Учение о нефти

мадные фонтаны. Почти вся добыча Мексики, достигавшая в на­ чале 20-х годов текущего столетия 25 млн. т в год, получалась из этого известняка, притом из очень небольшого числа скважин. С 1920 г. он катастрофически обводняется, и добыча в Мексике, начавшая падать с 1921 г., сейчас значительно снизилась, что свело ее на ранг второстепенных нефтедобывающих стран. Та­ ким образом, судьбы мексиканской нефтепромышленности оказа­ лись роковым образом связаны с известняком Эль-Абра.

богатым нефтеносным горизонтом месторождения Майдан-и-Наф- тун в Южном Иране. Это тоже богатый фонтанный нефтеносный горизонт, давший и дающий огромные количества нефти. Он ооли­ тового строения, ячеист, с многочисленными линзовидными пу­ стотами, местами имеет брекчиевидное строение. Ему обязана своим выдвижением в первые ряды среди нефтедобывающих ор­ ганизаций мира «Англо-иранская нефтяная К°» [43].

В СССР нефть в промышленных количествах обнаружена в из­ вестняках района Верхнечусовских Городков (Западный Урал). Главный нефтепромышленный горизонт доломитизированных из­ вестняков подчинен здесь так называемой брахиоподово-мшанко- вой толще, залегающей на самой границе перми и карбона — в артинском ярусе. Еще ниже залегает второй по степени насыщен­ ности горизонт коралловых известняков того же возраста. К тому же брахиоподово-мшанковому горизонту доломитизи­ рованных известняков приурочены промышленные залежи нефти и в Стерлитамакском (Ишимбаевском) районе Южного Приуралья.

На Северном Кавказе, в Кубанском нефтёЦосном районе, в 30 км к югу от Краснодара имеется Калужское месторождение, где основные залежи нефти также связаны с мощными линзами брекчиевидных доломитов и' брахиоподово-мшанковых известня­ ков чокракско-спириалисового яруса среднемиоценового возраста. Это месторождение имеет, однако, второстепенное промышлен­ ное значение [44].

В небольших количествах нефть может скопляться и в глинах при наличии некоторых благоприятных условий, например, там, где эти глины являются сильно измятыми, как это наблюдается иногда в центральных частях или ядрах антиклинальных или диапировых складок. Только в чрезвычайно редких случаях по­ добные скопления получают некоторое промышленное значение. Среди наших нефтяных месторождений подобного рода следует указать на гору Аташкя (Шубанинский район в окрестностях Баку). Здесь в ядре диапировой аташкинской антиклинали из глин диатомовой свиты и из спириалисовых глин добывается не­ большое количество очень легкой и высокой по своему качеству нефти. В ядре протыкания глины являются сильно перемятыми, изломанными, вследствие чего они образовали подходящий для скопления нефти резервуар. Очень редки случаи нахождения нефти

12* 179

щихся главным нефтяным горизонтом месторождений Семипол и Оклахома-сити в штате Оклахома.

ВАппалачской нефтеносной области, где в разрезе от карбона до девона включительно широко наблюдается переслаивание нефтеносных песков со сланцами, за материнскую породу обычно считают сланцевые слои, залегающие в более или менее непосред­ ственном контакте с нынешними нефтеносными резервуарами. Так, для залежей, подчиненных девонским отложениям, в част­ ности свитам Чемонг и Кэтскилл, материнской породой считаются черные сланцы свит Гамильтон и Марцэллус того же возраста.

Вобласти Лима-Индиана, где главным носителем нефти явля­ ется уже упомянутый выше трэнтонский известняк ордовичского возраста, за «материнскую» породу одни считают этот же извест­ няк (первичное залегание), другие — темноокрашощшо битуми­ нозные сланцы Утика, залегающие непосредственно в ого кровле.

Происхождение нефтей мелового возраста области Голфа (Те­ хас и южные части штатов Луизиана и Арканзас) является пред­

метом оживленных споров среди американских геологов и для от­ дельных входящих в состав этой области районов толкуется по-разному: так, для большинства «старых» месторождений Те­ хаса (район Корсикана) и для нефтей песчаных горизонтов Блоссом и Накаточ в Луизиане— Арканзасе за материнскую породу признаются залегающие в контакте с песками битуминозные сланцы. Имеется и много сторонников гипотезы первичпого за­ легания здесь нефти, которые привлекают в качестве веских аргу­ ментов в пользу последнего предположения крайне своеобразный состав и характер нефтей в каждом отдельном горизонте. Ана­ логичное толкование дается происхождению нефти в песках Вудбайн и известняках Эдвардс месторождений Мэхия-Иауэлл и Люлинг, а также в соляных куполах Прибрежной равнины.

На предыдущих страницах было показано, что нефть в земной коре образует залежи, заполняя различного рода пустоты -в по­ родах главным образом осадочного происхождения, и что такими породами являются прежде всего пески и рыхлые песчаники, галечники и конгломераты, реже — пористые известняки или до­ ломиты и, наконец, еще реже — глины. Осадочные породы, как известно, отлагаются в весьма разнообразных условиях. Одни из них являются отложениями открытого, глубокого моря, дру­ гие — отложениями прибрежного, мелководного характера и третьи — отложениями замкнутых частей моря: заливов, лиманов, лагун и т. п., и, наконец, они могут быть отложениями и внутрен­ них континентальных бассейнов.

Изучение литологического характера осадочных пород, с ко­ торыми связаны нефтяные месторождения, показывает, что по­ следние главным образом связаны с осадками прибрежного или лагунного характера, а следовательно, с отложениями мелковод­ ными. Этим, надо полагать, и объясняется расположение нефтя­ ных месторождений в краевых зонах хребтов, где как раз проие-

№

Глава V

ОБРАЗОВАНИЕ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ОБРАЗОВАНИЕ НЕФТИ, ЕЕ МИГРАЦИЯ И СКОПЛЕНИЕ

ВВИДЕ ЗАЛЕЖЕЙ

Впредыдущей главе было указано, что нефть образует скопления

впористых пластах главным образом осадочного происхождения. Теперь возникает естественный вопрос, каким образом и под влия­

в науке определенного ответа. Некоторые представители нефтяной геологии полагают, что залежи нефти, которые мы в настоящее время разрабатываем, и те, которые лежат в земной коре еще не тронутыми, являются первичными скоплениями, т. е. нефть мы на­ ходим в том месте, где она образовалась и никаких, следовательно, перемещений в земной коре не испытала. Эту доктрину защищают некоторые сторонники так называемого органического происхож­ дения нефти.

Более распространенным в геологической науке является дру­ гое воззрение, согласно которому нефть образовалась не в том месте, где она в настоящее время находится в виде залежи, а пришла сюда теми или иными путями из мест своего первоначального об­ разования в процессе более или менее сложной «миграции»-. Сле­ довательно, те залежи ее, которые мы вскрываем в настоящее время в нефтяных месторождениях, представляют собою вторич­ ные ее скопления. На этой точке зрения стоят как сторонники органического происхождения нефти, так и сторонники ее не­ органического происхождения, причем между теми и другими уста­ навливается существенная разница в воззрениях на процесс образования не'фтяных месторождений. Сторонники неорганиче­ ского происхождения нефти полагают, что нефть возникла в нед­ рах земной коры где-то на неведомых глубинах, поднялась оттуда различными путями, по преимуществу в виде газов, и скопилась в верхних, более холодных частях земной коры, где углеводород­ ные газы сконденсировались в пористых породах и образовали за­ лежи жидкой нефти. Так, например, одна из теорий неоргани­ ческого происхождения нефти, выдвинутая Д. И. Менделеевым, предполагает, что образование нефти произошло в тех зонах зем­ ной коры, где было налицо углеродистое железо, на которое действовала проникшая вглубь с поверхности земной коры вода, и

183

в результате подобного взаимодействия получились углеводороды, поднявшиеся потом в верхние, более холодные части земной коры, где они и сконденсировались и образовали залежи нефти в рых­ лых породах. Подобные реакции могли происходить за пределами литосферы в глубоких зонах земной коры, где можно предполагать наличие металлов вообще и углеродистых, в частности. При этом возникшие в результате таких реакций углеводороды должны были перейти через зону, представляющую собою, согласно но­ вейшим воззрениям (Вегенер и Джоли), вязкую массу, на которой плавают материки и в которой, понятно, невозможны никакие трещины, по которым могли бы подняться углеводороды; или же эти реакции имели место в литосфере, в местах возможного скоп­ ления углеродистого железа, при этом для правдоподобности предположения надо еще доказать наличие такого железа или природного чугуна в земной коре и этим доказать и самую воз­ можность таких реакций. Однако до сих пор углеродистых метал­ лов вообще и, в частности природного чугуна, не найдено.

Если стоять на точке зрения глубинного происхождения нефти, то ее следовало бы искать в тех местах, где тектонические проявле­ ния имели наибольшую силу и где, следовательно, глубокие тре­ щины могли получить наибольшее развитие, т. е. в центральных частях горных хребтов. В действительности же большинство нефтя­ ных месторождений приурочено к краевым зонам горных цепей, к местам, где развита, наоборот, сравнительно слабая складча­ тость, тогда как в центральных частях горных хребтов не только нефтяных месторождений, но даже и признаков нефти как будто не найдено.

Среди сторонников органического происхождения нефти, как уже указано, выделяется особая группа ученых, которая исходит из представления о всякой залежи нефти как о первичном ее скоп­ лении, т. е. если нефть в данное время мы находим в песках или по­ ристых известняках, значит, в этих породах она и возникла. Известный геолог-нефтяник К. П. Калицкий выявляет в этом от­ ношении наиболее крайнюю точку зрения. В своей книге «Мигра­ ция нефти» он говорит, что все сторонники теории передвижки нефти из одного пласта в другой исходят из одной основной мысли, по которой образование нефти в песках невозможно, так как в силу аэрации (проникновение воздуха) органический материал подвергается в них процессу окончательного разложения под действием кислорода воздуха. Он приводит ряд фактов, гово­ рящих за возможное сохранение органического вещества в пес­ ках, и, следовательно, за возможность возникновения в них нефти. А раз это так, то нет, по мнению К. П. Калицкого, ни-

. какой нужды строить всякого рода предположения о перемеще­ нии нефти из одного пласта в другой, тем более о передвижении ее с неведомых глубин. Для того чтобы подобное предположение оказалось соответствующим действительности, необходимо дока­ зать, что в песках пли .известняках может происходить накоплег

184

ние органического материала в массовом масштабе. Как на при­ мер такого рода скопления Калицкий указывал на большие под­ водные луга, образуемые особым растительным видом Zostera, живущим именно на песчаном грунте. По берегу Каспийского моря, несколько южнее Баку, встречаются большие скопления морской травы в виде валов, оторванные от места произрастания и выброшенные на берег при волнении. Морская трава (камка) в больших скоплениях наблюдается и вдоль берега Таманского залива на Таманском полуострове.

Однако нужно заметить, что скопления морской травы, по-ви­ димому, не представляют того органического материала, из ко­ торого могла бы образоваться нефть, так как главную составную часть его представляет клетчатка (углевод), которая при наличии

По отношению к пескам, возникшим в континентальных ус­ ловиях, каковыми, например, являются некоторые пески так на­ зываемой продуктивной толщи Апшеронского полуострова, очень трудно доказать, что в них могло происходить накопление ка­ кого бы то ни было органического материала. Это замечание осо­ бенно применимо к грубозернистым конгломератовидным пескам «перерывов» нижнего отдела продуктивной толщи, а между тем как раз эти пески в Балаханском нефтяном месторождении и на БибиЭйбате содержат громадные скопления нефти. Поэтому многие из сторонников органического происхождения нефти не разде­ ляют взглядов К. П. Калицкого и признают возможность пере­ мещения нефти на более или менее значительные расстояния и нахождения ее во вторичном залегании, не отрицая в то же время, что в некоторых случаях нефть может находиться и в первичном залегании не только в отдельных месторождениях, но и в пределах более обширных нефтеносных районов. Такое толкование мы только что видели на примере области Голфа в США.

Наиболее распространенным в настоящее время следует счи­

вала в пористые пласты, в которых и образовала обособленные залежи.

Остановимся на этом воззрении несколько подробнее ввиду того, что за последнее десятилетие оно явилось довольно рас­ пространенным среди ряда американских и западноевропейских геологов-нефтяников (Крэг, Эммонс, Джонсон, Лиллей, Блю-

мер и др.).

Во второй главе первой части этой книги изложено, как про­ исходит накопление органического материала, который впослед­ ствии подвергается процессу битуминизации, и как вообще образуются органогенные породы, получившие название каустобиолитов. Эти каустобиолиты и считаются за «материнскую» по­ роду как углей, так и нефти. Далее, в одной из предыдущих глав

185

было указано, что подобные породы образуются не только в так называемых внутренних, или континентальных, водоемах (пру­ дах, озерах и т. п.), но и в прибрежных частях морей (в бухтах, лагунах, лиманах и т. д.), где происходит накопление органиче­ ского материала не в пресной, а в соленой или же в солоноватой воде — в зоне, где происходит смена и чередование отложений; осадки глинистого характера, содержащие часто богатый орга­ нический материал, сменяются более грубыми — песками, галеч­ никами и т. п.

Органогенный ил, как и другие осадки, отлагается здесь, про­ питанный соленою или солоноватою водою, покрывается потом песками и другими рыхлыми породами, которые тоже содержат воду, но в меньшем количестве, чем илистые осадки. Изменение (битуминизация) органического материала в илистых осадках происходит почти без доступа воздуха в присутствии погребен­ ной воды, в особых условиях, отличных от поверхностных тем­ пературы и давления.

Химической сути этих изменений мы уже вкратце коснулись

вглаве о каустобиолитах и подробнее разберем этот вопрос ниже

вглаве о происхождении нефти, здесь же отметим, что поскольку процесс битуминизации совершался во всех точках породы, где было отложено органическое вещество, конечные продукты про­ цесса — нефть и газ — оказались в материнской породе в рассеян­ ном, или диффузионном, состоянии.

Теперь возникает вопрос, каким образом диффузнорассеянные

в глинах нефть и газ перешли в пористые породы и образовали в них залежи.

Причинами подобной миграции, по мнению одних исследова­ телей, являются силы давления, а по мнению других, — силы капиллярные.

По первой теории, нефть и газ из материнской породы оказы­ ваются выжатыми или вследствие уплотнения отложенных на дне водоемов осадков, или же вследствие давления при горообра­ зующих процессах. Уплотнение осадков происходит вследствие постепенно увеличивающейся нагрузки вышележащих пород.

Здесь нужно учесть два обстоятельства: в свежеотложенном иле воды больше, чем в песках, и, кроме того, уплотнение оказы­ вает большее действие на глины, чем на пески по причине их меньшей сжимаемости. Вследствие этого выжимаемая при уплот­ нении жидкость будет двигаться о т пунктов наибольшего уплот­ нения к пунктам наименьшего уплотнения, т . е. из глин в пески, где будут скопляться нефть и вода, которые потом расположатся по удельному весу.

Наибольшее уплотнение пород и наибольшее выдавливание жидкости (воды и нефти) в пески произойдет при горообразующих процессах.

В подтверждение этого взгляда приводят опыты Стэлла, ко­ торый брал стальной цилиндр и помещал в него на специальной

186

сетке глину, перемешанную с нефтью. Под сетку помещался про­ сушенный песок. В цилиндр вводился поршень, и глина под силь­ ным давлением уплотнялась. В результате опыта песок оказы­ вался пропитанным нефтью, причем в глине оставалось менее 1/3 взятой для опыта нефти. Хотя этот опыт и не воспроизводит всех условий, возникающих в природе при горообразовательных про­ цессах, тем не менее он дает некоторое основание предполагать, что этими процессами нефть могла быть выдавлена из глин в пори­ стые породы.

Фиг. 50. Диаграммы миграции нефти

1 — перед удалением перегородки Е\ 2 — после удаления перегородки Е

Существует и другое предположение, в силу которого нефть и газ могут переместиться в пески и без наличия высоких давлений, а под действием капиллярных сил, возникающих вследствие раз­ ницы в величине поверхностного натяжения между водой и нефтью. В результате поверхностного натяжения вода и нефть вопреки силе тяжести проникают в отверстия и поры капиллярных раз­ меров (см. об этом выше), примером чего могут служить пропи­ тывание водою губки и подъем керосина по фитилю в лампе. Опы­ тами установлено, что величина поверхностного натяжения воды на границе с воздухом равняется приблизительно 75,6 динам на сантиметр при 0° С и 72,8 динам при 20° С.

По данным Г. Уошборна х, поверхностное натяжение соленой воды некоторых нефтяных месторождений равно 79 дин/см, а пен­ сильванской сырой нефти уд. веса 0,851—24 дин при 20° С, т. е. вода имеет почти в три раза большее поверхностное натяжение, чем нефть. Следовательно, и сила капиллярного притяжения воды будет в три раза больше таковой у нефти. Вследствие этого вода го­ раздо легче проникает в наитончайшие поры, вытесняя оттуда

и нефть и газ. Последний вытесняется без всякого сопротивления. В этом отношении весьма любопытными являются опыты Мак-Коя2, помещавшего в стеклянную коробку напитанный водою слой песка

В(фиг. 50), в котором находился прослой грубозернистого песка А. Над песком В был помещён слой, напитанный водою глины С,

1 G. W. Washburne. The capillary concentration of gas and oil. — ATME Transaction, t. 50, 1914, p. 829—842.

2 A . W. McCoy. Notes on principies of oil accumulation. — Jl. Geol., T . 27, 1919, p. 252—262.

187

содержащий прослой глины, пропитанный нефтью D. В коробке были помещены на разных уровнях две серии тонких слоев, отде­ ленных одна от другой целлулоидным листом Е , долженствующим изображать сброса Через час после удаления целлулоидной пласстинкй нефть начала собираться в грубозернистом прослое песка, имеющем поры и цустоты больших размеров, чем у прочих слоев.

Опыт продолжался несколько часов, и в результате грубозер­ нистые прослои песка по обе стороны плоскости, долженствующей изображать сброс, заполнились нефтью, вытеснившей отсюда воду.

Фиг. 51. Разрез через один из планшетов близ Питтсбурга

1 — линзы с нефтью; 2 — линзы с бодой

Конечные результаты опыта показаны на фиг. 51. Нечто похо­ жее на описанное распределение нефти в пористых песках наблю­ дается и в природе. По данным М. Манна, в одном из планшетов близ Питтсбурга в Пенсильвании разрабатывается так называемый 100-футовый пласт, залегающий в кровле девонской системы. Он представляет собою среднезернистый песок, содержащий линзы грубозернистого песка и конгломерата, имеющие до 1,5 км в длину и несколько метров мощности. Вся нефть сконцентрировалась

вэтих линзах (фиг. 51), именно в тех из них, которые расположены

внаиболее приподнятых антиклинальных частях «100-футового» пласта, весь же остальной пласт песка и линзы грубозернистого песка и конгломерата, расположенные или в синклинальных изги­ бах или же вниз по падению, заполнены соленою водой. Очевидно, нефть в «100-футовый» песок попала из глинистых сланцев, между которыми он залегает, и сконцентрировалась в линзах, обладаю­ щих наибольшей величиной пор.

Исходя из опытных данных Мак-Коя и Уошборна, картину пе­ ремещения нефти из материнских пластов в пористые пласты можно изобразить в следующем виде. Если в природных условиях мы будем иметь слои материнской битуминозной породы с диф­ фузно,распределенной в ней нефтью в переслаивании с песками или другими пористыми породами, напитанными водою, то под действием сил капиллярного притяжения, в силу вышеотмеченной

188