Геология и геохимия нефти и газа

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

А. К. Битнер, Е. В. Прокатень

ГЕОЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА

Учебное пособие

Красноярск 
СФУ 
2019

УДК 553.98(07)+550.4(07)
ББК 26.348.431я73
Б662

Р е ц е н з е н т ы: 
В. П. Исаев, доктор геолого-минералогических наук, академик 
МАН и АН Высшей школы России, профессор Иркутского государственного университета;
А. П. Романов, кандидат геолого-минералогических наук, директор Красноярского научно-исследовательского института геологии 
и минерального сырья

Битнер, А. К.
Б662 
 
Геология и геохимия нефти и газа : учеб. пособие / А. К. Битнер, Е. В. Прокатень. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2019. – 
428 c.
ISBN 978-5-7638-4182-4

Охарактеризованы породы, содержащие нефть и газ, миграция углеводородов в земной коре, приведены понятия и классификации залежей нефти и газа, 
описано их распределение в недрах. Рассмотрены каустобиолиты, геохимия 
углерода, органические вещества, являющиеся источниками углеводородов, 
геохимия нефти и газа, проанализированы геохимические закономерности изменения состава нефти и газа в пространстве и геологическом времени. Даны 
сведения о геохимических методах поисков нефти и газа, процессах их переработки; рассмотрены некоторые экологические аспекты нефтегазовых работ 
в северных широтах Красноярского края. 
Предназначено для студентов специалитета, обучающихся по специальности 21.05.02 «Прикладная геология», студентов магистратуры направления 
подготовки 05.04.06 «Экология и природопользование», а также для студентов 
бакалавриата направления подготовки 21.03.01 «Нефтегазовое дело» (программы 21.03.01.01 «Бурение нефтяных и газовых скважин», 21.03.01.02 «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти и газа»). Может быть полезно 
специалистам, занимающимся проблемами геологического сопровождения 
геологоразведочных работ и разработки месторождений нефти и газа.

Электронный вариант издания см.: 
УДК 553.98(07)+550.4(07)

http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 26.348.431я73

ISBN 978-5-7638-4182-4 
© Сибирский федеральный
университет, 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ ........................................................................................6
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ .................................................................8
ВВЕДЕНИЕ. НЕФТЬ И ГАЗ: РЕАЛИИ И ПРОГНОЗ...................... 12
РАЗДЕЛ I. ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА ........................................... 25

1. Происхождение нефти и природного газа ...................................... 26
1.1. Органическая концепция нефтегазообразования ............................ 28
1.2. Неорганическая концепция нефтегазообразования ........................ 33
1.3. Прочие гипотезы происхождения нефти и газа .............................. 36

2. Горные породы, содержащие нефть и газ ....................................... 40
2.1. Породы-коллекторы: их свойства и классификации ...................... 40
2.2. Породы-покрышки и их свойства ..................................................... 62
2.3. Природные резервуары ...................................................................... 66
2.4. Ловушки нефти и газа и их классификации .................................... 79

3. Миграция углеводородов в земной коре ......................................... 86
3.1. Виды миграции нефти и газа ............................................................ 86
3.2. Факторы, обуславливающие миграцию нефти и газа ..................... 90
3.3. Образование и разрушение залежей нефти и газа ........................ 100

4. Понятия и классификации залежей  
и месторождений нефти и газа ........................................................... 113
4.1. Типы и параметры залежей и месторождений нефти и газа ........ 113
4.2. Запасы и ресурсы нефти и газа, их классификация ...................... 127

5. Закономерности распределения в земной коре скоплений  
углеводородов и нефтегеологическое районирование ................... 148
5.1. Закономерности распределения в земной коре  
скоплений нефти и газа.................................................................... 149
5.2. Нефтегеологическое районирование.............................................. 151

РАЗДЕЛ II.  ГЕОХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА ...................................... 165
6. Каустобиолиты – природные горючие ископаемые ................... 166
7. Основы геохимии водорода, углерода и гелия ............................. 180
7.1. Водород ............................................................................................. 180
7.2. Углерод .............................................................................................. 182
7.3. Гелий ................................................................................................. 195

Оглавление

8. Органическое вещество – источник  
углеводородных флюидов .................................................................... 203
8.1. Органическое вещество пород ........................................................ 203
8.2. Методы изучения компонентов органического вещества ............ 207
8.3. Генетические типы органического вещества,  
стадии его преобразования и формирование нефти и газов ........ 211
8.4. Определение нефтегазоматеринского потенциала пород ............ 217
8.5. Оперативная оценка генерационного потенциала  
и зрелости керогена по материалам пиролиза ............................... 223
8.6. Распределение температуры максимального выхода  
углеводородов при пиролизе органических веществ –  
показатель катагенетического несогласия ..................................... 225

9. Нефтяные системы ........................................................................... 230
9.1. Общая характеристика нефтяных систем ...................................... 230
9.2. Физико-химические свойства нефтей ............................................ 233
9.3. Элементный, фракционный и групповой составы нефтей .......... 243
9.4. Генетические типы нефтей и конденсатов .................................... 266

10. Газоконденсатные системы ........................................................... 276
10.1. Образование и свойства газоконденсатных систем .................... 276
10.2. Классификации газовых конденсатов .......................................... 279
10.3. Углеводородные флюиды промежуточного типа  
и графическая корреляция газовых конденсатов и нефтей ........ 280

11. Геохимия газовых систем .............................................................. 286
11.1. Природные газовые геохимические системы и их свойства ...... 286
11.2. Газы соленосных отложений ......................................................... 291
11.3. Газоносность угленосных отложений .......................................... 293
11.4. Интеркалированный метан угольных месторождений ............... 298
11.5. Газы, растворенные в подземных водах ...................................... 300
11.6. Процессы гидратообразования ..................................................... 307
11.7. Газы нефтяных и газовых скоплений ........................................... 312
11.8. Газы грязевых вулканов ................................................................. 316

12. Геохимические методы поисков нефти и газа  
и их практическое применение .......................................................... 321
12.1. Теоретические предпосылки.  
Параметры естественного геохимического поля ........................ 321
12.2. Практическое применение геохимических поисков  
нефти и газа .................................................................................... 330

Оглавление

13. Трансформации нефтей, конденсатов и газов в природе ........ 361
13.1. Преобразование нефти, конденсатов и газа в недрах ................. 361
13.2. Загрязнение почв и атмосферы и химические следствия  
их трансформации .......................................................................... 373
13.3. Процессы, протекающие в атмосфере ......................................... 381
13.4. Гидросфера и процессы, протекающие в ней ............................. 386
13.5. Самоочищение атмосферы и поверхностной гидросферы ........ 389

14. Геохимические типы, сорта и качество  
перерабатываемой нефти .................................................................... 393
14.1. Краткая характеристика современных процессов  
нефтепереработки .......................................................................... 393
14.2. Коррозионные компоненты нефти ............................................... 396
14.3. Классификации нефтей, поступающих на переработку............. 397
14.4. Товарная индексация нефти .......................................................... 401

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ............................................... 408
РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ  
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................... 417
ПРИЛОЖЕНИЯ .................................................................................... 418
Приложение 1 .......................................................................................... 418
Приложение 2 .......................................................................................... 419

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ........................................................... 420

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Институте нефти и газа Сибирского федерального университета ведется подготовка студентов по целому ряду технических специальностей, в учебных планах которых предусмотрено изучение геологии 
и геохимии нефти и газа в комплексе с дисциплинами «Геохимические 
исследования при поисках нефти и газа», «Геология нефти и газа», 
«Прикладная геология». Учебное пособие по курсу «Геология и геохимия нефти и газа» предназначено для студентов специалитета, обучающихся специальности 21.05.02 «Прикладная геология», студентов 
магистратуры направления подготовки 05.04.06 «Экология и природопользование», а также для студентов бакалавриата направления подготовки 21.03.01 «Нефтегазовое дело».
Пособие состоит из двух разделов: раздел I ‒ «Геология нефти 
и газа», раздел II ‒ «Геохимия нефти и газа».
В первом разделе пособия освещены вопросы происхождения 
нефти и газа, охарактеризованы породы, содержащие нефть и газ, даны 
представления о миграции углеводородов (УВ) в земной коре, приведены понятия и классификации залежей нефти и газа, описано их распределение в недрах.
Во втором разделе пособия рассмотрены каустобиолиты, геохимия углерода, органические вещества (ОВ), являющиеся источниками 
углеводородных флюидов, геохимия нефти и газа, проанализированы 
геохимические закономерности изменения состава нефти и газа в пространстве и геологическом времени; описаны геохимические методы 
поисков нефти и газа, процессы переработки нефти; рассмотрены экологические аспекты нефтегазовых работ в северных широтах Красноярского края.
Цель дисциплины – донести до студентов в обобщенном виде современные научные представления о происхождении, составе и свойствах нефти и газа, химических превращениях компонентов нефти 
и природного газа.
Основными задачами являются: изучение состава и свойств каустобиолитов; выявление условий образования нефти и газа и их геохимических превращений; ознакомление с современными методами 

Предисловие

исследования нефти и газа; краткое изучение процесса переработки 
углеводородов; освещение экологических особенностей проведения поисков нефти и газа; усвоение геохимических методов изучения северных территорий. 
Пособие написано на основе литературных данных и собственного опыта авторов, полученного на предприятиях нефтегазового комплекса.
Представленный учебный материал должен обеспечить восприятие студентами актуальных вопросов и проблем нефтегазовой геологии 
и геохимии, способствовать самостоятельному и творческому использованию в научной и производственно-технологической деятельности 
знаний фундаментальных и прикладных разделов геологии, геохимии 
и нефтегазовой экологии; успешному курсовому, дипломному проектированию, написанию магистерских выпускных работ.
Предпоследняя глава содержит характеристику геохимических 
трансформаций газов, конденсатов и нефтей в атмосфере и гидросфере. 
Впервые в ознакомительных целях приводятся данные натурных экспериментов по исследованиям компонентного состава выбросов от сжигания нефти и газа на факелах при свободном доступе кислорода воздуха.
Для более успешного освоения теоретического материала и его 
закрепления авторы сочли необходимым в конце отдельных глав учебного пособия привести практические задания.
Кроме того, во введении изложены некоторые новые результаты 
геологоразведочных работ и схема основных месторождений нефти 
и газа Лено-Тунгусской, Лено-Вилюйской и Западно-Сибирской нефтегазоносных провинций (НГП), структура запасов УВ в Красноярском 
крае и прогноз использования нетрадиционных источников энергии.
Небольшой объем, отведенный учебным курсам «Геология и геохимия нефти и газа» и «Геология нефти и газа», не позволяет с достаточной полнотой осветить в этом пособии все вопросы нефтегазовой 
геологии и геохимии. 
Авторы будут признательны за критические замечания и пожелания, высказанные читателями, а также надеются, что пособие окажется 
полезным для специалистов – геологов и геохимиков, нефтяников, буровиков и экологов, занимающихся научной и преподавательской деятельностью в области нефтегазового дела.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АВПД
– аномально высокое пластовое давление
АЗС
– Ангарская зона складок
АК
– асфальтеновые кислоты
АК1–3
– апокатагенез
АНПД 
– аномально низкое пластовое давление
АСП
– аспиратор
Б
– бурый уголь
БСМ
– бензольные смолы
ВНИГНИ
– Всероссийский научно-исследовательский геологический нефтяной институт
ВНИГРИ
– Всероссийский нефтяной научно-исследовательский 
геологоразведочный институт
ВНИИ НП
– Всероссийский научно-исследовательский институт 
по переработке нефти
ВНИИОЭНТ
– Всероссийский научно-исследовательский институт 
организации, управления и экономики нефтегазовой 
промышленности
ВНИИЯГГ
– Всесоюзный 
научно-исследовательский 
институт 
ядерной геофизики и геохимии
ВМК
– высокомолекулярный компонент
ВНК
– водонефтяной контакт
ВРГ
– водорастворенные газы
ВРОВ
– растворенные в воде органические вещества
ВСТО
– нефтепровод Восточная Сибирь – Тихий океан
Г
– газовый
ГВК
– газоводяной контакт
ГЖХ
– газожидкостная хроматография
ГЗН
– главная зона нефтеобразования
ГИС
– геофизические исследования скважин
ГК
– газоконденсатный
ГКМ
– газоконденсатное месторождение
ГКС
– газоконденсатная система
ГН
– газонефтяной
ГНК
– газонефтяной контакт
ГП
– геохимическое поле

Принятые сокращения

ГПЗ
– газоперерабатывающий завод
ГПНГ
– геохимические поиски нефти и газа
ГТИ
– геолого-технологические исследования
ГФГ
– главная фаза газообразования
ГФН
– главная фаза нефтеобразования
Д
– длиннопламенный
ДСББ
– дополнительная порция спиртобензольного битумоида
ДСББА
– дополнительная порция спиртобензольного битумоида А
ДМЦП
– диметилциклопентан
ЗВГО
– зона возможного гидратообразования
ЗНГН
– зона нефтегазонакопления
ИГиРГИ
– Институт геологии и разработки горючих ископаемых
ИГО 
– изотопно-гелиевые отношения
ИМГРЭ
– Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии 
редких элементов
ИННК
– импульсный нейтрон-нейтронный каротаж
ИНЭИ РАН
– Институт энергетических исследований Российской 
академии наук
ИСУ
– изотопный состав углерода
ИХХТ
– Институт химии и химической технологии
К
– коксовый
КИН
– коэффициент извлечения нефти
КНИИГиМС
– Красноярский научно-исследовательский институт 
геологии и минерального сырья
ЛОС
– летучие органические соединения
МК1–5
– мезокатагенез
ММП
– многолетнемерзлые породы
МНА
– метод наведенной активности
МОГТ
– метод общей глубинной точки
МПР РФ
– Министерство природных ресурсов Российской Федерации
МУН
– метод увеличения нефтеотдачи
МЦГ
– метилциклогексан
МЭА
– Международное энергетическое агентство
Н
– нефтяной
НАНА
– Национальная академия наук Азербайджана
НГБ
– нефтегазоносный бассейн
НГК
– нефтегазоконденсатный

Принятые сокращения

НГКМ
– нефтегазоконденсатное месторождение
НГМ 
– нейтронный гамма-метод
НГМП
– нефтегазоматеринская порода
НГО
– нефтегазоносная область
НГП
– нефтегазоносная провинция
НИИГА
– Научно-исследовательский институт геологии Арктики
НО
– нерастворимый остаток
НОВ
– нерастворимое органическое вещество
НПЗ
– нефтеперерабатывающий завод
ОВ
– органические вещества
ООУ
– общий органический углерод
ОС
– остроспекающийся
ПА
– полуантрацитовый
ПАВ
– поверхностно-активные вещества
ПАН
– пероксиацетилнитрат
ПАО
– производственное акционерное общество
ПГИС
– промыслово-геофизические исследования скважин
ПГО
– производственное геологическое объединение
ПВ
– подземные воды
ПДК
– предельно допустимая концентрация
ПК1–3
– протокатагенез
ПК
– поле концентраций
ПХГ
– подземное газовое хранилище
ПФ
– порфирины
РАГ
– раздельный анализ газов
РОВ
– рассеянное органическое вещество
СББС
– спиртобензольный битумоид смолистый
СБСМ
– спиртобензольный битумоид смолистомасляный
СЛБО
– сейсмический локатор бокового обзора
СНГР
– самостоятельный нефтегазоносный район
СНИИГГиМС – Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья
СПБ
– спиртобензольный битумоид
СПГ
– сжиженный природный газ
Т
– тощий
ТЛД
– термолюминесцентный дозиметр
ТПР
– технологический проект разработки

Принятые сокращения

ТРИЗ
– трудно извлекаемые запасы
ТСР
– технологическая схема разработки
ТУ
– тяжелые углеводороды
УВ
– углеводороды
УВБ
– углеводородокисляющие бактерии
УВГ
– углеводородные газы
УУВ
– условные углеводороды
ФЕС
– фильтрационно-емкостные свойства
ХБ
– хлороформенный битумоид
ХБА
– хлороформенный битумоид А
ЦГ
– циклогексан
ЦДУ
– Центральное диспетчерское управление Минэнерго 
Российской Федерации
ЦКР Роснедра – Центральная комиссия по разработке месторождений 
полезных ископаемых
ЦП
– циклопентан
ЭПР
– электронный парамагнитный резонанс
ЮТЗ 
– Юрубчено-Тохомская зона
ЯМР
– ядерно-магнитный резонанс

API
– American Petroleum Institute (Американский институт 
нефти)
ESPO
– Eastern Siberia Pacific Ocean (Восточная Сибирь Тихий 
океан)
GCS
– geochemical space (геохимическое пространство)
GV
– geochemical vector (геохимический вектор)
PDB
– Pee Dee Belemnite (Пи Ди Белемнит)
SCI
– spore coloration index (индекс окрашивания спор)
SPE-PRMS
– Society of Petroleum Engineers (Общество инженеровнефтяников) Petroleum Resources Management System 
(система управления нефтяными ресурсами)
TAI
– Termal alteration index (цвет спор)
TOC
– Total Organic Carbon (общее содержание углерода)
USBM
– United States Bureau of Mines (Горное бюро США)

Познание нового ‒ работа изнурительная, 
с неодолимым желанием дойти до сути удививших 
тебя явлений, раскрыть их, восхититься, насладиться познанным, сначала в одиночку, а затем 
поделиться приобретенным счастьем с коллегами, 
друзьями. И если от твоего рассказа или доклада 
у них загорятся глаза ‒ ты на верном пути.

В. И. Бгатов, 1993 г.

ВВЕДЕНИЕ.  НЕФТЬ  И  ГАЗ: РЕАЛИИ  И  ПРОГНОЗ

В перспективе все большая роль будет отводиться трудноизвлекаемым традиционным залежам нефти и нетрадиционным источникам 
природной энергии. К ним относятся плотные коллекторы, с проницаемостью 1 мД (0,001 мкм2) и залежи сложного строения. В освоение будут интенсивно вовлекаться нетрадиционные залежи нефтяного и газового сырья, нефти в сланцевых толщах, плотные глинистые,  
карбонатно-сульфатные и трещинные коллекторы, залежи высоковязких (200‒1 000 сП) и сверхвязких (до 10 000 сП) нефтей [50], а также 
битумные пески, угольный газ, газовые гидраты [59]; растворенный 
в пластовых водах газ с газовым фактором более 1 000 м3/м3 (рис. В.1) 
и залежи в континентальных шельфах северных морей.
В Восточной Сибири это прежде всего битумные поля Анабарской антеклизы, гидратные залежи под многолетнемерзлыми породами 
толщиной 500‒600 м и более. Первым представителем таких запасов 
в регионе считается Мессояхское газовое месторождение на Таймыре. 
В мире к настоящему времени известно более 200 гидратных месторождений, которые составляют потенциальный резерв будущих поколений.
На 2012 г., по данным В. И. Ермолкина и В. Ю. Керимова, суммарные извлекаемые ресурсы нефти в мире насчитывают около 550 млрд т, 
газа ‒ 630 трлн м3. Доказанные извлекаемые запасы нефти исчисляются 
в 207,9 млрд т и газа – свыше 192,0 трлн м3 [30].
Обзор современных литературных источников по ресурсам и запасам нефти и газа в мире показывает, что наиболее богаты нефтью 

Введение.  Нефть  и  газ: реалии  и  прогноз

страны Ближнего и Среднего Востока – здесь сосредоточено более 
66,0 % мировых запасов.
Россия по запасам нефти находится в первой десятке нефтегазодобывающих стран в мире (рис. В.2), по запасам газа (48,1 трлн м3) занимает лидирующее положение. Она успешно ведет добычу нефти на 
континентальном шельфе. По данным Минэнерго России, суммарная 
годовая добыча нефти в 2016 г. на шельфе составила 22,3 млн т, из кото
Рис. В.1. Основные природные источники энергии на Земле 
(по Н. П. Лавёрову, 2007, с изменениями)

Природные источники  
энергии 

Невозобновляемые 
Возобновляемые, 
альтернативные 

Традиционные 
Нетрадиционные 

Месторождения 
УВ континентов 
и шельфов  
в традиционных 
породахколлекторах 

Каменные угли 
всех марок 

Урановые  
месторождения 
качественных 
руд 

А. Реальные к освоению  
в ближайшей перспективе: 
 месторождения и залежи 
в коллекторах с низкой  
проницаемостью; 
 тяжелые высоковязкие  
нефти, природные битумы; 
 природный газ угольных  
пластов; 
 матричная и сланцевая нефть 
и газ; 
 природные битумы 
 
Б. Перспективные к освоению  
в следующем веке: 
 газовые гидраты в недрах 
континентов и акваторий  
морей; 
 высокогазонасыщенные воды 
и рассолы глубоких горизонтов; 
 высокозольные угли и торфы; 
 интеркалированные газы 
угольных пластов 

Гидроэнергия: 
 геотермальная; 
 приливно-отливная

Энергия биомассы; 
солнечная энергия; 
ветровая; 
энергия термоядерного синтеза; 
водород