Учебное пособие по одноименному курсу для студентов специальности 1-51 02 02 «Разработка нефтяных и газовых месторождений»

В гипотезе органического происхождения углеводородов, предполагается, что они образованы из органической биомассы (водоросли, бактерии) скапливающейся в процессе осадконакопления в морских бассейнах. Пласты отложившихся осадков перекрываются новыми и часто непроницаемыми для жидкостей и газов, погружаются, подвергаются процессам метаморфизации. Разными исследователями приписывается главенствующая роль того или иного фактора обеспечивающего превращение органического вещества в нефть. Это температура, давление, радиоактивное облучение, микросейсмичность, катализаторы, микробиологические процессы. Образованные углеводородные микрокапли водами переносятся и скапливаются в ловушках. Пласты осадочной породы, в которой находилась биомасса, носят название нефтематеринских. По объему горных пород осадочного пласта ограниченного водоупорами и возможному процентному содержанию в них биомассы можно оценить объем возможного производства углеводородов. Гипотеза органического происхождения нефти по-прежнему является основной. К осадочным отложениям. приурочено 99,9% известных месторождений нефти.
Одно из возражений этой гипотезе: Объем накапливающейся органики существенно ограничен и до перекрытия горизонта непроницаемой оболочкой и создания условий превращения органики в углеводороды проходили миллионы лет, на протяжении которых отложенные органические вещества, трансформируясь, вымывались бы в водоем, в котором они находились.
Гипотезы неорганического происхождения нефти можно разделить на две группы.
Взгляды первой группы исследователей излагаются Н. А. Кудрявцевым (1954). По его предположению из углерода и водорода, имеющихся в магме, образуются углеводородные радикалы СН, СН_{2 ,} СН₃, которые, как и свободный водород, выделяются из магмы или подкорового вещества и служат материалом для образования нефти в более холодных зонах земной коры. Глубинные разломы служат путями для подъема из мантии Земли в осадочную оболочку не только нефти, но и различных газов и паров, из которых по мере перемещения их в зоны с невысокой температурой образуются ювенильные воды, в той или иной степени насыщенные солями.
Вторая группа исследователей предполагает, что сложные углеводороды, попавшие из космоса в недра земли, претерпевают химические преобразования, превращающие их в нефть, которая в дальнейшем поднимается к поверхности и образует залежи в земной коре. Так. В. Б. Порфирьев (1966) пишет: «Нефть поступала с глубины не в форме углеводородных радикалов и низкомолекулярных соединений, а со всеми свойствами, присущими естественной нефти в отношении высокомолекулярных соединений и асфальтово-смолистого комплекса. Флюиды поднимались в высоко нагретом состоянии и под колоссальным давлением, обусловливающим эффект, аналогичный гидравлическому разрыву пластов и проникновению в пористые пласты, занятые водой.»
С позиций вышеизложенного конкретизируем некоторые факты в пользу неорганической гипотезы происхождения углеводородов:
Профессор Н. Кудрявцев писал: «Важнейшая из закономерностей состоит в том, что во всех без исключения нефтеносных районах, где нефть или газ имеются в каком-либо горизонте разреза, в том или ином количестве они найдутся и во всех ниже­лежащих горизонтах (хотя бы в виде следов миграции по трещинам). Это положение совершенно не зависит от состава пород, условий образования и содержания в них органического вещества. В горизонтах, где имеются хорошие коллекторы и ловушки, возникают промышленные залежи». Правило Кудрявцева подтверждают изученные месторождения Волго-Уральской области. Там основные залежи нефти распространены на площади, не совпадающей со слоями, богатыми органическим веществом. Напротив, залежи обнаруживают связь с глубинными разломами. На С-Американской платформе известны нефтяные скопления, расположенные внутри горизонтов, почти не содержащих органики.
Все крупные залежи углеводородов располагаются в зоне влияния глубинных разломов, уходящих в мантию. Залежи вытягиваются субпараллельно протяженности разломов. Все нефтеносные бассейны характеризуются повышенной плотностью теплового потока вне зависимости от времени формирования нефтегазоносных толщ. Такая закономерность обусловлена подтоком глубинных флюидов, что связано с геопроцессами происходящими в мантийных зонах. Неопровержимо доказано, что из глубин мантии в земную кору поступают многочисленные газы в том числе и углеводородные.
Осадочная толща океанической земной коры содержит огромные запасы газогидратов, образовавшихся из поступающих из глубин газов. Глобальные ресурсы газогидратов оцениваются в 2-10¹⁶ м³. Удельная плотность газогидратов в гидратоносных акваториях не уступает средней плотности запасов газа в газовых месторождениях. Они приурочены к приповерхностным рыхлым отложениям, над которыми отсутствуют покрышки. Скопления газогидратов часто формируются в пределах участков океанического дна, где толщина осадочного чехла не превышает одного км, а глубина океана достигает 5500 м, т.е. отсутствуют необходимые условия для генерации газа с позиций органической теории нефтегазообразования. Изотопно-геохимические признаки газогидратов свидетельствуют об их глубинном генезисе. (А. Дмитриевский, Б. Валяев).
По мере выработки месторождений, нефть в них не кончается. На позднем этапе разработки, когда запасы нефти в ловушках месторождений практически исчерпаны, добыча нефти продолжалась. На некоторых мелких по запасам месторождениях Северного Кавказа, Азербайджана, Средней Азии и других регионов добыча производится с конца XIX в. до настоящего времени. В других регионах крупные месторождения (Ромашкинское) разрабатывались весьма интенсивно на протяжении более полувека, в результате чего их извлекаемые запасы практически выработаны а суммарные объемы накопленной добычи, зачастую превышают объемы извлекаемых запасов нефти. Однако добыча на этих месторождениях продолжается, а ее годовые уровни колеблются от 3 до 20 % максимального (рис.1.2.).

Рис.1.2. Схема выработки нефтяных месторождений

Под крупными нефтяными залежами, по данным сейсморазведки, наблюдаются динамические аномалии, представляющие собой сужающиеся вниз зоны развития трещиноватых, нарушенных пород.

На действующих рудниках золоторудного месторождения Витватерсранд в Южной Африке годичное поступление газа на глубине 3000 м составляет более 500 млн.м³.
В Кольской сверхглубокой скважине на глубинах 5000-9500 м обнаружены газы (гелий, водород, азот и метан) и сильно минерализованные воды, насыщенные бромом, йодом и тяжелыми металлами. Воды и газы циркулируют в мощных зонах тектонических нарушений.
По соседству с нефтью фиксируется присутствие гелия — газа, который мог оказаться рядом, только поднявшись с больших глубин. Например, месторождение Хыоготон-Панхэндл в США содержит кроме нефти и газа, еще 10 млн. м³ гелия.
В зонах глубинных разломов Байкальского рифта происходит разгрузка подземных вод, сопровождаемая дегазацией. Выделение свободного газа наблюдается по всей площади впадины, включая дно озера. Суммарный объем выделяющихся в атмосферу УВ газов только в пределах дельты р.Селенги около 20 млн м³ в год. (В. Исаев).
Установлены мощные потоки метана со дна Черного моря. Его выходы фиксируются на эхограммах и прослеживаются по всему периметру моря до глубин 650 м. Существование сотни подобных факелов в Черном море позволяет оценить суточный суммарный объем дегазации в миллионах кубических метров (В. Сазанский).
Легкий изо­топный состав углерода не является доказательством его биогенного происхождения. Средние значения изотопного состава углерода нефтей обычно не зави­сят от возраста вмещающих отложений, а также от глубины залегания предполагаемых "нефтематеринских толщ" и самих залежей.
На планетах Солнечной системы обнаружен метан. Углерод в виде высокомолекулярного углистого вещества выявлен во всех видах метеоритов, но наибольшее его содержание (до 2,5 %) установлено в группе углистых хондритов. В них обнаружены ароматические и парафиновые УВ, жирные кислоты, углеводы и аминокислоты. Возраст углистых метеоритов 1,9-3,4 млрд. лет. В космическом про­странстве широко распространены различные абиогенные углеродистые соединения ранних этапов формирования Вселенной. Атмосфера Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна содержит большое количество соединений углерода и водорода.
Таким образом, абиогенные УВ имеются на родственных Земле безжизненных планетах Солнечной системы.
Из 250 промышленно нефтегазоносных бассейнов, известных в настоящее время, в 55 из них открыты залежи углеводородов, связанные с кристаллическим фундаментом. По данным В.А. Краюшкина запасы 39 гигантских нефтяных и газовых аккумуляций частично или полностью залегают в кристаллическом фундаменте.
Чем больше открывается месторождений нефти и газа, чем большие глубины земной коры исследуются, тем больше вскрывается фактов подтверждающих неорганическое происхождение нефти и газа. Неорганическая теория происхождения нефти снимает запрет на разведку углеводородов ниже глубин в 5-6 км. Она требует применения новых подходов к планированию поисков нефти и газа. На глубинах 5000-8000 м разрабатывается уже более тысячи месторождений с суммарными запасами более 5 млрд т нефти и 17 трлн м³ газа.

Рис.1.3. Промышленные залежи нефти в гранитах

Геологический разрез нефтяного месторождения Оймаша (Мангышлак). Нефтеносными оказались граниты (рис.1.3.). В скважине 12 фонтанный дебит составляет 240 м³/сутки нефти и 22 тыс. м³/сутки газа. По геологическому строению подток нефтегазовой смеси сбоку и сверху из осадочной толщи невозможен. Подток флюидов возможен только по тектоническим разломам

В Африке месторождение Ауджила-Нафора-Амаль – единое гигантское месторождение с преимущественным залеганием нефти в породах кристаллического фундамента, ниже кровли фундамента на 450 метров. Протяженность месторождения – 40 км.
Месторождение Хьюготон-Панхендл (Канада) длиной 490 км и шириной 13-91 км нефтегазоносны пермь, карбон и кристаллический фундамент. Извлекаемые запасы 223 млн т нефти и 2 трлн м³ газа. Скопления нефти во всех породах гидродинамически связаны. Природный газ месторождения содержит гелий и радон.