Соотношение между газом и нефтью в осадочных толщах земной коры

В каждой нефтегазоносной области объемы газа и нефти имеют определенную конечную величину, обусловленную количеством и качеством исходного материала, с одной стороны, и термодинамическими условиями, определяющими возможность образования углеводородов - с другой. Распределение объемов углеводородов в залежах, безусловно, зависит от характера разреза осадочных толщ: частые литологические изменения пород по площади и разрезу способствуют рассредоточению газа и нефти в большом числе ловушек, рассеиванию углеводородов помимо них, тем самым создают препятствия для образования гигантских скоплений. Это подтверждается анализом распределения крупных, вернее, наикрупнейших скоплений в зависимости от плотности продуктивных горизонтов в ряде бассейнов: чем больше горизонтов на единицу площади, тем реже встречаются гиганты. Ho в общем случае в осадочных породах продуктивных земель число месторождений и залежей в определенной мере связано с объемами первичных углеводородов, что позволяет исследовать соотношение газа и нефти по этим характеристикам нефтегазоносных областей.

Попутный газ нефтяных залежей тесно связан с самой нефтью. Он представляет собой наиболее легкую часть генетически единого комплекса нефтяных углеводородов, связанных между собой определенными соотношениями и находящихся в пласте в однофазовом состоянии. Поэтому для пластовых нефтей устанавливаются довольно строгие зависимости между параметрами нефти, газа и температурами, давлениями. В большинстве газонефтяных залежей, как мы полагаем, газ шапок и нефть представляют собой также генетически единый комплекс углеводородов. Следовательно, целесообразно рассмотреть соотношение между чистым, если так можно выразиться, газом, чистой нефтью и газом в ассоциации с нефтью. В печати нами было показано, что по крайней мере по соотношению гомологов метана три состояния углеводородов различны. Известно также, что имеются зоны и бассейны, в которых однокачественный состав залежей (газ или нефть) распространен но всему продуктивному разрезу.

По территориям бывш. СССР, зарубежной Европы, Африки, Азии и Южной Америки нами были сосчитаны площади нефтеносности, газоносности, газонефтеносности, а также число нефтяных, газовых и газонефтяных залежей и месторождений

На отдельных континентах соотношение площадей различного качественного состава залежей и месторождений разнообразно. Например, в Европе (без бывш. СССР) преобладают газоносные площади, а в Южной Америке — нефтеносные (см. таблицу). Ho для всех континентов характерно преобладание зон чистых типов (80%) (нефтеносных и газоносных) над смешанным типом (газонефтеносные). Как в целом для рассматриваемых территорий, так и для большинства континентов характерно преобладание нефтеносных земель. Газоносные зоны имеют в два раза меньшее распространение, чем нефтеносные, а газонефтеносные еще меньшее, чем газоносные. Аналогичные соотношения характерны для нефтяных, газовых и газонефтяных залежей и месторождений (см. рисунок).

Общеизвестно, что основная масса разведанных запасов газа и нефти сосредоточена в месторождениях-гигантах, по которым также можно судить о соотношении жидких и газообразных углеводородов.

В мире известно около 130 нефтяных гигантов с геологическими запасами нефти от 600—700 млн. м3 и более. Газовых гигантов с соизмеримыми запасами углеводородов (S00 и более млрд. м3) значительно меньше - два десятка. Большинство из нефтяных гигантов не содержит залежей газа и газовых шапок, они обычно одно качественные, т.е. нефтяные. Лишь в 17% имеются газовые шапки, частично, может быть, вторичные, и только в 6% — газовые залежи. Более 73% нефти гигантов заключено в чисто нефтяных залежах. Соизмеримые запасы нефти и газа (нефти более 200 млн. т и газа более 200 млрд.м3) имеются менее чем в 3% всех гигантских нефтяных и газовых скоплений. He трудно сосчитать, что по запасам углеводородов в нефтяных, газовых и газонефтяных месторождениях устанавливается отмеченное выше соотношение между газоми нефтью.

Преобладание нефти над газом и газа над газом в ассоциации с нефтью выражается даже в размещении гигантов и объемах запасов в них. Так, нефтяные гиганты почти всегда размещаются группами, иногда по нескольку десятков,потому что нефти в осадочных породах больше, чем всех остальных углеводородов. Газовые гиганты встречаются группами только в Западной Сибири и,в какой-то мере, в бассейне Северного моря. Газонефтяные месторождения рассматриваемых классов запасов единичны и редки.

Нефтяные гиганты (самые крупные) содержат до 20-40 млрд. м3 геологических запасов нефти, а самое крупное, единственное в мире газовое месторождение - Уренгойское - около 5 трлн. м3 газа, т.е. по массе углеводородов значительно меньше.

Таким образом, в осадочных породах, во-первых, имеется четкая дифференциация газа и нефти. Во-вторых, наиболее распространены чистые типы территорий, месторождений и залежей, заключающих в себе только нефть или только газ. Газ в ассоциации с нефтью составляет от общего объема углеводородных залежей, очевидно, 15—20%. Интересно, что даже в типично газонефтеносных областях, как Голф-Кост, газонефтяные залежи составляют от общего числа залежей не более 23%. Нефть преобладает над газом. Газа примерно в два раза меньше, чем нефти, и газа в ассоциации с нефтью также примерно в два раза меньше, чем газа.

Если учесть, что во многих случаях газоносность или нефтеносность невозможно объяснить дифференциацией единой газонефтяной смеси на газ нефть (чисто газоносные бассейны и зоны, чисто нефтеносные обширные бассейны и зоны, охватывающие иногда несколько положительных и отрицательных структур первого порядка), то можно предположить, что в природе процессы нефтеобразования и газообразования явно преобладают над процессами газонефтеобразования.

Складывается впечатление, что такое соотношение газа и нефти в основном первично. Обширные нефтеносные площади, в пределах которых на всю продуктивную мощность разреза встречаются только нефтяные залежи, не могли образоваться за счет потери газа через покрышки, хотя некоторая часть газа из залежей безусловно уходит. Это заключение основано на исследовании свойств газа и нефти в залежах.

Напомним, что газ залежей - это почти нацело метан с примесью гомологов. Нефть же в основном состоит из сложных, большей частью циклических углеводородов, недонасыщенных водородом. Среди этих углеводородов метана по весу, как мы предварительно оценили, от 0,3 до 3, реже 5%. В газе же углерод полностью насыщен водородом. В нефти водорода относительно углерода в сравнении с газом в несколько раз меньше. Физико-химические свойства газа и нефти резко различны. Следовательно, нефть, возможно, образуется при некотором дефиците водорода в исходных веществах по сравнению с газом.

По нашему мнению, качественный состав залежей в пределах значительных площадей определяется прежде всего составом и количеством исходного вещества.

Обычно считают, что газообразование более неприхотливый и более широко распространенный процесс, чем нефтеобразование. Однако газа больше, чем нефти, теряется в атмосферу. Например, метан образуется в болотных осадках, но газ этот не сохраняется в них до накопления покрышек. Метана больше теряется в процессе миграции его из залежей. Вполне возможно, что в прошлые геологические эпохи газа образовывалось больше, чем нефти, а настоящее соотношение обусловлено его потерями в атмосферу. Ho в этом случае потери газа потрясающе велики и это обстоятельство должно учитываться при обсуждении вопросов времени образования залежей.

Рассмотренные материалы безусловно следует учесть при разработке схем превращения нефти в осадочных породах. В этих схемах нефть часто фигурирует как отвлеченное философское понятие. На самом деле каждая нефть конкретна, она имеет определенный состав. Поэтому судьба ее в породах зависит прежде всего от ее состава. Далеко не каждая нефть может, например, превратиться в газ при погружении отложений осадочного чехла в обычных бассейнах, так как в ней может быть большой дефицит водорода. Если процесс газообразования будет иметь место при повышении температуры, то должен образовываться метан, а параллельно с этим и тяжелые разновидности нефти или битумов. В противном случае нужен дополнительный источник водорода.