- •Введение
- •Тема 1. Геолого-физическая характеристика нефтяных и газовых залежей
- •1.1 Общие понятия о нефти и природном газе с точки зрения их генезиса, физики и химии.
- •1.2 Нефть и газ как сложные многокомпонентные системы углеводородов (ув) в различных термобарических условиях. Фазовые состояния и превращения газонефтяных систем.
- •1.3 Общие сведения об осадочно-миграционной теории органического происхождения ув и образования месторождений нефти и природного газа. Понятие о геологических ловушках для ув, типы ловушек.
- •1.4 Минералы и горные породы. Классификация горных пород. Породы-коллекторы нефти и газа (их основные типы и характеристики).
- •1.4.Краткая стратиграфическая характеристика Припятского прогиба.
- •Тема 2 Залежи и месторождения углеводородов
- •2.1 Залежи нефти и природного газа как единичные скопления ув в геологических ловушках. Месторождения нефти и газа.
- •Классификация залежей углеводородов
- •2.3 Пластовые воды залежей ув; расположение пластовых вод относительно нефтегазоносной части залежи.
- •2.4 Запасы нефти и природного газа. Категории запасов. Подсчет запасов нефти и газа объемным методом.
- •Объемный метод подсчета запасов нефти
- •Объемный метод подсчета запасов газа
- •Тема 3. Пластовое давление в залежах ув
- •1 Газ; 2 нефть; 3 вода; 4 заводненная зона пласта; 5 точка замера давления в скважине; h расстояние от точки замера до условной плоскости
- •Тема 4. Физические параметры пластовых жидкостей и учет их изменения при разработке залежей нефти
- •4.2 Физические параметры пластовых вод.
- •Тема 5. Условия эксплуатации нефтяных и газовых скважин
- •5.1 Условие притока флюидов к забоям скважин под действием упругих сил
- •5.2 Стационарные и нестационарные режимы исследования скважин (индикаторная кривая и кривая восстановления давления).
- •Исследование скважин методом установившихся отборов (стационарные режимы исследования)
- •Исследование скважин методом неустановившихся отборов (кривая восстановления давления)
- •5.3 Система «пласт-скважина» и способы эксплуатации скважин; предел фонтанирования скважины. Обводнение добывающих скважин: источники и пути поступления воды. Технологический режим работы скважин.
- •Обводнение добывающих скважин: источники и пути поступления воды.
- •Технологический режим работы скважин.
- •Тема 6. Основные закономерности разработки залежей нефти
- •6.1 Динамика текущего пластового давления в процессе разработки. Заводнение залежи: преимущества и недостатки.
- •Площадное заводнение
- •1 Площади, не охваченные процессом
- •6.3 Стадии разработки нефтяной залежи; характеристика отдельных стадий. Основной период разработки залежи.
- •Тема 7. Основные эксплуатационные характеристики залежей нефти
- •7.1 Термобарическая характеристика залежи. Влияние начальных температуры и давления в залежи и состава ув на возможный ход разработки.
- •7.2 Режимы работы пластов как проявление определенного вида пластовой энергии, под действием которой к забоям скважин движутся пластовые жидкости
- •7.3 Классификация режимов Водонапорный режим
- •Упругий режим
- •Упруговодонапорный режим
- •Газонапорный режим
- •Режим растворенного газа
- •Гравитационный режим
- •Сравнительный анализ режимов
- •Тема 8. Основы проектирования разработки месторождений нефти и газа
- •8.1 Цели и задачи проектирования разработки. Многостадийность проектирования разработки месторождений нефти
- •8.2 Виды проектных документов, их назначение.
- •Тема 9. Объект и система разработки
- •9.1 Выбор объектов по разрезу и площади месторождения. Объединение нескольких продуктивных пластов в один объект разработки; обоснование целесообразности объединения
- •9.2 Понятие о системе разработки нефтяных месторождений. Системы разработки по методу разбуривания месторождения в целом. Системы разработки залежей с естественным напором краевых и подошвенных вод.
- •Системы разработки по методу разбуривания месторождения в целом
- •Системы разработки залежей с естественным напором краевых и подошвенных вод.
- •9.3 Схематизация формы залежи. Схематизация контуров нефтеносности. Схемы размещения добывающих и нагнетательных скважин.
- •9.4 Характеристика основных технологических показателей разработки. Характеристика основных экономических показателей разработки
- •9.5 Проведение гидродинамических расчетов основных показателей разработки
- •9.6 Понятие о рациональной системе разработки. Выбор рационального варианта
- •Тема 10. Основы анализа разработки
- •10.1 Цель и задачи анализа текущего состояния разработки в рамках авторского надзора. Методы проведения анализа.
- •Применение статистических методов и упрощенных методик для анализа и прогноза разработки, оценки эффективности проводимых на залежи геолого-технических мероприятий
- •10.2 Факторы, осложняющие процесс вытеснения нефти водой.
- •Фазовые проницаемости. Кривые относительных фазовых проницаемостей
- •10.3 Различия вязкостей нефти и воды как фактор, осложняющий процесс вытеснения нефти. Параметр безразмерной вязкости μ0, его влияние на характер выработки запасов.
- •10.4 Методы повышения коэффициента нефтеизвлечения (кин).
- •10.5 Рациональное число и размещение проектных скважин. Основной фонд скважин. Резервные скважины.
- •10.6 Расчет процессов нагнетания.
- •Тема 11. Разработка залежей, приуроченных к трещиноватым коллекторам
- •11.1 Контроль и регулирование разработкой нефтяных залежей Контроль за процессом разработки
- •Регулирование процесса разработки (рпр)
- •11.2 Основы компьютерного моделировании строения залежей ув и их разработки
- •Основные виды исходных данных для цифрового геологического моделирования
- •Основные исходные данные для создания гидродинамической модели
- •Тема 12. Разработка газовых и газоконденсатных залежей
- •12.1 Состав природных газов. Классификация природных газов. Классификация газовых залежей и месторождений.
- •12.2 Физические свойства природных газов. Тепловые свойства природных газов. Дросселирование газов. Гидратообразование.
- •12.3 Технологический режим работы газовой скважины. Свободный и абсолютно свободный дебит.
- •Тема 13 Способы эксплуатации газовых скважин
- •Газогидродинамические исследования скважин при установившихся режимах (метод установившихся отборов)
- •Исследования скважин при нестационарных режимах фильтрации
- •Режимы работы газовых пластов
- •Газовый режим
- •Водонапорный режим
- •Размещение скважин при разработке газоконденсатных залежей
- •Определение показателей разработки при газовом режиме для периода нарастающей добычи
- •13.6 Особенности разработки газоконденсатной залежи. Явления обратной конденсации. Особенности разработки газонефтяных и нефтегазовых залежей
- •Особенности разработки нефтегазовых залежей
- •Системы сбора газа на промысле. Промысловая подготовка газа к транспорту
- •Подземное хранение газа
- •Список литературы
- •Содержание
1.4 Минералы и горные породы. Классификация горных пород. Породы-коллекторы нефти и газа (их основные типы и характеристики).
Образование минералов вблизи поверхности и на поверхности Земли происходит при участии воды, кислорода воздуха, углекислоты, а также в результате жизнедеятельности организмов.
Минералы представляют собой природные химические соединения (или элементы), являющиеся составной частью горных пород. Они встречаются преимущественно в твердом (кварц, слюда), реже в жидком (самородная ртуть) и газообразном (сероводород) состоянии. Из более чем 2000 минералов, известных в мире, лишь 25 широко распространены и играют существенную роль в составе геологических тел, характеризующихся большими размерами. Они называются породообразующими минералами.
Минералы могут быть кристаллическими или аморфными. В кристаллическом веществе частицы располагаются в строго определенном порядке. Форма кристаллов зависит от строения вещества, от его кристаллической решетки. Аморфное строение вещества характеризуется беспорядочным расположением его частиц. Физические свойства (теплопроводность, электропроводность и др.) у аморфного вещества во всех направлениях приблизительно одинаковы, тогда как у кристаллического разные.
Все минералы по химическому составу принято подразделять на классы.
Сульфиды. Насчитывается около 200 минералов, относящихся к этому классу. Это сернистые соединения металлов: пирит FeS2, галенит PbS, киноварь HgS, молибденит MoS. Они составляют не более 0,25% массы земной коры и не являются породообразующими. Многие сульфиды имеют большое практическое значение как руды свинца, цинка, ртути и др.
Галоиды. Этот класс включает хлористые, фтористые, бромистые и йодистые соединения – всего около 100 минералов, которые представляют собой соли галоидоводородных кислот. Доля их в земной коре незначительна. Наиболее распространены галит NaCl и сильвин KCl. В недрах многих нефтегазоносных районов они образуют толщи огромной мощности (более 500 м).
Сульфаты. В этот класс входит около 260 минералов, представляющих собой соли серной кислоты. На их долю приходится 0,1% массы земной коры. Некоторые из них (гипс CaSO4 · 2H2O, ангидрит CaSO4) являются породообразующими минералами и встречаются в виде мощных пластов.
Карбонаты. Минералы этого класса (около 80) составляют 1,7% массы земной коры. Наиболее распространены кальцит CaCO3 и доломит CaCO3 · MgCO3. Они относятся к породообразующим минералам и встречаются в природе большими массами (известняки, доломиты и мраморы).
Фосфаты. Эти минералы обычно встречаются вместе с арсенатами и ванадатами (солями мышьяковой и ванадиевой кислот), объединяя их в один класс. В этом классе насчитывается около 350 минералов, которые составляют 0,7% массы земной коры. Наибольшее распространение и значение имеют фосфаты (апатит Ca5(PO4)3F, фосфориты).
Окислы и гидроокислы. Число минералов в этом классе более 200. На их долю приходится 17% массы земной коры. Наиболее часто встречающимся минералом этого класса является кварц SiO2.
Силикаты. К этому классу относится около 800 минералов, что составляет примерно 1/3 числа всех известных. На их долю, по подсчетам А.Е. Ферсмана, приходится 75% массы земной коры. Многие из них относятся к породообразующим минералам и входят в состав почти всех горных пород. По происхождению силикаты связаны с эндогенными и особенно с магматическими процессами. Основой всех силикатов является кремнекислородный радикал-анион (SiO4)4-, он состоит из четырех ионов кислорода, расположенных в вершинах тетраэдра, и одного иона кремния (в центре). В зависимости от того, как связаны между собой эти радикалы, различают несколько групп силикатов. Наиболее распространена в природе группа полевых шпатов. По строению кристаллических решеток минералы этой группы близки к кварцу.
Среди полевых шпатов выделяются калиевые и кальций-натриевые полевые шпаты. Последние называют плагиоклазами. Крайними членами ряда плагиоклазов являются два минерала – альбит и анортит, образующие множество переходных разностей.
Из минералов других групп силикатов породообразующими являются мусковит, биотит, роговая обманка, авгит, нефелин, оливин и др.
Помимо перечисленных выделяется еще несколько классов минералов: самородных элементов (золото, платина, серебро, медь, сера, графит, алмаз), органических соединений и др.
Горные породы могут состоять из одного минерала или из нескольких. Все горные породы, слагающие земную кору, по происхождению делятся на три основные группы: магматические, осадочные и метаморфические. Кроме минерального состава и происхождения горные породы отличаются друг от друга структурой, текстурой и формами геологических тел, которые они образуют.
Структура горной породы это совокупность особенностей отдельных составных частей и их пространственными взаимоотношениями. Это размерность зерен, их форма, характер поверхности (крупно-и мелкозернистая, рыхлая, пылеватая и т. д. порода). Структура горных пород (строение) определяется размером, формой и характером срастания минеральных зерен.
Текстура горной породы характеризует пространственное расположение и распределение ее составных частей. Основным текстурным признаком осадочных пород является слоистость (рис.1.10). Текстура горных пород (сложение) определяется пространственным взаиморасположением слагающих минеральных зерен и характером заполнения объема породы.
Рис. 1.10. Типы слоистости
Горизонтальная: 1 - равномерная, 2 -направленно-изменяющаяся, 3 - неравномерная; 4 - пологоволнистая, параллельная; 5 - линзовидная; косая: 6- косослоисто-касательная, 7 - параллельная, 8 - параллельная с косым срезанием серий слойков, 9 - мульдообразная; чередования разных типов: 10 - косая горизонтальная, 11 - косо-полого-волнистая; 12 - биогенно-слоистая; 13 - оползневая; 14 - внедрения под давлением; 15 - биотурбация; слоеватая 16 - градационная, 17 - редкие включения, 18 - ориентированно расположенные конкреции, 19 – неотчетливая
Магматические и метаморфические породы плотные и, как правило, имеют кристаллическое строение. Магматические породы залегают в виде тел неправильной формы — батолитов, штоков. Осадочные породы менее плотные, часто пористые (впитывают воду). Они залегают в виде пластов, толщи их характеризуются слоистостью. Наконец, осадочные породы содержат ископаемые остатки организмов, а некоторые из них целиком состоят из раковин, тогда как магматические и метаморфические породы лишены их. В осадочных породах заключено подавляющее большинство скоплений нефти и газа.
Магматические и метаморфические породы составляют 95 % общей массы пород, слагающих земную кору, на осадочные породы приходится 5 %. На земную поверхность магматические породы выходят лишь в некоторых районах земного шара, на большей же его части они скрыты под осадочными горными породами. Во всех нефтяных районах магматические и метаморфические породы залегают на больших глубинах и не выходят на поверхность Земли.
Магматические горные породы. Эти породы бывают двух типов: интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся). Первые образуются на различной глубине в недрах земной коры, вторые — на ее поверхности. Породы, образующиеся при интрузивном магматизме, в свою очередь подразделяются на две группы: абиссальные (собственно глубинные) и гипабиссальные (полуглубинные).
Интрузивные породы образуются при застывании магмы на значительной глубине. На больших глубинах магма остывает медленно, поэтому все минералы успевают выкристаллизоваться полностью. Порода приобретает полнокристаллическое строение. Причем зерна всех минералов, из которых состоит порода, имеют почти одинаковые размеры. Такое строение является характерным признаком образования пород на значительной глубине. Все абиссальные породы имеют полнокристаллическую равномерно-зернистую структуру и имеют плотное и компактное строение. Для них характерна массивная текстура. Кроме массивной, у абиссальных пород могут быть пятнистая и другие текстуры. Примером глубинной горной породы магматического происхождения служит гранит.
На сравнительно небольших глубинах образуются гипабиссальные породы. В этих условиях только часть минералов успевает выкристаллизоваться, основная же масса магмы, внедряясь в более холодные слои земной коры, относительно быстро застывает, не успев хорошо кристаллизоваться. Структура этих пород либо порфировидная, когда основная масса породы состоит из кристаллов незначительных размеров и среди них располагаются явно выраженные крупные кристаллы, либо порфировая, при которой крупные кристаллы вкраплены и скрытокристаллическую или стекловатую, аморфную массу. Примером гипабиссальных горных пород могут служить кварцевые порфиры.
Эффузивные породы образуются в поверхностных условиях. Остывание и затвердение лавы происходит быстро. В этих условиях могут образоваться очень мелкие кристаллы, а при застывании вязких лав кристаллизация вещества вообще оказывается невозможной. Для эффузивных пород характерна неполнокристаллическая (скрытокристаллическая или мелкокристаллическая) структура, при которой кристаллы едва различимы. Для излившихся пород характерна пористая текстура, обусловленная выделением пузырьков газа при застывании лавы, либо флюидальная со следами течения (длинные оси минеральных зерен породы ориентированы в одном направлении). Эффузивными горными породами являются базальты, андезиты.
Магматические горные породы по химическому составу (в зависимости от содержания в них SiО2 в виде кварца и других соединений) подразделяются на кислые с содержанием SiО2 более 65 %, средние - 65 - 52 %, основные - 52 - 45 % и ультраосновные - менее 45 %.
В состав кислых пород входят полевые шпаты, слюды, роговая обманка и кварц (в виде зерен); эти породы имеют светлую окраску. В средних, основных и ультраосновных породах кварца нет или он присутствует в небольших количествах (в средних породах). Средние породы окрашены в серые тона, основные и ультраосновные - в темные и даже черные. Цвет их зависит от цвета составляющих минералов.
Группу кислых пород составляют граниты, кварцевые порфиры, липариты и др. Они отличаются незначительным содержанием цветных силикатов (3-12 %) и общей светлой окраской. Для них характерно присутствие кварца и значительное количество ортоклаза, альбита, олигоклаза, биотита (мусковита), реже роговой обманки и еще реже авгита. Наиболее распространены интрузивные породы (граниты, кварцевые порфиры). Эффузивные их аналоги (липариты) встречаются реже.
Граниты состоят из ортоклаза (40 - 60 %), кварца (25 - 35 %), плагиоклазов (10 - 15 %), мусковита, биотита и роговой обманки. Структура полнокристаллическая, равномерно-зернистая. Гранитные тела - батолиты занимают огромные площади на земной поверхности в горных и складчатых областях.
Кварцевые порфиры содержат в качестве вкрапленников крупные зерна кварца, реже полевого шпата и слюды. Цвет светло-сероватый и серовато-розовый. Образуются на небольшой глубине. Интрузии кварцевого порфира имеют караваеобразную форму либо встречаются в виде жил.
Извержения вулканов часто сопровождаются выбросами рыхлых продуктов (кислого и среднего состава), которые покрывают большую поверхность Земли, образуя пирокластические породы. Среди них различают вулканический пепел (рыхлые накопления мельчайших частиц светло-серого цвета), вулканический песок (частицы размером 0,5 - 2 мм) и вулканический туф. Последний представляет собой плотную породу, состоящую из вулканического пепла и песка, а также из частиц и обломков осадочного происхождения.
Основные породы состоят из темноцветных минералов: авгита, плагиоклазов, роговой обманки. Глубинные породы менее распространены, чем излившиеся. Представителями этой группы являются габбро, диабазы и базальты.
Метаморфические горные породы. Исходным материалом для образования метаморфических горных пород являются магматические, осадочные и ранее образовавшиеся метаморфические породы. Основные наиболее распространенные метаморфические горные породы — кварциты, мраморы, сланцы и гнейсы.
Кварциты, представляющие собой плотные породы с массивной текстурой, состоят из зерен кварца. Структура полнокристаллическая, обычно мелкозернистая. Цвет белый светло- и красновато-серый. Блеск жирный. Залегают в виде пластов. Образуются при региональном метаморфизме из кварцевых песчаников.
Слюдяные сланцы являются горными породами более высокой степени метаморфизации по сравнению с глинистыми. В их составе преобладают слюды. Структура полнокристаллическая. Текстура сланцеватая (слоисто-листоватая) . Окраска светлая.
Гнейсы имеют полосчатую текстуру (светлоокрашенные минералы чередуются с темноокрашенными) и кристаллическое строение. Состоят из кварца, слюды и полевых шпатов. Образуются в результате регионального метаморфизма.
Осадочные горные породы. Образуются они в результате разрушения на поверхности Земли ранее сформировавшихся горных пород и последующего накопления и преобразования продуктов этого разрушения.
Классы осадочных пород: терригенные (обломочные), карбонатные, вулканогенно-осадочные, эвпаритовые, каустобиолитовые.
Терригенные (обломочные) породы
Образование терригенных пород проходит ряд этапов:
образование осадочного материала (разрушение);
перенос осадочного материала;
накопление осадков (седиментогенез);
преобразование осадков в породу (диагенез);
постепенная метаморфизация породы (катагенез).
Разрушение всех типов горных пород (магматических, метаморфических и осадочных) происходит под действием экзогенных процессов. Разрушенные горные породы транспортируются ветром, водой, ледниками и гравитационными силами. При транспортировке происходит дробление, изменение минерального состава, дифференциация материала, наиболее мелкие частицы перемещаются на более дальние расстояния.
Так, при воздействии ветра формируются и перемещаются песчаные дюны и барханы, а мелкие пылеватые частицы могут уноситься на тысячи километров, образуя лессовые отложения.
Водой осуществляется плоскостной смыв, продукты которого попадают в ручьи и реки переносятся водой и откладываются в виде террас, которые также со временем разрушаются и переносятся во внутренние водоемы или в океаны. На границе море-суша интенсивно происходит разрушение берегов морскими волнами, дробление, перенос и дифференциация материала. В шельфовой зоне океанов образуются мощные осадочные толщи, которые могут разрушаться течениями, мутьевыми потоками и оползнями уноситься в океан.
Терригенные породы классифицируются по двум критериям: размерности зерен и минеральному составу.
В соответствии со структурными особенностями, обломочные породы подразделяются на крупнообломочные (псефиты), средне-обломочные (псаммиты), мелкообломочные (алевриты) и тонкообломочные (пелиты).
Крупнообломочные породы - псефиты (размер зерен от 1 до 1000 мм) составляют десятые доли процента в осадочной оболочке. Породы состоят из несцементированных и сцементированных обломков различного состава, представлены большей частью горными породами, а не минералами. Среди несцементированных пород скопления угловатых неокатананых обломков с размером в поперечнике свыше 100 мм называются глыбами, от 100 до 10 мм — щебнем, от 10 до 2 мм — дресвой. Их образование связано с выветриванием горных пород. Породы, состоящие из окатанных обломков тех же размеров, соответственно называются валунником (>100 мм), галечником (10—100 мм) и гравием (2—10 мм). Среди сцементированных крупнообломочных пород различают брекчию и конгломерат.
Брекчия — осадочная порода, состоящая из неокатанных обломков (глыб, щебня и дресвы), скрепленных цементом.
Конгломерат — осадочная порода, состоящая из окатанных обломков (валунов, гравия и галек), также скрепленных цементом.
Средне-обломочные породы (псаммиты) состоят из обломков с размером зерен от 0,1 - 2 мм. Они могут быть несцементированными (пески) и сцементированными (песчаники). По размеру зерен пески и песчаники разделяют на грубозернистые (1 - 2 мм), крупнозернистые (0,5 - 1 мм), средне-зернистые (0,25 - 0,5 мм), мелкозернистые (0,1 - 0,25 мм), По составу пески и песчаники могут быть мономинеральными, состоящими из одного минерала, и полиминеральными, состоящими из нескольких минералов. Мономинеральные пески и песчаники получают название того породообразующего минерала, из которого они преимущественно сложены (например, кварцевый песок, глауконитовый, полевошпатовый). Среди полиминеральных песков и песчаников, часто встречаются, аркозовые, состоящие из полевых шпатов, кварца и слюды.
Цвет песков и песчаников зависит от цвета преобладающих обломков, а у песчаников — и от цвета цементирующего вещества. Пески и песчаники служат хорошими коллекторами для нефти и газа.
Мелкообломочные породы (алевриты) — осадочные породы, состоящие из частиц с размером преимущественно от 0,01 до 0,1 мм.
К несцементированным мелкообломочным породам относятся алевриты, лёссы, суглинки, супеси. Алевриты представляют собой рыхлую осадочную породу, промежуточную между песками и глинами. Лёсс — светло-палевая или желто-серая порода, состоящая из частиц кварца и извести. Образование лёсса связано с эоловой деятельностью. Сцементированные алевриты называются алевролитами. Алевролиты могут служить коллекторами для нефти и газа.
Глинистые породы
Глинистые породы - продукты выветривания, как механического, так и химического разрушения материнских минералов.
Одним из основных агентов выветривания является водa. Растворяя химические элементы, насыщаясь углекислым газом, вода постепенно становится агрессивной и воздействует на горные породы как слабая кислота.
Вначале в результате гидролиза разрушается кристаллическая структура минералов. Вода диссоциирует на ионы водорода и (ОН), затем вступает в реакцию с кристаллическими веществами. Ионы замещают атомы в кристаллах или вступают с ними в реакцию, нарушается кристаллическая структура. Кальций, магний, натрий и калий растворяются, а соединения алюминия и железа образуют гидроксиды. Процесс образования последних носит название гидратации. Кроме того, при химическом выветривании происходит окисление соединений двухвалентного железа в трехвалентное. При этом изменяется не только внутренняя структура горной породы, но ее цвет и физические свойства. В результате химического выветривания от твердой горной породы остается рыхлый глинистый материал, химический и минеральный составы которого зависят от первичного состава материнской породы и климата.
Тонкообломочные глинистые породы (пелиты), имеют размер частиц 0,01- 0,001 мм. Под глинистыми породами подразумеваются различные глины, аргиллиты, глинистые сланцы, глинистые илы. Различаются глины и по седиментогенезу: морские, озерные, аллювиальные, кор выветривания, торфяников и болот, ледниковые и т. д.
В глинистых породах могут находиться и не глинистые минералы: кварц, полевые шпаты, хлориты, силикаты, слюды, оксигидраты железа и алюминия, карбонаты, сульфаты, сульфиды, а также переотложенные обломки пород различного генезиса и элементы животных и растительных организмов.
Пластичные глины, состоящие из каолинита, слюды и гидрата окиси алюминия, называются огнеупорными. Цвет глин серый, красно- и желто-бурый, черный. Плотные глины, сцементированные кремнеземом, называются аргиллитами. Глины и аргиллиты служат хорошими покрышками для залежей нефти и газа.
В осадочной оболочке Земли глинистым породам принадлежит ведущая роль (более 50%), а с учетом примеси в других породах, глинистые минералы составляют более 80% осадочных образований.
Глины имеют самую высокую пористость и очень низкую проницаемость среди всех осадочных пород. Это обусловлено тем, что глины состоят из очень мелких частиц и каналы, соединяющие поры, сужаются настолько, что движение воды по ним затрудняется.
Наиболее часто встречаются глинистые минералы смектиты (монтмориллонит), гидрослюды (иллит), каолинит и хлориты.
Смектитовые глины набухают при контакте с водой. Связь между слоями глинистых частиц, имеющих кристаллическую структуру, у них слабее, чем у глин всех других типов. Вода может легко проникать между слоями и раздвигать их, глина набухает. Отдельные глинистые частицы могут расходиться настолько, что связь между ними исчезает (диспергирование).
Монтмориллонитовые глины. Натриевый монтмориллонит называют бентонитом. Бентонит может увеличивать объем до 20 раз.
Иллитовые глины. Под воздействием высокой температуры и давления монтмориллонит претерпевает физические и химические изменения и превращается в иллит. Он не имеет раздвигающейся кристаллической решетки. Вода не может проникнуть в межслоевое пространство его кристаллов. Неустойчивость глинистых пород, содержащих иллит приводит к увеличению диаметра ствола скважины.
Каолинитовые и хлоритовые глины мало набухают при контакте с водой. Хлоритовые глины могут набухать сильнее, чем каолинитовые или иллитовые, но не так сильно, как смектитовые.
Глины чрезвычайно широко распространены и имеют прямое отношение к процессам нефтегазообразования в земной коре. Предполагается возможное каталитическое действие глин в образовании углеводородов. Глинистые породы способствуют сохранению органического вещества на стадии превращения осадка в породу, а в дальнейшем - отжатию из последней образовавшейся микронефти. Не менее важна роль глинистых пород как флюидоупоров (покрышек), предотвращающих просачивание УВ к поверхности земли.
Уплотнение глин сопровождается последовательным выделением все новых порций воды. Выжимание это носит стадийный характер. Помимо поровой воды жидкого состояния, в глинах находится вода в особом состоянии (типа жидкого кристалла), достаточно прочно связанная со структурой минералов.
Первая стадия дегидратации. В конце диагенеза и начале катагенеза удаляется относительно свободная поровая влага, вместе с ней отжимается и избыточное количество слабо связанной воды.
Вторая стадия дегидратации начинается при достижении породами определенной глубины с температурами 83-110°С. Выделяется воды до 10 -15% общего объема осадков. Плотность ее в связанном состоянии выше обычной (1,15 - 1,7 г/см3). Во время второй стадии дегидратации разбухающих глин происходит перемещение в них и из них помимо воды и образовавшихся нефтяных УВ. На этой стадии развивается процесс термокаталитического разложения органического вещества и происходит массовое генерирование УВ. Следовательно, вторая фаза дегидратации глин соотносится во времени с главной фазой нефтеобразования. Микронефть, генерированная породой, получает возможность выйти из нее вместе с водой. Не все глины обладают способностью к набуханию и, следовательно, не все заключают в себе межслоевую воду.
Третья стадия дегидратации осуществляется на еще большей глубине, фаза нефтеобразования затухает и наступает фаза газообразования. Обезвоживаются ненабухающие глины. На первый план выходят те глинистые образования, которые слабо проявили себя на предыдущей стадии. Эмиграция УВ идет уже в газообразной форме и тяжелые УВ, постепенно разламываясь на более легкие, получают возможность покинуть глинистую породу.
В результате анализа поведения глин различного состава в катагенезе, делают вывод, что одни из них (разбухающие) вероятностью участвуют в процессе нефтеобразования, другие (неразбухающие) обеспечивают газообразование в осадочной толще.
Карбонатные породы
Карбонатные породы составляют 15 - 20% объема всех осадочных образований, содержат крупнейшие залежи нефти и газа. К карбонатным породам и осадкам относятся образования, сложенные до 50% и более карбонатными минералами. Наиболее часто встречаются соединения кальцита и доломита. Это известняки и доломиты.
Известняки. Известняки (СаСО3) карбонатные породы, состоящие на 50% и более из кальцита или арагонита. Известняки со значительным содержанием глин называют мергелями. Известняки, не содержащие примесей, имеют белый цвет. Выделяют известняки биогенные (органогенные), биохемогенные, хемогенные и обломочные.
Доломиты. Доломитами называют породы, сложенные на 50% и более одноименным минералом СаМg(СО3)2. Кристаллическая решетка доломита в высокой степени упорядочена и образована замещением атомов Са в кальците через один на атом Mg. В доломите место Mg2+ нередко занимает Fe2+ . По внешнему виду многие разности доломитов похожи на известняки и визуально их различают по характеру взаимодействия с разбавленной НС1.
По структурно-генетическим признакам выделяют седиментационные и постседиментационные образования;
Седиментационные (первичные) доломиты являются хемогенными образованиями. Они образуют пласты и содержат в качестве примесей гипс, ангидрит и глинистые минералы.
Постседиментационные доломиты являются метасоматическими образованиями и отличаются чрезвычайным разнообразием форм. Это пласты, линзы, штокообразные тела причудливых очертаний.
Образование доломитов. Фактором образования доломита из природных вод является отношение Mg/Са. При повышенных концентрациях солей в растворе требуется все больше Mg для начала доломитообразования. Вторичная доломитизация широко развивается в рифовых постройках, где отмечается повышенное содержание высокомагнезиального кальцита, связанного с водорослями.
Вулканогенно - осадочные породы
Вулканогенно-осадочными называются отложения, состоящие из продуктов вулканизма или из смеси их с терригенными, хемогенными, биогенными компонентами. Магматические источники вещества поставляют при вулканических извержениях огромные массы материала в жидком, твердом и газообразном состояниях. Этот материал затем перемещается на поверхности земли по общим законам седиментации и приобретает за счет этого черты осадочных отложений.
Эвапоритовые породы (соли)
В водной среде идут хемобиогенные процессы дифференциации вещества. В прибрежных зонах и замкнутых бассейнах происходит испарение воды и выпадение солей (соленосные толщи Припятского прогиба, Прикаспийской впадины, залив Кара-Богаз-Гол). В лагунных условиях морские микроорганизмы избирательно питаются определенными продуктами концентрируя химические элементы. Так образовано крупнейшее железорудное месторождение (Керчь). На океаническом дне образуются железомарганцовые конкреции.
Соляные породы являются чисто хемогенными образованиями, выпадающими в осадок в результате выпаривания и высокой концентрации солей в природных водах. Их называют эвапоритами. Они возникают в морских и континентальных условиях. Основными соляными породами являются сульфаты, хлориды фосфаты, алюминистые, железистые, марганцевые породы. Главными минералами этих пород являются гипс, ангидрит, мирабилит и т. д. из группы сульфатов; хлориды представлены сильвином, галитом, карналлитом. Нитраты, бораты и сода встречаются гораздо реже.
Сульфатные породы. Наиболее широко распространены в природе сульфатные образования - гипсы и ангидриты. Цвет пород белый, розовый, голубоватый, красный, желтоватый до темных. Сульфаты залегают в виде мощных линз, переслаивающихся со слоями галита, доломитов, известняков, глин и песков.
Гипс и ангидрит являются достаточно неустойчивыми и подвижными образованиями. В зоне катагенеза гипс переходит в ангидрит. При гипергенных процессах, напротив, ангидрит гидратируется и переходит в гипс, увеличиваясь в объеме на 60%, что ведет к образованию текстур смятия. Гипс и ангидрит легко выщелачиваются подземными водами. При взаимодействии сульфатных вод с карбонатными породами образуются метасоматические сульфаты кальция.
Хлористые породы. Каменная соль сложена галитом (NaCl) и может содержать примеси других хлористых и сернокислых солей, ангидрита, оксидов железа и терригенных частиц. Каменная соль образует линзы, пласты и соляные купола. Текстура ее обычно тонкослойчатая, структура крупно- и грубозернистая.
Карналлитовая порода сложена в основном карналлитом (КС1 MgCl2 6H20), из примесей содержит преимущественно галит, иногда сильвин. Отличается ярко-красной или оранжево-желтой окраской, обусловленной присутствием тончайших иголочек гематита.
Сильвиновая порода (КС1) характеризуется тонкой слойчатостыо. Окрашены породы обычно в красные и пестрые тона за счет разной окраски слагающих их компонентов.
Структурно-текстурные особенности соляных пород обусловлены особенностями процессов формирования. Выделяются первичные и вторичные текстуры. Первичная слоистая текстура отражает годичные и сезонные изменения в процессе отложения соляных осадков. Эта текстура характерна для каменной соли и сильвинита.
Каустобиолитовые осадочные породы
Залежи каменного угля, сланцев, торфа обусловлены воздействием воды и течением хемобиогенных процессов. Транспортировка органического вещества и скопление его в осадочных бассейнах приводит к образованию углеводородных месторождений. К этому классу пород относятся нефть и газ. Они образуются в результате химических и биохимических процессов.