в 1927 г. был обусловлен перепроизводст­ вом добычи нефти именно из этого песка, который «залил» амери­

и богатейшими нефтяными горизонтами являются здесь мощные (достигающие свыше 100 м) рыхлые пески, залегающие в свите Фернандо (плиоцен). Эти пески являются продуктивными го­ ризонтами богатейших нефтяных месторождений Лос-Анжелесского бассейна: Лонг-Бич, Хонтингтон-Бич, Сил-Биг, Домингэс и других, дающих главную добычу в штате Калифорния. Богатейшие неф-

тяные залежи Венесуэлы тоже подчинены пескам третичного и мелового возраста. Одним словом, примеры залегания нефти среди песков и песчаников можно было бы увеличить весьма зна­ чительно, но думается, что и приведенных данных достаточно, чтобы убедиться, что пески являются действительно главнейшей породой, в которой собирается нефть и образуются нефтяные за­ лежи. Нефтяные пески являются в действительности главнейшими подземными хранилищами нефти, подземными нефтяными резер­ вуарами.

Второе место после песков занимают пористые, кавернозные, пещеристые известняки, или доломиты. Среди них особенно за­

тельно в середине ордовикской системы и является одним из наи­ более распространенных и хорошо изученных геологических го­ ризонтов. Из него добывается и до сего времени в больших ко­ личествах нефть знаменитой нефтяной площади Лима-Индиана. Он обнаруживает нефтеносность там, где доломитизирован, по­ скольку именно в процессе доломитизации в нем и образовалось значительное количество пустот, заполненных нефтью, и явля­ ется одним из старейших нефтеносных горизонтов. Есть указа­ ние, что нефть в нем обнаружена в штате Кентукки еще в 1829 г. В Лима-Индиана он начал разрабатываться с 1886 г. В 1896 г. трэнтонский известняк дал максимум добычи — около 4 млн. т в год.

И з в е с т н я к С п и н д л т о п третичного возраста ши­ роко распространен по всему побережью Мексиканского залива и содержит главные залежи нефти во многих соляных куполах штатов Южный Техас и Луизиана. Впервые открыт в месторожде­ нии Спиндлтоп, в котором был получен один из самых мощных фонтанов Соединенных Штатов. Следует заметить, что он во мно­ гих местах доломитизирован, и доломитовые его разности явля­ ются более пористыми, чем трэнтонский известняк. Объем пор спиндлтопских известняков исчисляется в 35%.

И з в е с т н я к Э л ь - А б р а , в широких кругах гораздо более известный под своим старым наименованием Т о м а с о п о , является главным нефтеносным горизонтом нефтяных месторожде­ ний Мексики. По возрасту своему относится к нижнему мелу, представляет собой сильно пещеристый кавернозный известняк, поры и пустоты которого произошли, по-видимому, за счет рас­ творяющего действия циркулировавших в нем минерализован­ ных вод. Эти пустоты и были впоследствии заполнены нефтью. О богатстве насыщения этого известняка нефтью свидетельствуют следующие факты: из него был получен ряд грандиозных фонта­ нов — именно знаменитый Дос-Бокас и Хуан-Кассино № 7, вы­ бросивший около 10 млн. то нефти, Потреро-дэль-Льяно № 4, давший около 13 млн. т (14 млн. т ), Серро-Асуль и другие гро­

178