Геология нефти

Из года в год возрастает поток информации в области нефтегазовой геологии и сопряженных с нею научных дисциплин. Он порождается значительным увеличением объема нефте- и газопоисковых работ с охватом новых территорий и акваторий, а также бурением на все большие глубины. Расширяются и углубляются научно-исследовательские работы, направленные на освещение актуальных проблем геологии и геохимии нефти и газа. Число ежегодных публикаций по этому кругу вопросов уже превышает тысячу названий.

При таких темпах увеличения информации многие учебные пособия и руководства довольно быстро стареют. Книга А. Леворсена оказалась счастливым исключением ‑ она во многом выдержала испытание временем, так как А. Леворсен сумел рассмотреть основные проблемы на высоком научном уровне с учетом их эволюции. Первое американское издание книги вышло в свет в 1954 г., а второе – 13 лет спустя, уже после смерти (1965 г.) ее автора.

Арвилл Леворсен прошел путь от рядового геолога полевой поисково-разведочной партии до главного геолога крупных нефтяных компаний и консультанта по нефтегеологическим вопросам соответствующих министерств ряда стран (Бразилия, Индия, Австралия, Франция). Он прочитал много лекций в разных районах США, а с 1945 г. стал деканом геологического факультета Станфордского университета. А. Леворсен был единственным геологом, возглавлявшим в качестве президента три крупных научных общества США ‑ Американскую ассоциацию геологов-нефтяников, Геологическое общество Америки и научное общество Американского геологического института.

Без преувеличения можно сказать, что А. Леворсен был одним из крупнейших американских геологов-нефтяников, оказавшим значительное влияние на развитие нефтегазовой геологии. Важно отметить, что во многом именно он явился пионером научного обоснования большой перспективности целенаправленных поисков литологических и стратиграфических залежей нефти (в ловушках выклинивания коллекторов).

На его учебнике «Geology of Petroleum» было воспитано целое поколение американских (и, возможно, английских) геологов-нефтяников. Эта книга была и, вероятно, надолго останется (если иметь в виду второе издание) основным руководством при подготовке студентов и настольной книгой многих геологов-нефтяников.

В 1958 г. Гостоптехиздат опубликовал русский перевод первого издания монографии А. Леворсена под названием «Геология нефти». Точнее было бы назвать ее «Геологией нефти и газа» или ‑ еще точнее ‑ «Геологией нефти, газа и твердых нафтидов» (так как словом petroleum американские авторы называют все эти природные вещества).

Второе посмертное издание книги вышло в свет в 1967 г. под редакцией А.Ф. Берри, который в сотрудничестве с рядом известных американских специалистов - Р.Л. Хагером, Дж.М. Хантом и др. ‑ внес новый материал в некоторые главы. К сожалению, самые новейшие данные о происхождении нефти, механизмах первичной миграции микронефти и др. учтены в очень малой степени или не учтены вовсе.

В настоящее время благодаря успехам геологии нефти и газа и особенно органической геохимии потеряли право на существование некоторые из гипотез, рассматривающиеся в книге как правдоподобные, например гипотеза переотложения нефти. На основании исследований советских, американских, немецких, французских и других ученых можно считать установленным, что материнским веществом для нефти является содержащееся в субаквальных осадочных породах углистое органическое вещество (кероген), главным образом сапропелевое. Доказана длительность и многостадийность процесса нефтеобразования, главная фаза которого осуществляется в зоне катагенеза при температуре 90±25°С (завершается процесс при более высокой температуре). Поскольку основная масса нефти, все ее легкие компоненты (бензин, керосин) образуются абиогенным путем в результате термолиза и (или) термокатализа органического вещества, не следовало писать о «биологическом» происхождении нефти. Правильнее говорить об осадочно-миграционном происхождении нефти, так как она является «детищем» литогенеза, а ее скопления всегда вторичны и возникли благодаря миграции. К числу недостатков книги следует отнести отсутствие обстоятельного анализа закономерностей размещения залежей нефти и газа во впадинах (нефтегазоносных бассейнах) разного типа. Очень мало внимания уделено шельфовой области и вообще акваториям, в недрах которых таятся огромные запасы нефти и газа.

Недостатком монографии является также весьма ограниченное исполь­зование нашей отечественной литературы, и особенно современной. В связи с этим редакторы сочли нужным дать небольшие дополнительные списки советской литературы в конце некоторых глав. Самые последние данные о нефтяных и газовых месторождениях СССР наш читатель найдет в опубликованных издательством «Недра» под редакцией В.Г. Васильева справочнике «Геология нефти», 1968, т. 2 (книга 1-я), и книге «Газовые месторождения СССР», 1969, изд. 2.

В монографии А. Леворсена нет строгой дифференциации таких понятий (и отвечающих им терминов) как «залежь» и «месторождение», что, между прочим, отметил в своей рецензии на второе американское издание канадский геолог У. Гассоу.

Терминологические нечеткости вообще не редки в отдельных разделах книги А. Леворсена (как и в работах ряда других американских геологов-нефтяников), в которых идет речь о керогене, о различных нафтидах (petroleum), химических соединениях, содержащих наряду с С и Н также гетероэлементы (N, О, S и др.), и т. д. Этот недостаток в какой-то мере компенсируется приводимым в конце книги в Приложении толковым словарем терминов. С целью исключить возможность различного понимания тех или иных слов и фраз и всякого рода неточности, редакторы давали соответствующие пояснения и сопровождали текст необходимыми примечаниями, помещенными в квадратные скобки, или подстрочными примечаниями.

Отмеченные недостатки лишь в незначительной степени снижают общие достоинства книги. Это монография, в которой обстоятельно, на высоком научном уровне освещены все основные проблемы нефтяной геологии. Будучи крупным ученым и практиком, А. Леворсен обеспечил в своей работе тесную, органическую увязку вопросов теории и практики нефтяного дела. Можно надеяться, что книга будет полезна широкому кругу советских геологов-газовиков и геологов-нефтяников.

Н. Вассоевич. М. Калинко

Предисловие автора к первому изданию

Эта книга предназначена в первую очередь для студентов, знакомых с основными геологическими дисциплинами, а также для геологов-нефтяников, занимающихся поисками и разведкой нефтяных и газовых месторождений. Геология включает многие проблемы с которыми имеют дело геофизики, промысловые инженеры и инженеры ‑ разведчики нефти; хочется надеяться, что каждый из них сможет найти в книге что-то интересное для себя. Автору представляется наиболее логичным следующий порядок подачи материала: в первую очередь рассматриваются природные резервуары (причем основное внимание уделяется ловушкам для нефти и газа), затем ‑ пластовые условия температур и давлений и различные пластовые флюиды, далее освещаются теоретические представления о происхождении, миграции и аккумуляции углеводородов и в заключение обсуждаются пути применения имеющихся геологических знаний для поисков новых залежей углеводородов и нефтегазоносных провинций. Проводя поиски новых залежей нефти и газа, следует помнить, что большинство представлений в нефтегазовой геологии раньше или позже оказывает прямое влияние на стоимость работ, поскольку на их основании принимаются решения по многим вопросам разведки, таким, как аренда участков, бурение и испытание скважин или прекращение работы на скважинах. Поэтому предлагаемая книга наряду с теоретическим анализом включает некоторые вопросы практического применения данных геологии при разведке на нефть и газ.

Круг задач и интересов геолога-нефтяника постепенно расширяется. Менее пятидесяти лет назад вся работа геолога сводилась к картированию геологических структур на поверхности земли. Сейчас же он связан со всеми этапами поисково-разведочных работ: от первых предположений о присутствии ловушки до бурения скважины-первооткрывательницы и до конца разработки залежи. Мы знаем, что геология нефти и газа есть в сущности геология флюидов. Геологические представления находят применение во всех фазах практической деятельности - в большей степени, правда, при оценке перспектив нефтегазоносности, чем в течение разработки залежи. Однако и на последующем этапе многие специалисты продолжают использовать геологические концепции вплоть до полной разработки залежи, а некоторые из них – и в период применения вторичных методов эксплуатации. Поэтому современный геолог-нефтяник должен иметь представление о пластовых флюидах, о тех процессах, которые происходят в пласте во время эксплуатации залежи, и об источниках пластовой энергии. В процессе промышленной разработки залежи и промысловых исследований выявляются новые данные, требующие количественного изучения. Это способствует формированию новых представлений о взаимосвязях между породами и заключенными в них флюидами. В результате геолог расширяет свои знания о состоянии углеводородов в изменяющихся пластовых условиях, что повышает его квалификацию и как геолога-разведчика.

Для того чтобы всеобъемлюще охватить все области, где применяет свои знания геолог-нефтяник, требовалось бы написать несколько книг. Попытавшись осветить наиболее важные проблемы геологии нефти и газа в единой книге, я обратил основное внимание на те вопросы, которые, по моему мнению, имеют наибольшее значение для открытия новых залежей нефти и газа или доразведки уже выявленных продуктивных площадей. К этим вопросам относится история геологического развития региона ‑ его стратиграфия, условия седиментации, тектонических движений и в особенности процессов, связанных с пластовыми флюидами. Только на основе всесторонних знаний основных принципов, определяющих глубинные условия, можно успешно прогнозировать открытие новых скоплений углеводородов.

В книге затронуты проблемы двух важных методов, широко применяющихся при разведочных работах на нефть и газ, ‑ электрокаротаж скважин и геофизические исследования. Их принципиальные основы рассмотрены только в такой степени, чтобы дать совершенно незнакомому с ними читателю представление о способах их проведения и путях практического применения. Объем книги ограничивает более полное освещение этих сложных методов. Оба метода детально освещены в ряде других работ. Кроме того, в данной книге пришлось почти полностью обойти и некоторые другие вопросы, имеющие важное значение для геолога-нефтяника, например аэрогеологические методы и картирование, технику лабораторных анализов образцов керна, основы седиментологии и палеонтологии и инструментальную структурно-геологическую съемку. Все эти вопросы требуют геологической интерпретации, прежде чем могут быть использованы при поисках и разведке нефти и газа. Основное внимание в книге уделяется тому, как следует использовать геологические данные после их поступления в распоряжение геолога вне зависимости от пути, которым они были получены. Техническое оборудование, применяемое ныне для получения необходимых данных, устареет и будет заменено новым, частично, возможно, еще до того, как эта книга увидит свет, но принципы использования самих данных должны сохраниться еще длительное время. Поэтому главная цель настоящей книги заключается скорее в рассмотрении и анализе принципов, применяемых в поисково-разведочных работах, чем в описании залежей нефти или техники получения данных.

Многие из приведенных в этой работе ссылок, вероятно, требуют более подробных объяснений. Подразумевается, конечно, что авторы, опублико­вавшие использованные в книге идеи, заслуживают полного доверия, но эти ссылки приведены в основном только как примеры, расширяющие знания читателя о рассматриваемом предмете. По этой причине я обычно ссылался по крайней мере на одну из недавно опубликованных статей ‑ если было возможно, на статью, содержащую обширную библиографию. Преобладание ссылок на американскую литературу объясняется большим количеством опубликованных в США работ по геологии нефти и газа.

Почти все карты и разрезы были взяты из опубликованных работ, причем многие несущественные детали простоты ради были опущены; они подбирались для иллюстрации анализируемых принципиальных положений и не могут рассматриваться в качестве описаний нефтяных залежей. Поскольку основные наши интересы связаны с поисками новых нефтегазоносных территорий, в книге помещен только такой иллюстративный материал, который помогает понять принципы, используемые при поисково-разведочных работах.

При подготовке этой книги мне оказывали помощь многие лица, за что я приношу им глубокую благодарность. Особенно автор благодарен Ф.А.Ф. Берри, который критически просмотрел всю рукопись и дал много полезных советов. Ценные замечания сделали также Дж.А. Хилл, У.Дж. Макферсон, У. Роуз и Л.Л. Фоли.

А. Леворсен,

Талса, Оклахома 1 марта 1954 г.

Предисловие редактора английского издания

А.И. Леворсен умер 16 июля 1965 г. Незадолго до смерти он провел несколько дней со своим издателем. Во время этой встречи они обсуждали редакционные изменения, внесенные в рукопись второго издания «Геологии нефти и газа». Поскольку А.И. Леворсен не закончил свою работу, его семья и издатель просили меня написать предисловие, прочитать гранки и составить указатель. Как друг Леворсена и его бывший ученик, я был очень рад выполнить не только это, но и взять на себя редактирование новых материалов по гидродинамике и капиллярному давлению. Еще раньше он просил меня дать предложения по переработке этой книги, поэтому я чувствую себя особенно обязанным помочь всем, чем могу, выходу в свет второго ее издания.

Со времени публикации первого издания книги в нефтегазовой геологии достигнуты значительные успехи. Широкое применение современных физических и химических концепций к задачам геологии привело к решению многих проблем, связанных с происхождением, миграцией и аккумуляцией углеводородов, ‑ проблем, которые не были еще поняты, когда в 1953 г. заканчивалась подготовка первого издания.

Основные достижения геологии нефти и газа за период, прошедший после выхода первого издания книги, явились результатом детального изучения флюидов, содержащихся в горных породах, и порового пространства, в котором эти флюиды находятся. Как отметил А.И. Леворсен в предисловии к первому изданию, геология нефти и газа является в значительной мере геологией флюидов. И именно в этой области отмечается несомненное расширение наших знаний. Работы геологов и инженеров, химиков и физиков углубили понимание закономерностей поведения флюидов в породах различного типа. Практические исследования, проводимые с целью выявления гидродинамических систем в отдельных геологических провинциях, дают возможность понять различное происхождение гидродинамических потенциалов и предсказать вероятное влияние данной гидродинамической системы на аккумуляцию углеводородов. В настоящее время мы гораздо больше знаем об относительной гидропроводимости пород и о подземной сети потоков флюидов, пронизывающих различные породы при разных гидродинамических условиях. Значительно больше известно нам также о происхождении пластовых вод и растворенных в них минеральных веществах.

Ко времени выхода в свет первого издания книги гидродинамическое изучение глубоко залегающих осадков в геологических бассейнах только начиналось. Толчком к этому изучению послужили исследования, убедитель­но доказавшие, что движущиеся пластовые воды оказывают большое влияние на аккумуляцию углеводородов. В результате этого выяснилось все разнообразие воздействия гидродинамических градиентов на изменения формы и размера ловушек нефти и газа. Кроме того, стало возможным с большей детальностью описывать механизмы фазовой миграции углеводородов в коллекторах (вторичной миграции) при различных гидростатических и гидродинамических условиях.

Большой вклад в наши знания в области органической геохимии нефтегазоносных толщ был сделан после 1954 г. Решены многие проблемы, связанные с преобразованием органического вещества в нефть и газ. Углеводородные соединения обнаружены в современных морских и озерных осадках. Установлено, что аккумуляция нефтяных углеводородов, хотя и в небольших масштабах, происходит в линзах песков, залегающих среди современных осадков в дельте реки Ориноко в восточной Венесуэле. Разнообразные ценные сведения получены в результате многочисленных химических исследований. Особенно важными оказались, в частности, данные изотопного анализа углерода и изучение распределения и различий в поведении углеводородных молекул.

Хотя многие важные проблемы, связанные с выяснением закономерно­стей образования, миграции и аккумуляции нефти и газа уже разрешены, все еще не удалось найти достаточно приемлемого объяснения механизма первичной миграции. Мы еще не можем сказать, каким образом углеводороды перемещаются из глинистых пород, являющихся нефтепроизводящими отложениями, в песчаники, известняки и другие пористые и проницаемые породы.

Наиболее существенные изменения, внесенные в настоящее издание, отражают то особое значение, которое в последнее время приобрело применение принципов гидродинамики в геологии нефти и газа. В книгу не включены некоторые части из предыдущего издания, но добавлено множество разрезов как крупных, так и мелких, полностью переработана глава о происхождении нефти. Новые материалы касаются в основном важной роли механики флюидов в миграции и аккумуляции углеводородов. Подготовлено 28 новых иллюстраций; более половины этого количества относится к влиянию гидродинамического фактора на ловушки нефти и газа. Тем не менее основное содержание первого издания, которое сделало эту книгу выдающимся трудом, в данном издании сохранено.

При просмотре новых материалов, особенно в частях, касающихся механики флюидов, я внес изменения, которые, по-видимому, внес бы и сам автор. Ни одно из этих изменений, однако, не изменило существа материалов, рассмотренных А.И. Леворсеном; это его книга и его изменения.

Первое издание книги отличалось широким и углубленным анализом многих отдельных проблем геологии и инженерного дела, непосредственно связанных с геологией нефти и газа, а также глубоким обобщением наших знаний о ловушках нефти и газа. Ни в одном из ранее существовавших трудов так полно не освещались различные типы ловушек и их морфология. А.И. Леворсен был чрезвычайно одаренным человеком и обладал безошибочной интуицией. В первое издание книги он включил полный обзор материалов, имеющих отношение к проблемам геологии нефти и газа, хотя возможности применения некоторых из этих материалов в то время не были еще достаточно поняты. Например, он рассмотрел температурные аномалии. Влияние температуры на физические свойства флюидов было известно давно, но в 1953 г. даже не предполагалось, что температурные аномалии могут иметь значение для выявления движения пластовых флюидов. Тем не менее А.И. Леворсен включил в книгу детальный обзор температурных аномалий в местах скоплений углеводородов. И только недавно некоторые исследователи предположили, что эти аномалии, вероятно, отражают различные особенности потоков пластовых флюидов.

Только истинный ученый покидает в своей работе проторенную тропу для поисков новых путей в науке. Результатом подобных поисков явилась «Геология нефти и газа», которая была и остается наиболее выдающимся научным трудом. Как хороший учебник и справочное пособие эта книга побуждает читателя к размышлению и развитию зародившихся у него идей. А.И. Леворсена всегда интересовало развитие новых мыслей. Студент или специалист-геолог, прочитав эту книгу, смогут извлечь материалы, побуждающие к развитию их собственных мыслей. Несмотря на то, что я был хорошо знаком с трудом А.И. Леворсена, моя работа над вторым изданием книги позволила извлечь для себя новые, надеюсь, полезные идеи.

Многие из друзей А.И. Леворсена сообщили ему свое мнение по ряду специальных вопросов, возникших при переработке книги. Если бы он был жив и сам смог написать предисловие ко второму изданию, он, без сомнения, принес бы каждому из них свою благодарность. Я же могу только от имени А.И. Леворсена поблагодарить их всех за оказанную помощь.

Фредерик А.Ф. Берри

Беркли, Калифорния

Октябрь 1966 г.