Из чего произошла нефть. Почему нефть не кончится никогда

Нефть - жидкий горючий минерал, который встречается в осадочных породах Земли . Состав нефти представляет собой сложную смесь многих сотен различных углеводородов и соединений, содержащих помимо углерода и водорода разные количества серы, азота, кислорода и металлов. По внешнему виду нефть - маслянистая жидкость от темного до светлого цвета в зависимости от содержания в ней смолистых веществ. Она легче воды, практически не растворима в ней, ее относительная плотность обычно от 0,80 до 0,92. Вязкость нефти значительно выше, чем воды. Температура кипения составляющих нефть разных углеводородов и фракций изменяется от 40-50 °С до высоких температур (вплоть до 500-600 °С). Свое название нефть получила от персидского слова «нафата», что означает «просачивающаяся, вытекающая». Появление нефти на Земле до сих пор остается темой непрекращающихся научных дискуссий (в основном двух взаимоисключающих гипотез - ее органического и неорганического происхождения).

Согласно гипотезе неорганического происхождения нефти (абиогенная гипотеза) углеводороды образовались в результате превращения неорганических соединений. Еще в 1805 г. немецкий ученый А. Гумбольдт утверждал, что нефть происходит из примитивных горных пород, под которыми покоится энергия всех вулканических явлений. В 1876 г. французский химик М. Бер-тло, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ, высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных соединений.

В 1876 г. русский ученый Д. И. Менделеев изложил свою «карбидную» гипотезу образования нефти, согласно которой вода, просачиваясь в недра Земли и взаимодействуя с карбидами металлов, в частности железа, под воздействием высоких температур и давления образует углеводороды и соответствующие оксиды металлов. Подтверждением абиогенной теории служили опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов при воздействии серной кислоты (H2S04) на чугун, содержащий значительные количества углерода. В 1878 г. французские ученые, обрабатывая соляной кислотой (НС1) зеркальный чугун и водяными парами железо при белом калении, получили водород и углеводороды, которые даже по запаху напоминали нефть.

Значительный вклад в развитие гипотезы о неорганическом происхождении нефти внес известный ленинградский геолог-нефтяник Н. А. Кудрявцев. В 1950-е годы, обобщив огромный геологический материал о нефтяных и газовых месторождениях мира, он создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти, по которой в мантии Земли при высоких температуре и давлении из углерода и водорода сначала образуются углеводородные радикалы, которые, поднимаясь в слои земной коры (в области более низких температур и давлений), взаимодействуют друг с другом и с водородом, превращаясь в нефть. Перемещаясь как вертикально, так и горизонтально в породе по трещинам, образовавшаяся нефть скапливается в ловушках не только в верхних слоях Земли, но и в глубине. Эти представления Н. А. Кудрявцева подтверждаются все большей глубиной (более 10 км) бурения нефтяных скважин.

Но «карбидная» гипотеза не объясняет появления всех углеводородов разнообразного строения, которые имеются в нефти. Наряду с вулканической гипотезой происхождения нефти русский геолог В. Д. Соколов в 1889 г. выдвинул космическую теорию, согласно которой газовый сгусток постепенно переходил в жидкую фазу, а содержащиеся в нем углеводороды (соединения углерода с водородом) растворялись в жидкой магме, превращающейся по мере охлаждения в твердую земную кору, по трещинам в которой углеводороды поднимались в верхние ее слои, образуя скопления нефти и газа.

Уже в наше время, объединив вулканическую и космическую гипотезы в единое целое, новосибирский исследователь В. А. Сальников предположил, что в результате столкновения спутника с Землей активизировалась вулканическая и горообразовательная деятельность. Миллиарды тонн вулканического пепла и грязевые потоки завалили в глубоких недрах Земли принесенные из космоса углеводороды, где под действием высоких температур и давлений они превратились в нефть и газ.

Сущность органической гипотезы происхождения нефти заключается в том, что нефть и газ появились из органического вещества, которое первоначально было в рассеянном состоянии в осадочных породах. Предполагается, что таким органическим веществом были отмершие остатки микрофлоры и микрофауны (планктон и др.), развивавшиеся в морской воде, к которым примешивались остатки животного и растительного мира. Основные процессы преобразования погребенного в осадочных породах органического вещества происходили после погружения на значительные глубины, где под воздействием высоких температур и давлений, а также из-за каталитического действия горных пород органическое вещество превращалось в углеводороды нефти. На это потребовались сотни (около 570) миллионов лет, что, однако, составляет всего около 10 % истории Земли. Еще в 1888 г. немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер получили предельные углеводороды, парафин и смазочные масла при перегонке рыбьего жира при температуре 400 °С и давлении порядка 1 МПа.

В 1919 г. русский ученый академик Н. Д. Зелинский при переработке органического ила растительного происхождения (сапропель из озера Балхаш) получил бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан.

Академик И. М. Губкин в своей книге «Учение о нефти» (1932 г.) в качестве исходного вещества для образования нефти также рассматривал сапропель - битуминозный ил растительно-животного происхождения. Пласты, обогащенные органическими остатками, перекрываются более молодыми отложениями, предохраняющими ил от окисления кислородом воздуха с последующим его превращением под воздействием анаэробных бактерий. В пласте по мере тектонических перемещений его в глубину возрастают температура и давление, что приводит к преобразованию органики в нефть. Взгляды И. М. Губкина на образование нефти лежат в основе современной гипотезы ее биогенного происхождения, согласно которой процесс формирования нефтяных месторождений включает в качестве основных стадии осадконакопления и преобразования органических остатков в нефть.

Член-корреспондент АН СССР А. А. Воробьев выдвинул предположение, что кроме температуры и давления в природных процессах участвует и электричество. Так, метан, выделяющийся из органических соединений под воздействием электрического разряда, возникающего при контакте горных пород в ходе тектонических процессов, превращается в ацетилен, этилен и другие углеводороды, входящие в состав нефти.

Основоположник современной геохимии нефти академик В. И. Вернадский в начале XX в. также придерживался биогенной гипотезы происхождения нефти: «Организмы, несомненно, являются исходным веществом нефтей». Согласно гипотезе, высказанной В. И. Вернадским, в строении нефти, газа, каменного угля и других пород участвуют углерод и его соединения , которые являются частью глобальной геохимической системы круговорота

в земной коре (рис. 1.1). Основным из этих соединений является диоксид углерода (С02), содержание которого в атмосфере оценивается в 4 10й т. При этом ежегодно в результате фотосинтеза и выветривания из атмосферы поглощается более 8 108 т С02. То есть в отсутствие кругооборота углерод за тысячи лет мог бы полностью исчезнуть из атмосферы и быть «захороненным» в горных породах, где запасы С02 примерно в 500 раз больше, чем в атмосфере.

Метан (СН4) также является переносчиком углерода, а его содержание в атмосфере составляет 5 109 т. Однако из атмосферы часть СН4 попадает в стратосферу и далее в космическое пространство. Кроме того, метан расходуется и в результате фотохимических превращений. Если учесть, что продолжительность существования молекулы СН4 в атмосфере около 5 лет, то для того чтобы пополнить его запасы, в атмосферу ежегодно должно поступать около 109 т метана из подземных запасов в виде метанового испарения или «газового дыхания Земли».

В настоящее время источниками поступления углерода считаются мантия Земли при извержении вулканов и дегазация недр за счет «газового дыхания» планеты. При этом пополнение углеродных запасов происходит в результате затягивания осадков океанической породы в мантию при надвигании плит друг на друга. В значительно меньшей степени (Ю“10 от общего количества ежегодно «складируемого») углерод поставляется вместе с метеоритным веществом из космического пространства.

Об органическом происхождении нефти и газа образно пишет профессор МГУ Б. А. Соколов: «Нефть - результат физико-химических реакций при столкновении двух противоположных движущихся потоков: опускающейся органоминеральной волны осадочных слоев, содержащих органическое вещество и испытывающих катагенетические превращения, с одной стороны, и поднимающейся флюидной, осуществляющей тепломассоперенос из недр Земли к ее поверхности - с другой».

Большинство белорусских ученых (академик Национальной академии наук Беларуси и Российской академии наук Р. Г. Гарецкий, члены-корреспонденты НАН Беларуси Р. Е. Айзберг и А. В. Кудельский) связывают генезис нефти и природного газа с органической (осадочно-миграционной) теорией. Их позиция обусловлена тем, что почти все известные скопления нефти и углеводородных газов приурочены к осадочным толщам и районам развития так называемых нефтегазоматеринских (нефтегазогенерирующих) комплексов. Отмечается очень большое сходство большинства органических соединений, обнаруженных в осадочных породах, с углеводородами, составляющими основную массу нефти, при этом показано, что в составе нефти органическое вещество имеет биогенное происхождение. В соответствии с осадочно-миграционной теорией нефтегазоность недр является историческим явлением. Она зависит от количества и качества органического вещества генерационных пород, интенсивности их погружения на большие глуби-ны (2-10 км и более) в условиях нарастающей высокотемпературной среды (от 60-80 до 150-200 °С).

В связи с этим все поисково-разведочные работы по обнаружению новых месторождений нефти и газа на территории Беларуси основаны на концепции их органического происхождения.

В то же время, по мнению академика Р. Г. Гарецкого, выявленные случаи нахождения нефтепроявлений в кристаллических или изверженных породах (если они не связаны с перетоком из осадочных толщ) могут быть свидетельством возможности генезиса нефти и нафтидов и неорганическим (абиогенным) путем. Но такие нафтидопроявления несоизмеримо более редки, чем нефтепроявления в осадочных комплексах.

Белорусский ученый, член-корреспондент НАН Беларуси Ю. М. Плеска-чевский в конце 1980-х годов предложил радиационно-химическую гипотезу генезиса нефти, которая основана на известных явлениях взаимодействия ионизирующих излучений с веществом. Согласно этой гипотезе, нефть образуется как из органического вещества осадочной толщи, так и из углеродистых газов глубинного и сверхглубинного происхождения. Под влиянием естественной радиации земных пород газы мантийного (абиогенного) происхождения, такие как метан и низкомолекулярные углеводороды, присутствующие и в продуктах деструкции органических веществ, «захороненных» в осадках, т. е. биогенного происхождения, полимеризуются и превращаются затем в нефть. При этом глубина этих превращений в значительной мере определяется поглощенной дозой радиации, которая и обусловливает образование различной по составу и вязкости нефти.

В пользу радиационно-химической гипотезы образования нефти свидетельствует присутствие в ней природных радиоактивных веществ: урана, тория и т.п., а также соединений ванадия (концентрация которого в тяжелых

Нефть в переводе с турецкого языка − маслянистая жидкость. Обычно она черного цвета и имеет специфический запах. Это одно из важнейших полезных ископаемых. Находят ее на различной глубине, начиная с нескольких метров и заканчивая шестью километрами. Образование нефти - длительный процесс. В нем присутствуют останки живых рыб и растений, которые опускались на дно после гибели. Этот процесс занимал много миллионов лет, пока не получилась черная маслянистая жидкость. В состав нефти также входит азот, углеводород, кислород, вода и газы. В ней имеется множество парафиновых соединений, в связи с чем, материалы из парафина сделаны по большей степени из нефти. Значительная часть нашего материального окружения состоит из двух природных источников: нефти и газа.

Нефть также называют черным золотом, так как она активно скупается и продается на брокерских рынках. постоянно скачет, но стабильно растет вверх в последние годы, так как нефть считается самым продаваемым сырьем в мире. Контракты на ее поставку заключают только самые крупные биржи. Торговля ими ведется во всех уголках страны. Цена устанавливается в зависимости от количества примесей и добавок в составе нефти.

К сожалению, ее запасы исчерпываются, и примерно через сто лет она иссякнет. Если не найти способа ее замены, то мир останется без бензина, топлива, света, гудрона, асфальта и множества других материалов.

Во многих странах есть запасы черного золота еще на какое-то время после истончения, но когда и они закончатся, встанут многие самолеты и корабли, работающие на нефти. Также перестанут доставляться нужные товары по миру, тысячи заводов закроются, увеличивая безработицу по всему миру. Прекратится производство стали, а без нее не будет новых домов, автомобилей и всего, что связано с железом. Даже зубная паста и помада делаются на основе нефти. Здравоохранение, питание и энергоснабжение получат огромный ущерб при ее недостаточности. 40 % электричества в мире производится на теплоэлектростанциях, где сжигают уголь, а уголь делают из нефтепродуктов. Пережить зиму будет крайне затруднительно без отопления. Вместо нефти будет производиться .

Появится новый мир, который значительно чище прежнего. При отсутствии самолетов, автомобилей, заводов, сжигавших нефть, не будет происходить выброса углекислого газа в атмосферу. Количество загрязняющих веществ уменьшится на миллиарды тонн. Промышленные державы будут превращаться в аграрные страны, а повсюду начнут цвести растения. Земля снова будет насыщена кислородом, а это значит, что и человечество сможет избавиться от многих болезней и патологий.

В журнале очаровательной vl_ad_le_na прочитал великолепный пост о добыче нефти. Публикую с разрешения автора.

Что такое нефть?
Нефть - это смесь жидких углеводородов: парафины, ароматика и прочие. На самом деле, нефть не всегда черная - бывает и зеленая (девонская, раньше у меня в баночке стояла, жаль, выкинула), коричневая (самое частое) и даже белая (прозрачная, вроде бы на Кавказе она водится).

Нефть делится по качеству на несколько классов в зависимости от химического состава - соответственно, меняется ее цена. Еще в нефти очень часто растворен попутный газ, который так ярко горит на факелах.

Газа может быть растворено от 1 до 400 кубических метров в кубическом метре нефти. То есть дофига. Сам этот газ в основном состоит из метана, но ввиду трудности его подготовки (его надо сушить, очищать и доводить до ГОСТовых чисел Воббе - чтобы была строго определенная теплота сгорания) попутный газ очень редко используется в бытовых целях. Грубо говоря, если газ с промысла пустить в квартиру в газовую плиту, последствия могут быть от копоти на потолке до насмерть испорченной плиты и отравлений (например, сероводородом).

Ах, да. Еще одна попутная гадость в нефти - растворенный сероводород (потому что нефть - органическое вещество). Он очень ядовитый и очень коррозионно активный. Это накладывает свои трудности на добычу нефти. На дОбычу нефтИ. Профессионализм, который я, к слову сказать, не употребляю.

Откуда взялась нефть?
На этот счет есть две теории (подробнее - ). Одна - неорганическая. Впервые была высказана Менделеевым и заключается в том, что вода протекала мимо раскаленных карбидов металлов, и, таким образом, образовывались углеводороды. Вторая - органическая теория. Считается, что нефть "созревала", как правило, в морских и лагунных условиях, путем перегнивания органических остатков животных и растений (илов) в определенных термобарических условиях (высокое давление и температура). В принципе, исследования подтверждают эту теорию.

Зачем нужна геология?
Стоит, наверное, упомянуть строение нашей Земли. По-моему, на картинке все красиво и ясно.

Так вот, нефтяные геологи имеют дело только с земной корой. Она состоит из кристаллического фундамента (там нефть находится оооочень редко, поскольку это магматические и метаморфические породы) и из осадочного чехла. Осадочный чехол состоит из осадочных пород, но не буду углубляться в геологию. Скажу только, что глубины нефтяных скважин обычно порядка 500 - 3500 м. Вот на этой глубине и лежит нефть. Выше обычно только вода, ниже - кристаллический фундамент. Чем глубже порода - тем раньше она отложилась, что логично.

Где залегает нефть?
Вопреки почему-то распространенным мифам о "нефтяных озерах" под землей, нефть находится в ловушках. Упрощая, ловушки в вертикальном разрезе выглядят так (вода - вечная спутница нефти):

(Складка, выгнутая "спиной" вверх, называется антиклиналью. А если она похожа на чашу - это синклиналь, в синклиналях нефть не задерживается).
Или так:

А в плане они могут быть круглыми или овальными поднятиями. Размеры - от сотен метров до сотен километров. Одна или несколько таких ловушек, расположенных рядом, являются месторождением нефти.

Поскольку нефть легче воды, то всплывает вверх. Но чтобы нефть никуда больше не утекла (вправо, влево, вверх или вниз), пласт с ней должен быть ограничен породой-покрышкой сверху и снизу. Обычно это глины, плотные карбонаты или соли.

Откуда берутся изгибы внутри земной коры? Ведь породы откладываются горизонтально или почти горизонтально? (если они откладываются кучками, то эти кучки обычно быстро разравниваются ветром и водой). А изгибы - поднятия, опускания - возникают вследствие тектоники. Видели на картинке с разрезом Земли слова "турбулентная конвекция"? Эта самая конвекция двигает литосферные плиты, что приводит к образованию трещин в плитах, а следовательно, смещениям блоков между трещинами и изменениям во внутреннем строении Земли.

Как залегает нефть?
Нефть залегает не сама по себе, как было уже сказано, нефтяных озер не существует. Нефть находится в горной породе, а именно, в ее пустотах - порах и трещинах:

Породы характеризуются такими свойствами, как пористость - это доля объема пустот в породе - и проницаемость - способность породы пропускать через себя жидкость или газ. Например, обычный песок характеризуется очень высокой проницаемостью. А бетон - уже гораздо хуже. Но смею заверить, что порода, залегающая на глубине 2000 м с высоким давлением и температурой по свойствам гораздо ближе к бетону, чем к песку. Я щупала. Тем не менее, оттуда добывается нефть.
Это керн - выбуренный кусок горной породы. Плотный песчаник. Глубина 1800 м. Нефти в нем нет.

Еще одно важное дополнение - природа не терпит пустоты. Практически все пористые и проницаемые породы, как правило, водонасыщены, т.е. в их порах находится вода. Соленая, поскольку она протекала через множество минералов. И логично, что часть этих минералов уносится вместе с водой в растворенном виде, а потом, при изменении термобарических условий, выпадает в этих самых порах. Таким образом, зерна породы становятся скреплены солями и этот процесс называется цементированием. Именно поэтому, по большому счету, скважины не осыпаются сразу же в процессе бурения - потому что породы сцементированы.

Как находят нефть?
Обычно сначала по сейсморазведке: пускают колебания на поверхности (взрывом, например) и замеряют время их возврата по приемникам.

Далее по времени возврата волны вычисляют глубину того или иного горизонта в разных точках на поверхности и строят карты. Если на карте выявляется поднятие (=антиклинальная ловушка), ее проверяют на наличие нефти бурением скважины. Далеко не во всех ловушках есть нефть.

Как бурят скважины?
Скважина - это вертикальная горная выработка с длиной во много раз больше ширины.
Два факта о скважинах: 1. Они глубокие. 2. Они узкие. Средний диаметр скважины при входе в пласт - порядка 0,2-0,3 м. То есть туда человек не пролезет однозначно. Средняя глубина - как уже говорила, 500-3500 м.
Бурят скважины с буровых вышек. Есть такой инструмент для измельчения горной породы, как долото. Заметьте, не бур. И оно совершенно не похоже на то самое винтообразное устройство из "Черепашек Ниндзя".

Долото подвешено на буровых трубах и крутится - оно прижато ко дну скважины весом этих самых труб. Есть разные принципы приведения долота в движение, но обычно вращается вся буровая колонна труб, чтобы вертелось долото и измельчало своими зубцами горную породу. Также в скважину постоянно закачивается (внутрь буровой трубы) и откачивается (между стенкой скважины и наружной стенкой трубы) буровой раствор - для того, чтобы охлаждать всю эту конструкцию и уносить с собой частицы измельченной породы.
Для чего нужна вышка? Чтобы подвесить на ней эти самые буровые трубы (ведь в процессе бурения верхний конец колонны опускается, и к нему надо привинчивать новые трубы) и чтобы поднимать колонну труб для замены долота. Бурение одной скважины занимает около месяца. Иногда используется специальное кольцевое долото, которое при бурении оставляет центральный столбик породы - керн. Керн отбирается для изучения свойств горных пород, хотя это и дорого. Еще скважины бывают наклонные и горизонтальные.

Как узнать, где какой пласт лежит?
Человек не может спуститься в скважину. Но нам же надо знать, что мы там пробурили? Когда скважина пробурена, в нее на кабеле спускают геофизические зонды. Эти зонды работают на совершенно разных физических принципах работы - собственная поляризация, индукция, измерение сопротивления, гамма-излучение, излучение нейтронов, измерение диаметра скважины и т.д. Все кривые записываются в файлы, получается вот такой кошмар:

Теперь в работу вступают геофизики. Зная физические свойства каждой породы, они выделяют пласты по литологии - песчаники, карбонаты, глины - и выполняют разбивку разреза по стратиграфии (т.е. к какой эпохе и времени относится пласт). Думаю, про парк юрского периода слышали все:

На самом деле, есть намного более детальное разбиение разреза на ярусы, горизонты, пачки и т.д. - но нам сейчас это неважно. Важно то, что коллектора нефти (пласты, способные отдавать нефть) бывают двух типов: карбонатные (известняки, как мел, например) и терригенные (песок, только сцементированный). Карбонаты - это СаСО3. Терригенные - SiO2. Это если грубо. Сказать, какие лучше, нельзя, они все разные бывают.

Как скважину готовят к работе?
После того, как скважина пробуривается, ее обсаживают. Это значит - спускают длинную колонну стальных обсадных труб (диаметром практически как скважина), а затем в пространство между стенкой скважины и наружной стенкой трубы закачивают обычный цементный раствор. Это делается для того, чтобы скважина не осыпалась (ведь не все породы хорошо сцементированы). В разрезе скважина теперь выглядит так:

Но мы закрыли обсадной колонной и цементом нужный нам пласт! Поэтому выполняется перфорация колонны напротив пласта (а как узнать, где нужный пласт? геофизика!). Спускается, опять же, на кабеле перфоратор с заложенными в него взрывными зарядами. Там заряды срабатывают и образуются дыры и каналы перфорации. Теперь нас не волнует вода с соседних пластов - мы проперфорировали скважину только напротив нужного.

Как добывают нефть?
Самая интересная часть, думаю. Нефть гораздо более вязкая, чем вода. Думаю, что такое вязкость - понятно интуитивно. Некоторые нефтяные битумы, например, похожи по вязкости на сливочное масло.
Зайду с другого конца. Жидкости в пласте находятся под давлением - на них напирают вышележащие слои пород. А когда мы бурим скважину - со стороны скважины не давит ничего. То есть в районе скважины давление пониженное. Создается перепад давления, называемый депрессией, и именно он приводит к тому, что нефть начинает течь в сторону скважины и появляться в ней.
Для описания притока нефти есть два простых уравнения, которые должны знать все нефтяники.
Уравнение Дарси для прямолинейного потока:

Уравнение Дюпюи для плоско-радиального течения (как раз случай притока жидкости к скважине):

Собственно, на них и стоим. Дальше углубляться в физику и писать уравнение нестационарного притока не стоит.
С технической точки зрения наиболее распространены три способа добычи нефти.
Фонтанный. Это когда пластовое давление очень высокое, и нефть не просто поступает в скважину, а еще и поднимается до самого ее верха и переливается (ну, на самом деле не переливается, а в трубу - и дальше).
Насосами ШГН (штанговый глубинный насос) и ЭЦН (электроцентробежный насос). Первый случай - это обычный станок-качалка.

Второй на поверхности вообще не видно:

Заметьте, вышек нет. Вышка нужна только для спуска/подъема труб в скважине, но не для добычи.
Суть работы насосов проста: создание дополнительного давления, чтобы жидкость, поступившая в скважину, могла по скважине подняться до поверхности земли.
Стоит вспомнить обычный стакан с водой. Как мы из него пьем? Наклоняем, правильно? А вот скважину наклонить не получится. Но в стакан с водой можно опустить трубочку и пить через нее, втягивая жидкость ртом. Примерно так скважина и работает: ее стенки - стенки стакана, а вместо трубочки в скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ). Нефть поднимается по трубам.

В случае ШГН станок-качалка двигает своей "головой" вверх-вниз, соответственно, приводя в движение штангу. Штанга при движении вверх увлекает за собой насос (открывается нижний клапан), а при движении вниз насос опускается (открывается верхний клапан). Вот так, понемногу, жидкость поднимается вверх.
ЭЦН работает напрямую от электричества (с мотором, естественно). Внутри насоса крутятся колеса (горизонтальные), в них есть прорези, так нефть и поднимается наверх.

Должна добавить, что открытое фонтанирование нефти, которое любят показывать в мультиках, - это не только аварийная ситуация, а еще и экологическая катастрофа и миллионные штрафы.

Что делать, когда нефть плохо добывается?
С течением времени нефть перестает выжиматься из породы под весом вышележащих толщ. Тогда в работу вступает система ППД - поддержания пластового давления. Бурятся нагнетательные скважины, и в них закачивается вода под высоким давлением. Естественно, закачанная или пластовая вода рано или поздно попадет в добывающие скважины и будет подниматься наверх вместе с нефтью.
Еще надо отметить, что чем больше доля нефти в потоке, тем быстрее она течет, и наоборот. Поэтому чем больше воды течет вместе с нефтью, тем труднее нефти выбраться из пор и попасть в скважину. Зависимость доли проницаемости по нефти от доли воды в потоке представлена ниже и называется кривыми относительных фазовых проницаемостей. Тоже очень нужное понятие для нефтяника.

Если призабойная зона пласта загрязнилась (мелкими частицами породы, унесенными вместе с нефтью, или выпали твердые парафины), то проводят кислотные обработки (скважину останавливают и в нее закачивают небольшой объем соляной кислоты) - этот процесс хорош для карбонатных пластов, потому что они растворяются. А для терригенных (песчаников) кислота пофигу. Поэтому в них проводят гидроразрыв пласта - в скважину качают гель под очень высоким давлением, так, что пласт начинает трескаться в районе скважины, после этого закачивают проппант (керамические шарики или крупный песок, чтобы трещина не закрылась). После этого скважина начинает работать гораздо лучше, потому что препятствия потоку ликвидированы.

Что с нефтью происходит потом, когда она добыта?
Сначала нефть поднимается на поверхность земли в трубу, которая идет от каждой скважины. 10-15 близлежащих скважин подключены этими трубами к одному замерному устройству, где измеряется, сколько нефти добыто. Потом нефть поступает на подготовку по стандартам ГОСТ: из нее удаляются соли, вода, механические примеси (мелкие частицы породы), если необходимо, то и сероводород, а также нефть разгазируется полностью, до атмосферного давления (вы же помните, что в нефти может быть дофига газа?). Товарная нефть поступает на нефтеперерабатывающий завод. Но завод может быть далеко, и тогда в дело вступает компания "Транснефть" - магистральные трубопроводы для готовой нефти (в отличие от промысловых трубопроводов для сырой нефти с водой). По трубопроводу нефть качается такими же точно ЭЦН-ами, только положенными набок. В них точно так же вращаются рабочие колеса.
Отделенная от нефти вода закачивается обратно в пласт, газ сжигается на факеле или идет на газоперерабатывающий завод. А нефть либо продается (за границу трубопроводами или танкерами), либо идет на нефтеперерабатывающий завод, где перегоняется путем нагревания: легкие фракции (бензин, керосин, лигроин) идут на топливо, тяжелые парафинистые - на сырье для пластиков и т.п., а самые тяжелые мазутные с температурой кипения выше 300 градусов обычно служат топливом для котельных.

Как всё это регулируется?
Для добычи нефти есть два главных проектных документа: проект подсчета запасов (там обосновывается, что нефти в пласте именно столько, а не больше и не меньше) и проект разработки (там описывается история месторождения и доказывается, что надо разрабатывать его именно так, а не иначе).
Для подсчета запасов строятся геологические модели, а для проекта разработки - гидродинамические (там вычисляется, как месторождение будет работать в том или ином режиме).

Сколько всё это стоит?
Сразу скажу, все цены, как правило, конфиденциальны. Но могу примерно сказать: скважина в Самаре стоит 30-100 млн.руб. в зависимости от глубины. Тонна товарной (не переработанной) нефти стоит по-разному. Когда считала первый диплом, давали величину около 3000 р., когда второй - около 6000 р., разница во времени - год, но это могут быть и не реальные значения. Сейчас - не знаю. Налоги составляют как минимум 40% от прибыли, плюс налог на имущество (в зависимости от балансовой стоимости имущества), плюс налог на добычу полезных ископаемых. Добавьте деньги, требуемые на зарплату работникам, на электричество, на ремонт скважин и обустройство месторождения - строительство трубопроводов и оборудования для сбора и подготовки нефти. Очень часто экономика проектов разработки уходит в минус, поэтому надо ухищряться работать в плюс.
Добавлю такое явление, как дисконтирование - тонна нефти, добытая в следующем году, ценна меньше, чем тонна нефти, добытая в этом. Поэтому нужна интенсификация добычи нефти (которая тоже стоит денег).

Итак, я вкратце изложила то, чему училась 6 лет. Весь процесс, от появления нефти в пласте, разведки, бурения, добычи, переработки и транспортировки до продажи - вы видите, что для этого требуются специалисты совершенно различных профилей. Надеюсь, что хоть кто-то прочитал этот длиннющий пост - а я очистила совесть и развеяла хотя бы немногие мифы, окружающие нефть.

В. Е. ХАИН

Нефть и сопровождающий ее или встречающийся отдельно природный горючий газ являются важнейшими полезными ископаемыми. В XX веке они стали по существу "кровью" народного хозяйства, без них было бы немыслимо функционирование таких важнейших отраслей, как энергетика, транспорт, производство жизненно важных материалов. Поэтому по аналогии с каменным, бронзовым, железным веками, пережитыми человечеством на ранней стадии развития его цивилизации, минувший XX век может быть назван нефтяным веком (XIX век был угольным, а XXI век, вероятно, станет газовым). В настоящее время экспорт нефти и газа составляет около 40% всего экспорта России.
Нефть – это смесь природных углеводородов, изменчивая по составу и плотности, но обычно более легкая, чем вода. Углеводороды могут встречаться в природе и в твердом виде, в виде битумов, но крупные залежи последних относительно редки. Гораздо распространеннее углеводородные газы, состоящие в основном из наиболее легкого компонента – метана СН4. В определенных условиях температур и давлений газ выделяет растворенные в нем нефтяные углеводороды в виде газоконденсата – жидкости, более легкой и светлой, чем нефть, и поэтому легче поддающейся переработке. Все это природное углеводородное сырье имеет сходное происхождение и встречается либо совместно, либо в близком соседстве.

НЕФТЬ И ГАЗ В ОСАДОЧНОЙ ОБОЛОЧКЕ ЗЕМЛИ

Промышленные скопления нефти, газа и газоконденсата встречаются почти исключительно в верхней, осадочной оболочке земной коры. Изредка их обнаруживают в вулканических (базальты), интрузивно-магматических (граниты) или метаморфических (гнейсы) породах. Залежи нефти и газа находят практически во всех типах осадочных горных пород, но преимущественно в песках, песчаниках, известняках, доломитах, поскольку они отличаются повышенной пористостью и представляют естественные вместилища – коллекторы, резервуары жидких и газообразных углеводородов. Но и более плотные породы – глины, плотные карбонаты могут представлять такие коллекторы, если они достаточно трещиноваты. Общей особенностью осадочных толщ, вмещающих залежи нефти, является их субаквальное происхождение, то есть отложение в водной среде. Первоначально представлялось, что такие толщи должны были обязательно отлагаться в морских условиях, но после открытия крупных залежей нефти в континентальных-озерных, дельтовых отложениях в Китае стало очевидно, что среда осадконакопления должна была быть водной, но не непременно морской.

К середине XX века выяснилось еще одно обязательное условие – нефтесодержащие толщи должны обладать некой минимальной мощностью (толщиной), около 2-3 км. Толщи такой мощности обычно накапливались в крупных впадинах земной коры, поскольку их накопление и сохранение требовали длительного и устойчивого опускания соответствующих участков коры. Такие впадины в 50-е годы XX века в США (В. Пратт, Л. Уикс) и СССР (И.О. Брод, В.В. Вебер, автор этих строк) стали выделяться в качестве нефтегазоносных бассейнов. Возникло учение о нефтегазоносных бассейнах, успешно развивающееся и в настоящее время.

Классификация нефтегазоносных бассейнов до 70-х годов XX века строилась на основе геосинклинально-орогенно-платформенной концепции. Под геосинклиналями понимали глубокие прогибы земной коры, заполнявшиеся толщами осадков и вулканических пород и преобразованные затем в складчатые горные сооружения – орогены. Последние после своего нивелирования денудацией (размывом) превращаются в фундамент устойчивых глыб коры – платформ, частично перекрываемых осадочным чехлом. Но в конце 60-х годов появилась новая геологическая концепция – концепция тектоники литосферных плит, которая быстро завоевала широкое признание. В связи с этим и классификация нефтегазоносных бассейнов была переведена на новую основу (рис. 1).

Согласно теории тектоники плит, верхняя часть твердой Земли, до глубины около 200-300 км, разделяется на хрупкую верхнюю оболочку – литосферу и подстилающую ее относительно пластичную астеносферу. Литосфера Земли разделена на ограниченное число крупных и среднего размера плит, на границах которых сосредоточена основная тектоническая, сейсмическая и магматическая активность. Границы плит бывают троякого рода: дивергентные, вдоль которых происходят их расхождение, образование новой базальтовой коры и океанских бассейнов; конвергентные, вдоль которых плиты сближаются, надвигаясь друг на друга, и, наконец, трансформные, вдоль которых они смещаются друг относительно друга в горизонтальном направлении по вертикальным разломам.

Дивергентные границы зарождаются в пределах континентальных частей литосферных плит в виде рифтовых систем – глубоких щелей, все больше раскрывающихся под действием растяжения и подъема с глубины астеносферного выступа – мантийного диапира. Над рифтами образуются впадины, в которых начинают накапливаться сначала континентальные (речные, озерные), а затем уже морские отложения. В основании рифтов происходят утонение коры и всей литосферы, подъем нижележащей подплавленной астеносферы и частичное внедрение в литосферу выделившейся из нее базальтовой магмы. В дальнейшем остывание астеносферного выступа и внедрившихся в литосферу магматитов ведет к расширению и ускоренному опусканию надрифтовой впадины (рис. 2). Опусканию дна способствует и давление толщи накопившихся в ней осадков. Так образуется один из типов нефтегазоносных осадочных бассейнов – внутриплитный, наиболее крупным и ярким представителем которого является Западно-Сибирский бассейн.
Континентальный рифтинг при более интенсивном растяжении сопровождается разрывом континентальной коры и переходит в так называемый спрединг, то есть заполнение образовавшегося раздвига новообразованной, выделившейся из астеносферы океанской корой с постепенным расширением занятого ею пространства и превращением его в ложе океана. При этом плечи континентального рифта превращаются в так называемые пассивные (относительно асейсмичные, авулканические) окраины континентов, обрамляющие новорожденный океан. Они становятся основной областью накопления осадков, сносимых с континента, особенно в дельтах крупных рек, впадающих в океан. По выражению известного литолога-океанолога А.П. Лисицына, это область лавинной седиментации, мощность осадков здесь достигает 15-20 км. Таким образом, на пассивных окраинах континентов возникают крупные нефтегазоносные бассейны. В России это Волго-Уральский и продолжающий его к северу Тимано-Печорский бассейны. Когда в пределах смежной части океана возникают складчатые горные сооружения, они надвигаются на край такого бассейна, который испытывает дополнительное интенсивное погружение и превращается в передовой (предгорный) прогиб этого сооружения. Таковы Предуральский, Предкавказские, Предкарпатский и другие подобные прогибы, также представляющие особый тип нефтегазоносных бассейнов.

Активные окраины континентов в ходе своего развития испытывают сжатие, благодаря которому островные дуги сливаются друг с другом и в конечном счете образуют горные сооружения, надвигающиеся на соседний континент (или континенты, если океан испытывает полное замыкание), о чем говорилось выше. Но между отдельными сооружениями нередко возникают межгорные впадины, подобно Куринской впадине между Большим и Малым Кавказом или Паннонской (Венгерской) между Карпатами и Динарскими горами, которые также заполняются мощными осадками и являются нефтегазоносными бассейнами.

Сжатие, проявляющееся на конвергентных границах плит и ведущее к образованию сложно построенных горных сооружений, подобных Кавказу, Альпам или Гималаям, нередко распространяется далеко в глубь континентов, в области, которые давно утратили тектоническую активность, покрылись практически ненарушенным осадочным чехлом и представляли собой так называемые платформы. При этом кора таких платформ начинает коробиться, испытывая поднятия и погружения с образованием горных сооружений и межгорных впадин, последние опять-таки являются нефтегазоносными осадочными бассейнами. Этот процесс внутриконтинентального орогенеза (горообразования) наиболее ярко проявился в Центральной Азии, и именно здесь находятся такие бассейны, как Ферганский, Таджикский, Джунгарский, Таримский.

Таковы основные типы нефтегазоносных бассейнов. Возникает вопрос: как же образуются нефть и газ в осадочных бассейнах?

ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА. НЕФТЕ- И ГАЗОМАТЕРИНСКИЕ ТОЛЩИ

В отличие от другого горючего ископаемого – угля, происхождение которого достаточно очевидно благодаря находкам отпечатков листьев и даже целых окаменевших стволов деревьев и было разгадано еще М.В. Ломоносовым, происхождение нефти долгое время было предметом жарких споров, которые полностью не затихли и в наши дни. Существуют две противоположные версии происхождения нефти: неорганическая и органическая. Выбор между этими версиями осложняется тем, что нефть и газ – весьма подвижные вещества-флюиды, они способны к перемещению – миграции внутри земной коры и ее осадочной оболочки на большие расстояния, и их скопления нередко находятся достаточно далеко от предполагаемого места образования.

Неорганическая гипотеза происхождения нефти была относительно наиболее популярной в СССР, где ее отстаивали две научные школы – в Санкт-Петербурге (тогда Ленинграде) во главе с Н.А. Кудрявцевым и Киеве во главе с В.Б. Порфирьевым. Адепты этого направления опирались на авторитет Д.И. Менделеева, который высказал предположение о том, что нефть могла образоваться при воздействии воды на карбид железа. Главными же геологическими фактами, легшими в основу построений "неоргаников", было нахождение некоторых залежей нефти в вулканических, интрузивно-магматических и метаморфических породах. Такие залежи действительно существуют. Особенно показателен пример крупного скопления нефти в трещиноватых и выветрелых гранитах на месторождении "Белый тигр" на юге Вьетнама, в дельте Меконга.

С позиций противоположной, органической концепции генезиса нефти все такие залежи – результат миграции нефти из смежных осадочных пород. Но следует признать, что углеводороды в принципе могут иметь в природе и неорганическое происхождение – иначе как объяснить их присутствие в метеоритах и атмосфере некоторых планет и их спутников, а также выделение метана в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов, практически лишенных осадков. Однако все эти местонахождения представляют лишь научный интерес, а речь должна идти о залежах промышленного значения.

Противники "неоргаников" приводили в качестве доводов в пользу органического происхождения присутствие в нефтях спор и пыльцы растений и специфических органических соединений – порфиринов. Однако "неорганики" объясняли все это заимствованием из вмещающих залежи осадочных пород. Решающее доказательство органического происхождения нефти принесли данные органической геохимии, установившие тождество нефтяных и биогенных углеводородов на молекулярном уровне. Молекулы таких органических соединений получили название "биомаркеров", то есть меток, указывающих на биогенное происхождение данной нефти. Несмотря на это, отдельные исследователи как в нашей стране, так и за рубежом продолжают отстаивать неорганическое происхождение нефти. Соответствующие взгляды высказывались совсем недавно на страницах журнала "Эксплорер", издаваемого авторитетной Американской ассоциацией геологов-нефтяников. А в Швеции была даже пробурена довольно глубокая скважина в кристаллических породах Балтийского щита, но никаких притоков нефти получено не было.

В общем по всей сумме накопленных фактов достаточно обоснованной может считаться лишь концепция органического, биогенного происхождения нефти, выдвинутая немецким ботаником Г. Потонье в начале XX века. В нашей стране она была разработана Г.П. Михайловским, И.М. Губкиным, но наиболее полно и на современном уровне Н.Б. Вассоевичем, который назвал ее осадочно-миграционной теорией нефтеобразования. Согласно этой теории, источником нефти является захороненное в осадках органическое вещество – продукт разложения организмов, – отлагающееся вместе с минеральными частицами осадков.

В свою очередь, источником этого органического вещества являются две группы организмов: наземная растительность, остатки которой сносились реками в морские или озерные бассейны, бактерии и морской зоо- и фитопланктон, причем именно последнему принадлежит главная роль в нефтеобразовании.

Различия в составе органического вещества, отложенного из двух этих источников – гумуса и сапропеля, прослеживаются в составе нефтей, возникших за их счет. Накопление значительных масс органического вещества в осадках было возможно в условиях отсутствия или ограниченного доступа свободного кислорода, что могло происходить лишь в водной среде.

Органическое вещество находится в осадках в рассеянном состоянии. Одни типы осадков им обогащены в большей степени, другие – в меньшей или даже практически его лишены, но среднее содержание очень редко превосходит 1% от массы осадка. И лишь относительно небольшая часть этого вещества (10-30%) затем преобразуется в нефть, остальная сохраняется в осадке и переходит в образующуюся из него осадочную породу. Более всего обогащены органическим веществом темные глинистые толщи типа олигоцен-миоценовой майкопской серии Кавказа, девонского, так называемого доманика Волго-Уральского и Тимано-Печорского бассейнов. Именно их долго рассматривали как классические нефтепроизводящие или нефтематеринские толщи. Однако в дальнейшем выяснилось, что свойством продуцировать нефть обладали и другие типы осадочных формаций, в частности карбонатные.

Преобразование исходного органического вещества в нефть – процесс длительный, сложный и еще до конца непонятый. Известно, что углеводороды нефтяного ряда образуются уже в телах живых организмов и их обнаруживают в современных осадках. Однако, как показал Н.Б. Вассоевич, процесс идет очень медленно, пока осадки не погрузятся на глубину более 2 км, будучи перекрыты более молодыми слоями, и не нагреются до 80-100°C. Лишь тогда наступит главная фаза нефтеобразования. На большей же глубине, порядка 6 км, и при более высокой, более 120°C температуре вместо нефти начнет образовываться газ (рис. 3).

По более современным представлениям (Ш.Ф. Мехтиев, Б.А. Соколов) нефтеобразованию существенно способствуют (кроме погружения и роста температуры с глубиной) поступающие из мантии флюиды. Это особенно заметно в молодых рифтогенных бассейнах типа Суэцкого залива Красного моря, но должно было играть большую роль на ранней стадии развития и более древних бассейнов вроде Западно-Сибирского. В этом смысле можно признать, что в представлениях "неоргаников" было хотя и небольшое, но зерно истины – глубинный эндогенный фактор принимает определенное участие в процессе нефте- и газогенерации. А так как действие этого фактора во времени проявляется неравномерно, отдельными импульсами, то и генерация углеводородов может протекать не в одну фазу, а в несколько таких фаз, как недавно отметил украинский ученый А.Е. Лукин.

Но по существу процесс нефтеобразования завершается лишь тогда, когда капли нефти начнут собираться в более крупные скопления. А это происходит только при отжимании нефти вместе со связанной водой из материнской породы под весом вышележащих слоев, напором газа и при ее переходе в пористые породы-коллекторы, в частности пески и песчаники.

Коллекторы могут находиться в тонком переслаивании с материнскими глинами, а иногда сами глины, если они достаточно трещиноваты, могут служить коллекторами новообразованной нефти. Примерами являются залегающая в кровле юры баженовская свита Западной Сибири или миоценовая свита монтерей Калифорнии. Однако гораздо чаще коллекторы залегают выше по разрезу осадочного бассейна, чем нефтематеринская толща, или замещают ее по простиранию, например пермские кавернозные рифовые карбонаты Предуральского прогиба. Здесь речь идет уже о миграции нефти из нефтематеринской толщи в толщу, содержащую коллекторы – вертикальной или латеральной.
Необходимо иметь в виду, что вместе с нефтью и даже раньше нее из материнской породы отжимается и вода, притом в неизмеримо больших количествах. А породы-коллекторы обязательно являются водоносными. Вода может иметь в них различное происхождение – она может захороняться вместе с осадками (погребенные воды) или проникать с поверхности на выходе пластов на эту поверхность (инфильтрационные воды). Все нефтегазоносные осадочные бассейны, как подчеркнул И.О. Брод, являются одновременно артезианскими, и нефть и газ перемещаются, мигрируют не сами по себе, а вместе с водой, нефть по существу первоначально в виде нефтеводной смеси (капли нефти в воде). Но вскоре происходит отделение нефти и газа от воды, вследствие более низкого удельного веса нефть всплывает над водой и скапливается в залежи, стремясь занять в пласте-коллекторе наиболее высокое гипсометрическое положение. Это тем более относится к газу и газоконденсату, но о происхождении газа следует сказать особо.

Диапазон глубин газообразования гораздо шире, чем у нефти, а его источником могут являться не только вещества органического происхождения, захороненные в субаквальных осадках, но и вещества, получающиеся в результате углефикации наземной растительности. Залежи газа, продуцированного угленосной толщей среднего карбона, известны в верхнем карбоне и нижней перми в южной части Северного моря и других районах. Выделения метана наблюдаются практически во всех угленосных толщах, и его взрывы в шахтах нередко имеют катастрофические последствия. Образование метана начинается уже в болотах, а промышленные залежи газа выявлены в очень молодых, плиоцен-четвертичных осадках. Газообразование продолжается и на больших глубинах, но, как отмечалось выше, его главная фаза приходится на область более высоких температур, чем главная фаза нефтеобразования (см. рис. 2). В последнее время в Скалистых горах США обнаружены скопления газа в слабопроницаемых отложениях верхов мела, их называют нетрадиционными, к ним относятся и упомянутые выше глинистые толщи. Следует упомянуть наконец о широком распространении в осадочных толщах морей и океанов и придонном слое осадков залежей газогидрата – сжиженного и замерзшего растворенного в воде газа.

Необходимым условием сохранности сформированной залежи нефти или газа является наличие над пластами-коллекторами непроницаемых или слабопроницаемых пород – флюидоупоров, в просторечии обычно называемых покрышками. Наилучшими флюидоупорами служат соленосные образования. Развитию таких образований нижнепермского, кунгурского возраста обязаны своей сохранностью гигантские залежи газа, конденсата и нефти в массивных карбонатах – карбонатных платформах на периферии Прикаспийской впадины (Астраханское, Оренбургское, Тенгизское месторождения). Но гораздо чаще роль покрышек выполняют глинистые пачки и свиты. Таким образом, нефтегазоносные комплексы состоят из нефтематеринских толщ, коллекторов и покрышек.

ЗАЛЕЖИ НЕФТИ И ГАЗА И ИХ ТИПЫ

Всплывая над водой в коллекторе, нефть и газ движутся в наклонных (достаточно очень слабого наклона, наблюдаемого на равнинно-платформенных территориях) пластах вверх по их восстанию до того места, где они встретят какое-либо препятствие этому перемещению. Таким препятствием может быть обратный перегиб пластов в своде складки, и тогда именно здесь локализуется залежь нефти, а над ней нередко "газовая шапка", или самостоятельная залежь газа, часто с оторочкой газоконденсата. Такие сводовые (или антиклинальные) залежи относятся к числу самых распространенных (рис. 3). В начале развития нефтегазовой геологии антиклинальная теория залегания нефти вообще считалась общепринятой. Залежи подобного типа были широко известны на Кавказе – в Азербайджане, Грозненском районе, Дагестане, Западной Туркмении, а затем были открыты в Волго-Уральской области, Западной Сибири в очень пологих платформенных поднятиях, а также на Сахалине.

Однако вскоре было обнаружено, что сводовые антиклинальные ловушки – это не единственный тип ловушек для залежей нефти и газа. Препятствием для дальнейшей латеральной миграции углеводородов могут служить плоскости тектонических разрывов, по которым пласты-коллекторы упираются в малопроницаемые породы. В результате перед ними образуются тектонически экранированные залежи, также достаточно распространенный их вид. Но часть флюидов может при этом уходить вверх по поверхностям разрывов (вертикальная миграция) и образовывать залежи уже в вышезалегающих коллекторах. Кроме того, именно по разрывам нефть и газ могут выходить на поверхность. Первоначально нефть добывали колодцами на таких выходах, что дало повод еще до появления антиклинальной теории связывать залежи нефти с тектоническими разрывами. Эти же естественные нефтепроявления долго служили единственным поисковым признаком.

Как сводовые, так и тектонически экранированные залежи относятся к разряду структурных. Но уже в 30-е годы XX века стали известны ловушки для залежей двух принципиально иных типов: стратиграфические и литологические (рис. 4). Первые из них связаны с выклиниванием пластов-коллекторов или их срезанием поверхностями несогласий, перекрытыми слабопроницаемыми породами. Вторые – с замещением коллекторов на том же стратиграфическом уровне слабопроницаемыми породами. Особый тип ловушек составляют гидравлически экранированные ловушки, когда залежь удерживается, нередко в сильно наклонном положении, встречным напором пластовых вод.

Залежи даже разного типа могут оказаться сосредоточенными на одном и том же участке в пределах одного и того же структурного элемента, чаще всего антиклинали, находясь на разной глубине. Это и есть нефтяные, нефтегазовые и газовые месторождения, которые являются многопластовыми. Пласты коллекторов, вмещающие залежи, здесь разделены горизонтами пород-флюидоупоров, например песчаники или известняки пачками глин или мергелей. В других случаях встречаются массивные залежи, отличающиеся большой высотой. Такие залежи чаще всего приурочены к крупным рифовым массивам или погребенным выступам трещиноватых и / или выветрелых магматических (граниты) или метаморфических пород. Выше уже был приведен показательный пример крупного месторождения "Белый тигр" во Вьетнаме.
Нужно отметить некую общую тенденцию, наблюдаемую при анализе развития нефтегазовой геологии. Это непрерывное расширение диапазона разновидностей нефтематеринских отложений, пород-коллекторов углеводородов, типов ловушек для скопления нефти и газа.

Совершенно очевидно, что эта тенденция способствует увеличению разведанных запасов углеводородного сырья и расширению перспектив поисков новых его месторождений. Именно благодаря этому мрачные прогнозы относительно близкого истощения запасов нефти всякий раз оказываются несостоятельными. И наконец, следует иметь в виду, что при современных методах добычи нефти из недр извлекается меньше половины ее запасов. Совершенствование этих методов позволит добыть часть нефти, оставшейся в недрах старых месторождений.

ГЕОГРАФИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА

Распределение месторождений нефти и газа на поверхности Земли очень неравномерно (рис. 5). Заведомо лишены промышленных залежей абиссальные равнины океанов и срединно-океанические хребты, кристаллические щиты древних платформ с выходами на поверхность глубокометаморфизованных пород докембрия, осевые зоны складчато-покровных горных сооружений, сложенные интенсивно дислоцированными и в той или иной степени метаморфизованными толщами пород. Но уже в последнем случае следует сделать оговорку: по периферии таких сооружений под тектоническими покровами кристаллических пород нередко обнаруживают неметаморфизованные и нефтегазосодержащие толщи, ярким примером могут служить Скалистые горы Канады и США.

Уже достаточно давно нефть и газ добывают не только на суше, но и в море, начало чему было положено на Каспии и в Мексиканском заливе. При этом в поисках залежей нефти бурение уходит на все большие глубины моря; чемпионом в этом отношении является Бразилия, где добычу ведут уже на глубине более 1700 м. Открытие месторождений нефти и газа в Северном море превратило Великобританию и Норвегию из потребителей нефти и газа в ее экспортеров.

Богатейшим нефтегазоносным регионом в масштабе всей планеты является регион Персидского залива. Благодаря открытию огромных залежей нефти страны аравийского побережья залива, прежде безжизненно-пустынные и населенные редкими кочевыми племенами, теперь покрыты зелеными оазисами с белокаменными городами и за короткий срок достигли значительного процветания. Двумя другими крупнейшими нефтегазоносными бассейнами являются Западно-Сибирский бассейн, благодаря запасам газа которого Россия занимает первое место в мире, и бассейн Мексиканского залива (США, Мексика). Остальные бассейны показаны на рис. 5.

Основные ресурсы нефти и газа сосредоточены в относительно молодых, мезозойских и кайнозойских отложениях, образовавшихся за последние 200 млн лет истории Земли. Однако добыча нефти и газа ведется и из палеозоя, а в Восточной Сибири залежи нефти в еще более древних отложениях верхнего протерозоя, что неудивительно, так как они богаты органикой, в основном водорослевого происхождения. Поэтому можно ожидать, что добыча нефти и газа будет "прирастать" и протерозоем.

Рецензенты статьи В.А. Королев, М.Г. Ломизе

Виктор Ефимович Хаин, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры динамической геологии МГУ, действительный член РАН. Лауреат государственных премий СССР и РФ. Область научных интересов – строение и развитие земной коры континентов и океанов. Автор более 30 монографий и учебников и более 700 научных статей.

Распространенный прогноз о скором (через 30–50 лет) истощении запасов нефти специалисты воспринимают по-разному. Большинство - с уважением («так и есть»), другие скептически («запасы нефти безграничны!»), а третьи с сожалением («могло бы хватить и на столетия…»). «Популярная механика» решила разобраться в этом вопросе.

Грубо говоря, на сколько лет хватит запасов нефти, не знает никто. Что удивительнее, до сих пор никто не может точно сказать, каким путем образуется нефть, хотя спор об этом ведется еще с XIX века. Ученые в зависимости от своих убеждений разделились на два лагеря.

Образование нефти согласно биогенной теории

Сейчас в мире среди специалистов преобладает биогенная теория. Она гласит, что нефть и природный газ образовались из остатков растительных и животных организмов в ходе многоступенчатого, длящегося миллионы лет процесса. Согласно этой теории, одним из основоположников которой был Михайло Ломоносов, запасы нефти невосполняемы и все ее месторождения когда-нибудь иссякнут. Невосполняемы, разумеется, с учетом быстротечности человеческих цивилизаций: первый алфавит и ядерную энергию разделяет не более четырех тысяч лет, тогда как для образования новой нефти из нынешних органических остатков потребуются миллионы. А значит, нашим не слишком далеким потомкам придется обходиться сперва без нефти, а затем и без газа…

Сторонники абиогенной теории смотрят в будущее с оптимизмом. Они полагают, что запасов нефти и газа нам хватит еще на долгие столетия. Дмитрий Иванович Менделеев, находясь в Баку, однажды узнал от геолога Германа Абиха, что месторождения нефти территориально очень часто приурочены к сбросам – особого типа трещинам земной коры. Тогда же знаменитый русский химик уверился в том, что углеводороды (нефть и газ) образуются из неорганических соединений глубоко под землей. Менделеев считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам, рассекающим земную кору, поверхностная вода просачивается в глубь Земли к металлическим массам и вступает в реакцию с карбидами железа, образуя оксиды металла и углеводороды. Затем углеводороды по трещинам поднимаются в верхние слои земной коры и формируют месторождения нефти и газа. Согласно абиогенной теории, образования новой нефти вовсе не придется ждать миллионы лет, она вполне восполняемый ресурс. Сторонники абиогенной теории уверены, что на больших глубинах ждут открытия новые месторождения, а разведанные на данный момент нефтяные запасы вполне могут оказаться ничтожными по сравнению с еще неизвестными.

Объемы добычи нефти на месторождении «Белый тигр» на морском шельфе Вьетнама превзошли самые оптимистичные прогнозы геологов и внушили многим нефтяникам недежду, что на больших глубинах хранятся громадные запасы «черного золота»

В поисках доказательств

Геологи, однако, скорее пессимисты, чем оптимисты. По крайней мере, поводов доверять биогенной теории у них больше. Еще в 1888 году немецкие ученые Гефер и Энглер поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из продуктов животного происхождения. При перегонке рыбьего жира при температуре 4000С и давлении около 1 МПа они выделили из него предельные углеводороды, парафин и смазочные масла. Позже, в 1919 году, академик Зелинский из органического ила со дна озера Балхаш, преимущественно растительного происхождения, получил при перегонке сырую смолу, кокс и газы – метан, CO, водород и сероводород. Затем из смолы он извлек бензин, керосин и тяжелые масла, опытным путем доказав, что нефть может быть получена и из органики растительного происхождения.

Сторонникам неорганического происхождения нефти пришлось скорректировать свои взгляды: теперь они не отрицали происхождения углеводородов из органики, но считали, что их можно получить и альтернативным, неорганическим способом. Вскоре и у них появились свои доказательства. Спектроскопические исследования показали, что в атмосфере Юпитера и других планет-гигантов, а также их спутников и в газовых оболочках комет присутствуют простейшие углеводороды. Значит, если в природе идут процессы синтеза органических веществ из неорганики, ничто не мешает образованию углеводородов из карбидов на Земле. Вскоре были обнаружены и другие факты, не согласовывавшиеся с классической биогенной теорией. На ряде нефтяных скважин запасы нефти неожиданным образом стали восстанавливаться.

1494-1555: Георгиус Агрикола, врач и металлург. До XVIII века существовало множество курьезных версий происхождения нефти (из «земного жира под воздействием вод Всемирного потопа», из янтаря, из мочи китов и др.). В 1546 году Георгий Агрикола писал, что нефть имеет неорганическое происхождение, а каменные угли образуются путем ее сгущения и затвердевания

Нефтяное волшебство

Один из первых таких парадоксов был обнаружен в месторождении нефти в Терско-Сунженском районе, неподалеку от Грозного. Первые скважины здесь пробурили еще в 1893 году, в местах естественных нефтепроявлений.

В 1895 году одна из скважин с глубины 140 м дала грандиозный фонтан нефти. Через 12 дней фонтанирования рухнули стенки нефтяного амбара и поток нефти затопил вышки рядом расположенных скважин. Лишь спустя три года фонтан удалось укротить, затем он иссяк и от фонтанного способа добычи нефти перешли к насосному.

К началу Великой Отечественной войны все скважины сильно обводнились, и некоторые из них законсервировали. После наступления мира добычу восстановили, и, к всеобщему удивлению, почти все высокообводненные скважины начали давать безводную нефть! Непонятным образом скважины получили «второе дыхание». Спустя еще полвека ситуация повторилась. К началу чеченских войн скважины снова были сильно обводнены, существенно снизились их дебиты, и во время войн они не эксплуатировались. Когда же добыча была возобновлена, дебиты значительно возросли. Причем первые мелкие скважины стали через затрубное пространство снова высачивать нефть на земную поверхность. Сторонники биогенной теории находились в недоумении, тогда как «неорганики» легко объясняли этот парадокс тем, что в данном месте нефть имеет неорганическое происхождение.

Нечто похожее произошло и на одном из крупнейших в мире Ромашкинском нефтяном месторождении, которое разрабатывается уже более 60 лет. По оценкам татарских геологов, из скважин месторождения можно было извлечь 710 млн. т нефти. Однако на сегодняшний день здесь уже добыли почти 3 млрд. т нефти! Классические законы геологии нефти и газа не могут объяснить наблюдаемые факты. Некоторые скважины как будто пульсировали: падение дебитов вдруг сменялось их долговременным ростом. Пульсирующий ритм был отмечен и у многих других скважин на территории бывшего СССР.

Нельзя не упомянуть и о месторождении «Белый тигр» на морском шельфе Вьетнама. С самого начала нефтедобычи «черное золото» извлекали исключительно из осадочных толщ, здесь же осадочную толщу (около 3 км) пробурили насквозь, вошли в фундамент земной коры, и скважина зафонтанировала. Причем, согласно подсчету геологов, из скважины можно было извлечь около 120 млн. тонн, но и после того, как этот объем был добыт, нефть продолжала поступать из недр с хорошим напором. Месторождение поставило перед геологами новый вопрос: накапливается ли нефть только в осадочных породах или ее вместилищем могут быть породы фундамента? Если в фундаменте тоже есть нефть, то мировые запасы нефти и газа могут оказаться куда больше, чем мы предполагаем.

1711-1765: Михайло Васильевич Ломоносов, ученый-энциклопедист – химик, физик, астроном и др. Одним из первых высказал научно обоснованную концепцию о происхождении нефти из растительных остатков, подвергшихся обугливанию и давлению в земных слоях («О слоях земных», 1763): «Выгоняется подземным жаром из приготовляющихся каменных углей бурая и черная масляная материя…»

Быстро и неорганически

Чем же вызвано «второе дыхание» многих скважин, необъяснимое с точки зрения классической геологии нефти и газа? «В Терско-Сунженском месторождении и некоторых других нефть может образовываться из органического вещества, но не за миллионы лет, как предусматривает классическая геология, а за считанные годы, – считает заведующий кафедрой геологии РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина Виктор Петрович Гаврилов. – Процесс ее образования можно сравнить с искусственной перегонкой органики, аналогичной опытам Гефера и Зелинского, но проводимой самой природой. Такая скорость образования нефти стала возможной благодаря геологическим особенностям местности, где вместе с нижней частью литосферы часть осадков затягивается в верхнюю мантию Земли. Там в условиях высоких температур и давлений происходят стремительные процессы деструкции органики и синтеза новых углеводородных молекул».

На Ромашкинском же месторождении, по мнению профессора Гаврилова, действует другой механизм. Здесь в толще кристаллических пород земной коры, в фундаменте, лежит мощный пласт высокоглиноземных гнейсов возрастом более 3 млрд. лет. В составе этих древних пород содержится много (до 15%) графита, из которого в условиях высоких температур в присутствии водорода и образуются углеводороды. По разломам и трещинам они поднимаются в пористый осадочный слой коры.

1834-1907: Дмитрий Иванович Менделеев, химик, физик, геолог, метеоролог и др. Вначале разделял представление об органическом происхождении нефти (в результате реакций, идущих на больших глубинах, при высоких температурах и давлениях, между углеродистым железом и водой, просачивающейся с поверхности земли). Позднее придерживался «неорганической» версии

Существует еще один механизм быстрого пополнения запасов углеводородов, обнаруженный в Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции, где концентрируется половина всех углеводородных запасов России. Здесь, по мнению ученого, в погребенной рифтовой долине древнего океана происходили и происходят процессы образования метана из неорганики, как в «черных курильщиках» (см. врезку). Но местная рифтовая долина перекрыта осадками, что мешает рассеиванию метана и заставляет его концентрироваться в породных резервуарах. Этот газ подпитывал и продолжает подпитывать углеводородами всю Западно-Сибирскую равнину. Здесь же из органических соединений ускоренно образуется нефть. Так что же, углеводороды тут будут всегда?

«Если выстроить наш подход к разработке месторождений на новых принципах, – отвечает профессор, – согласовать скорость отбора со скоростью поступления углеводородов из очагов генерации в данных районах, скважины будут действовать сотни лет».

1861-1953: Николай Дмитриевич Зелинский, химик-органик. Внес существенный вклад в решение проблемы происхождения нефти. Показал, что некоторые соединения углерода, входящие в состав животных и растений, при невысокой температуре и соответствующих условиях могут образовывать продукты, сходные с нефтью по химическому составу и физическим свойствам

Но это слишком оптимистичный вариант развития событий. Реалии более жестоки: чтобы запасы успевали пополняться, человечеству придется отказаться от «насильственных» технологий добычи. Кроме того, потребуется вводить специальные реабилитационные периоды, на время отказываясь от эксплуатации месторождений. Сможем ли мы пойти на это в условиях растущего населения планеты и растущих потребностей? Вряд ли. Ведь, если не считать атомной энергетики, у нефти пока нет достойной альтернативы.

Дмитрий Иванович Менделеев в позапрошлом веке критично заявил, что сжигать нефть – это все равно что топить печь ассигнациями. Если бы великий химик жил сегодня, то, наверное, назвал бы нас самым безумным поколением в истории цивилизации. И возможно, был бы не прав – наши дети пока еще могут переплюнуть нас. А вот внукам такой шанс, скорее всего, уже не представится…

1871-1939: Иван Михайлович Губкин, геолог-нефтяник. Основоположник советской нефтяной геологии, сторонник биогенной теории. Обобщил результаты исследований природы нефти и пришел к заключению: процесс ее образования непрерывен; наиболее благоприятны для образования нефти неустойчивые в прошлом участки земной коры на границах областей опускания и поднятия

No related links found