Залегания и образования залежи нефти и газа

Уже в прошлом столетии рядом с бестолковой суетой и шумихой вокруг разведки и разработки нефтяных месторождений зародилась наука об условиях залегания и распространения нефти в недрах. Медленно, но верно наука эта стала проникать в практику поисков и разведки месторождений. После того как Д. И. Менделеев высказал мысль о заполнении пор горных пород нефтью, газом и водой, довольно быстро были установлены закономерности их залегания в недрах зем­ли. Предположение Д. И. Менделеева о том, что нефть и газ в пористых породах всплывают над водой, — подтвердилось. Таким образом, появилась руководящая мысль для поисков скоплений нефти и газа.

Если нефть и газ залегают в пористых породах, то надо бурением найти пористые породы.

Если нефть и газ всплывают в пористых породах над насыщающей их водой, следовательно надо искать такие места, где пористые породы наиболее приподняты.

Из геологических наблюдений было известно, что пласты горных пород образуют складки. Если мысленно разрезать какой либо участок земной коры и посмотреть на плоскость раз­реза, то будет видна сложная картина залегания слоев пород.

Такое изображение строения недр земли называется геологическим профильным разрезом.

Жирные черные линии обозначают места, где возникли разрывы, по которым произошло перемещение пород, смятых в складки.

Складки, обращенные выпуклостью кверху, именуются антиклинальными складками или антиклиналями. Противоположные им по характеру изгиба пластов складки, обращенные выпуклостью книзу, называются синклиналями. Линии, разделяющие разные наклоны слоев в антиклиналях и синклиналях, называются их шарнирами, а прилегающие к ним части складок называются крыльями.

Опыт буровых работ впервые же годы их применения пока­зал, что все известные к тому времени месторождения оказались связанными с антиклинальными складками. Залежи нефти были обнаружены бурением в сводах выпуклых изгибов хорошо проницаемых пород.

Так возникла «антиклинальная теория», положенная в основу поисковых работ на нефть. Выяснилось, что выпуклые складки — антиклинали в горных местностях занимают целые зоны, создавая видимость «нефтяных линий».

В разработке антиклинальной гипотезы большую роль сыграли работы нашего великого химика Д. И. Менделеева и труды русских геологов Г. О. Романовского, А. М. Коншина, И. Н. Стрижова, С. А. Ковалевского, Д. В. Голубятникова и других исследователей конца XIX и начала XX столетия.

Основные положения «антиклинальной теории» сводились к следующему: нефть, газ и вода насыщают пористые породы, являющиеся для них природными резервуарами. В природных резервуарах свободно происходят перемещение и разделение жидких и газообразных веществ. Углеводородные газы и жидкости попадают в природные резервуары либо путем выжимания их из прилегающих глин, либо по трещинам из подстилающих пород. Нефть и газ, будучи легче воды, всплывают при перемещении их с водой в природных резервуарах кверху. Наиболее приподнятыми оказываются пласты в сводовой части антиклинали. Нефть и газ устремляются к сводовым частям выпуклых складок. Попав в сводовую часть антиклинали, они оказываются в ловушке. Всплывать выше они не могут, так как этому препятствуют плотные непроницаемые породы, изогнутые в виде свода.

По мере развития буровых работ было обнаружено, что далеко не все залежи приурочены к сводам антиклинальных складок. Были высказаны серьезные сомнения в правильности «антиклинальной  теории». Один из известных русских геологов нефтяников К. П. Калицкий вообще утверждал, что частое совпадение залежей нефти и газа со сводами антиклинальных складок чисто случайное явление.

И. М. Губкин детально изучил строение и условия формирования одной из таких залежей, не укладывавшейся в рамки антиклинальной теории. Он установил весьма любопытные условия образования скоплений нефти в одной из залежей Майкопского района. В отдаленную геологическую эпоху здесь проходил берег моря. Суша имела наклон к северозападу. В море впадала река. Река прорыла себе русло в известковоглинистых породах суши. Русло реки заполнилось песчаноглинистыми отложениями. Пески в русле образовали ряд прерывистых изгибающихся полос — рукавов. В дальнейшем море расширилось, покрыло своими водами берег. Глинистые морские отложения перекрыли древний берег и речные осадки. К югу от этого района располагался гористый остров, превратившийся позже в Кавказский хребет.

Рост гор и подъем всей местности вызвал вновь отступление моря на северозапад; в то же время увеличился наклон пород в эту сторону.

Песчаные отложения древнего русла реки заключены в глинистой толще, содержащей массу органических веществ. Над ними накопилась, большая толща пород, под тяжестью которых происходило уплотнение глины. Заключенные в глинах жидкие и газообразные углеводороды выжимались в линзы и полосы песка. Попав в рукавообразные песчаники древней реки, нефть оказалась запертой со всех сторон плохо проницаемыми породами.

Еще в то время И. М. Губкин предсказал, что по мере продвижения скважин к месту расположения устья древней реки можно ожидать расширения песчаного рукава, который дол­жен дальше вдоль берега моря перейти в песчаные отложения пластовой формы.

Дальнейшая разведка этой нефтеносной площади, уже в советское время, показала, что действительно вдоль всего древ­него, погребенного под молодыми осадками, морского берега тянутся песчаные накопления, выклинивающиеся к берегу и увеличивающиеся в мощности вниз по наклону слоев. Вдоль линии выклинивания песчаных прослоев, имеющей причудливую волнистую, фестонообразную форму, бурением были обнаружены многочисленные залежи нефти, насыщенной газом. Каждый фестон песчаного пласта, обращенный выпуклостью вверх по наклону слоев, являлся ловушкой, в которой накапливалась нефть.

В данном случае, так же как и в случае антиклинальных изгибов, вода, оттеснив нефть и газ, вызвала их накопление в повышенной части пласта, вдоль линии выклинивания песков.

Изучение структурных форм изгибов слоев, благоприятных для возникновения в природных резервуарах ловушек, в которых и происходит образование залежей, позволило И. М. Губкину разработать подробную классификацию месторождений нефти.

Проведенными исследованиями было доказано, что в природных резервуарах, так же как и в сосудах, сделанных рука­ми человека, более легкие, чем вода, вещества — нефть и газ всегда всплывают над водой.

Поверхности разделов воды, нефти и газа в хорошо проницаемых коллекторах, составляющих резервуары, обычно горизонтальные. В слабо проницаемых коллекторах при слабом наклоне пластов поверхность водонефтяного раздела бывает иногда слабо наклонной, так как распределение подвижных веществ по их удельному весу нарушается проявлением таких свойств, как поверхностное натяжение, вязкость и т. п. Поверхность водонефтяного раздела для образования залежи должна замыкать нефть и газ в ловушке внутри природного резервуара. И. М. Губкин показал, что для образования ловушки в природном резервуаре совершенно не обязателен антиклинальный изгиб, важно только, чтобы структурный изгиб создавал условия, при котором вода могла бы запереть нефть, всплывающую кверху, внутри резервуара.

Таким образом были сформулированы основные положения структурной теории, пришедшей на смену антиклинальной гипотезе, ограничивавшей нефтегазонакопление одной только антиклинальной формой изгиба слоев.

В структурной теории одним из основных звеньев является учение о способности жидких и газообразных веществ перемещаться, или, как говорят геологи, мигрировать, в толщах горных пород и в отдельных пластах.