Теории образования Земли, глубинное строение ее внутренних оболочек и другие вопросы мироздания > О волновой природе напряжений и деформаций и механизме концентрации пи в земной коре
О волновой природе напряжений и деформаций и механизме концентрации пи
Устьянцев Валерий Николаевич:
Истоки современных представлений о происхождении нефти возникли в XVIII – начале XIX века. М. В. Ломоносов заложил гипотезы органического происхождения нефти, объясняя ее образование воздействием «подземного огня» на «окаменелые уголья», в результате чего, по его мнению, образовывались асфальты, нефти и «каменные масла». Идея о минеральном происхождении нефти впервые была высказана
А. Гумбольдтом в 1805 году.
Развитие химии, эксперименты по неорганическому синтезу углеводородов, проведенные М. Бертло (1866 год), Г. Биассоном (1871), послужили отправной точкой для развития гипотезы минерального происхождения.
Д. И. Менделеев, придерживавшийся до 1867 года представлений об органическом происхождении нефти, в 1877 году сформулировал известную гипотезу ее минерального происхождения, согласно которой нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов. За прошедшее столетие накопилось огромное количество химических, геохимических и геологических данных, проливающих свет на проблему происхождения нефти. В настоящее время преобладающая часть ученых — химиков, геохимиков и геологов — считает наиболее обоснованными представления об органическом генезисе нефти, хотя имеются ученные, которые до сих пор отдают предпочтение минеральной гипотезе ее образования.
Все гипотезы минерального происхождения нефти объединяет идея синтеза углеводородов, кислородо-, серо- и азотосодержащих компонентов нефти из простых исходных веществ — C, H2, CO, CO2, CH4, H2O и радикалов при высоких температурах и взаимодействии продуктов синтеза с минеральной частью глубинных пород.
Д. И. Менделеев считал, что основой процесса образования углеводородов является взаимодействие карбидов глубинных металлов с водой, которая проникает по трещинам с поверхности на большую глубину. Схема процесса представлялась следующим образом:
2FeC + 3H2O = Fe2O3 + C2H6
или в общем виде:
MCm + mH2O → MOm + (CH2)m
Образовавшиеся в газообразном состоянии углеводороды, по мнению
Д. И. Менделеева, поднимались затем в верхнюю холодную часть земной коры, где они конденсировались и накапливались в пористых осадочных породах. Карбиды металлов в то время в глубинных породах еще не были известны. В настоящее время предположение Д. И. Менделеева подтвердилось, в глубинных породах найдены карбиды ряда элементов (Fe3C, TiC, Cr2C3, WC, SiC). Но крупных скоплений они не образуют; это мельчайшие (доли миллиметра) редко встречающиеся и рассеянные в породах минеральные выделения. Поэтому процесс образования углеводородов в огромных количествах, которые известны в природе, с этих позиций объяснить очень трудно. Не вызывает сомнений сейчас также, что вода с поверхности по трещинам на большие глубины поступать не может. Но это и не существенно, флюидная фаза глубинных пород в определенных условиях содержит воду, поэтому в принципе ее взаимодействие с карбидами возможно. Вполне вероятно и образование простейших углеродах, однако вряд ли это возможно в больших количествах.
В 1892 году М. А. Соколовым была выдвинута гипотеза космического происхождения нефти. Суть ее сводится к тому же минеральному синтезу углеводородов из простых веществ, но на первоначальной, космической стадии формирования Земли. Предполагалось, что образовавшиеся углеводороды находились в газовой оболочке, а по мере остывания поглощались породами формировавшейся земной коры. Высвобождаясь затем из остывавших магматических пород, углеводороды поднимались в верхнюю часть земной коры, где образовывали скопления. В основе этой гипотезы были данные о наличии углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах.
В первой половине XX века интерес к гипотезе минерального происхождения нефти в основном был потерян. Поиски нефти велись во всем мире, исходя из представлений о ее органическом происхождении.
С 1950 года снова начал возрастать интерес к минеральной гипотезе, причиной чего была, по-видимому, недостаточная ясность в ряде вопросов органической концепции, что и вызвало ее критику. Наибольшую известность получили представления Н. А. Кудрявцева. Они заметно изменялись во времени, но сущность их заключаются в том, что нефть и газ образуются в глубинных зонах Земли из смеси H2COCO2 и CH4 в результате реакций прямого синтеза углеводорода из CO и Н2:
CO + 3H2 = CH4 + H2,
а также полимеризация радикалов =CH, ‑CH2, CH3. Предполагалось, что образование углеводородов происходит из реакционной смеси в раздробленных глубинными разломами участках литосферы. Прорыв находящихся под высоким давлением углеводородов вверх, в осадочную толщу, приводит к образованию залежей нефти и газа.
В поисках доказательств абиогенного синтеза нефти некоторые исследователи обращались к промышленным процессам получения синтетических топлив (типа синтеза Фишера - Тропша). Однако по мере углубления знаний о строении нефти отчетливо выявились глубокие различия в составе природных и синтетических углеводородных смесей. Последние практически не содержат широко представленных в нефти сложно построенных углеводородных молекул, насыщенных структурных аналогов компонентов живого вещества — жирных кислот, терпинов, стиролов и т. д.
Ряд аргументов сторонников минерального происхождения нефти основан на термодинамических расчетах. Е. Б. Чикалюк попытался определить температуру нефтеобразования по соотношению между некоторыми изомерными углеводородами, допуская, что высокотемпературный синтез приводит к образованию термодинамически равновесных смесей. Рассчитанная таким образом температура нефтеобразования составила 450-900ºC, что соответствует температуре глубинной зоне 100-160 км в пределах верхней мантии Земли.
Однако для той же нефти расчет по другим изомерным парам дает другие значения температуры, совершенно нереальные в условиях земной коры и мантии. В настоящее время доказано, что изомерные углеводороды нефти являются неравновесными системами. С другой стороны, расчеты термодинамических свойств углеводородов в области очень высоких давлений весьма условны из-за необходимости прибегать к сверхдальним экстраполяциям.
В принципе в глубинных условиях Земли при наличии С и Н2 синтез СН4, его гомологов, а, может быть, и некоторых более высокомолекулярных соединений вполне возможно и происходит. Но пока нет достаточных ни теоретических, ни экспериментальных данных, которые могли бы однозначно доказать возможности минерального синтеза такой сложной и закономерной по составу системы углеводородов, азото-, серо- и кислородосодержащих соединений какой является природная нефть, которая обладает оптической активностью и весьма сходна по многим признакам на молекулярном и изотопном уровнях с живым веществом организмов и биоорганическим веществом осадочных пород.
Геологические доказательства минеральной гипотезы — наличие следов метана и некоторых нефтяных углеводородов в глубинных кристаллических породах, в газах и магмах, извергающихся из вулканов, проявления нефти и газа по некоторым глубинным разломам и т. п. — являются косвенными и всегда допускают двойную трактовку.
Внедряющиеся в земную кору глубинные породы расплавляют и ассимилируют осадочные породы с имеющимся в них биогенным органическим веществом, жерла вулканов также проходят через осадочные толщи, причем иногда регионально нефте-газоносные, поэтому находимые в них СН4 и некоторые другие нефтяные углеводороды могли образоваться не только в результате минерального синтеза, но и при термической деструкции захваченного биогенного органического вещества осадочных пород или при поступлении нефти в осадочные породы уже после остывания магматических пород. Но главное доказательство состоит в большом сходстве химических и геохимических показателей многих углеводородных и неуглеводородных соединений нефти с аналогичными компонентами живого вещества организмов и биогенного органического вещества современных осадков и древних осадочных пород.
Гениальная догадка М. В. Ломоносова об образовании нефти в результате воздействия повышенной температуры на биогенное органическое вещество осадочных пород начала получать подтверждение в конце XIX— начале XX веков при проведении экспериментальных химических и геологических исследований.
Энглер (1888 г.) при перегонке сельдевого жира получил коричневого цвета масла, горючие газы и воду. В легкой фракции масел содержались углеводороды от С5 до С9, во фракции больше 300ºС парафины, нафтены, олефины и ароматические углеводороды. Возникла гипотеза образования нефти из жиров животного происхождения.
В 1919 году Н. Д. Зелинский подвергнул перегонке озерный сапропелевый ил, почти нацело состоявший из растительного материала — остатков планктонных водорослей с высоким содержанием липидов…
…При этом были получены кокс, смолы, газ и пирогенетическая вода. Газ состоял из СН4, СО2, Н2 и Н2S. Смола содержала бензин, керосин и тяжелые смолистые вещества. В бензине были обнаружены алканы, нафтены и арены; в керосине преобладали циклические полиметиленовые углеводороды. Полученная смесь углеводородов во многом была сходна с природной нефтью, тяжелые фракции обладали оптической активностью.
Оптическая активность — одно из фундаментальных свойств, общих для живого вещества, продуктов его преобразования и природных нефти. При минеральном синтезе углеводородов возникают рацемические смеси, не обладающие оптической активностью, поскольку они не содержат равное количество лево- и правовращающихся молекул, что выгодно с позиций термодинамики (такая смесь характеризуется максимумом энтропии).
Для живой природы, напротив, характерна зеркальная асимметрия: все биогенные аминокислоты — левые, сахара — правые зеркальные изомеры. Оптическая асимметрия органических молекул — достаточное основание для утверждения о наличии живого вещества или продуктов его посмертного преобразования. С этих позиций оптически активная нефть может быть только продуктом биосферы, а не минерального синтеза. Оптическая активность нефти связана главным образом с углеводородами типа тритерпанов и стеранов.
Получение оптически активных нефтеподобных продуктов при перегонке органического вещества планктонных водорослей послужило основой для гипотезы происхождения нефти из растительного материала. Этому способствовали и геологические исследования. При поисках и разведке нефтяных месторождений геологи уже в XIX веке стали отмечать частую приуроченность нефтяных залежей к древним морским отложениям, обогащенным сапропелевым органическим веществом, которые были названы нефте-материнскими.
Начиная с работ А. Д. Архангельского (1927 г.) и П. Д. Траска (1926 — 1932 гг.) развернулись исследования органического вещества современных осадков и древних осадочных пород. Значительное влияние на направление исследований оказал И. М. Губкин …
…Он подчеркивал, что широкое региональное распространение месторождений нефти в осадочных толщах заставляет отбросить любые возможные экзотические источники для образования нефти и считать, что источником нефти может быть только широко распространенное в осадочных породах рассеянное органическое вещество смешанного растительно-животного происхождения.
Детальные исследования выявили все большие черты сходства между углеводородами рассеянного органического вещества осадочных пород, названных Н. Б. Вассоевичем микронефтью, и нефти из ее месторождений…
…Особое значение имело открытие в нефти, унаследованных от животного вещества биомолекул («химических ископаемых», по аналогии с палеонтологическими).
Важными «биогенными метками» являются свойственные живому веществу многие изопреноидные углеводороды, возникновение которых связывают с фитолом — периферическим структурным элементом молекулы хлорофилла. Благодаря большому сходству в молекулярной структуре между стероидами и стеранами, тритерпеноидами и тритерпанами живого вещества и нефти, их присутствие является надежным показателем органического генезиса нефти.
По стереохимическим особенностям нефтяные стераны и тритерпаны все-таки несколько отличаются от исходных биологических соединений, что связано с изменениями при термическом превращении пространственного строения одного или нескольких хиральных центров биомолекул. Пентоциклические тритерпены встречаются в основном в наземных растениях. В органическом веществе морских осадочных пород и в нефти распространены тетрациклические углеводороды - стераны, свойственные сине-зеленым планктонным водорослям, которые явились одним их основных биопродуцентов при накоплении сапропелевого органического вещества в морских осадков в течение всего геологического времени.
К унаследованным биогенным структурам относятся и нормальные алканы. Содержание их в нефти достигает 10-15, а иногда и 30%. свидетельством образования н-алканов из биогенных жирных кислот являются случаи преобладания в малопреобразованных нефти н-алканов с нечетным числом атомов углеводородов над «четными». Для живого вещества и образованного из него органического вещества осадков всегда характерно преобладание жирных кислот с четным числом атомов углерода.
Постепенное сглаживание этих первичных генетических признаков до примерно одинаковой концентрации «четных» и «нечетных» н-алканов и в органическом веществе нефти материнских пород и нефтезалежей происходит по мере нарастания глубины и температуры в недрах вследствие вторичных реакций.
Таким образом, по многим признакам на молекулярном уровне и наличию «биомаркеров» прослеживается связь между живым веществом организмов, органическим веществом осадочных нефте-материнских пород и нефти в залежах. Суммарное количество унаследованных от живого вещества биогенных молекулярных структур иногда достигает в нефти 30% от их массы.
Детальное изучение состава и распределения «биомаркеров» в органическом веществе осадочных пород и в нефти позволяет не только утверждать органическое происхождение нефти, но даже определять для конкретных залежей, из каких именно отложений в них поступали нефтяные углеводороды при формировании месторождений.
Известно, что нефть распределена в осадочных толщах неравномерно, и это также понятно с позиций органической концепции ее образования. Исходная для нефти органическое вещество накапливалось в осадках в течение геологического времени неравномерно. Максимумам его накопления в девонских, юрско-меловых и третичных отложениях соответствуют максимальные массы образовавшихся рассеянных нефтяных углеводородов в нефте-материнских отложениях этого возраста и максимумы запасов нефти в открытых месторождениях.
Таким образом, все химические, геохимические и геологические данные с несомненностью свидетельствуют об органическом происхождении нефти.
Известно, что при нагревании сапропелевых сланцев до 150-170º С начинается слабое термическое разложение термического вещества, приводящее к повышению выхода экстрактивных веществ; при 200º С их образуется заметно больше, а при 370-400º С после нагревания в течение 1 часа уже до 60-80% органического вещества сланцы переходят в растворимое состояние. Образуется много асфальтово-смолистых веществ, содержащих все основные классы нефтяных углеводородов, а также газы (СO2, CH4, H2S) и пирогенетическая вода.
В принципе тот же самый процесс термического (или термокаталитического) разложения происходит и в природных условиях при погружении содержащих сапропелевое органическое вещество отложений под накапливающиеся над ними более молодыми осадками. Только в природных условиях он протекает крайне медленно, со скоростью погружения осадков обычно от 50-100 до 300 м/млн. лет. Опускание на глубину 2-3 км, характеризующуюся большей части залежей образовавшийся нефти и температурой до 150-160ºС осуществляется за время от 10 до 60 млн. лет. Такой очень медленный природный «технологический» процесс термического превращения органического вещества с подъемом температуры на один градус Цельсия за 60-400 тыс. лет трудно себе представить, однако проведенные исследования подтверждают, что в природных условиях он действительно реализуется очень широко во многих впадинах, заполненных мощными толщами накопленных осадков. Детальные геолого-геохимические исследования позволили ученым проследить последовательные стадии этого процесса.
Балансовые расчеты термического превращения сапропелевого органического вещества и процессов эмиграции нефтяных углеводородов по полученным экспериментальным данным позволили создать теоретическую количественную модель образования нефти. Главная фаза нефтеобразования характеризуется максимальной скоростью генерации нефтяных углеводородов, обычно в глубинном диапазоне 2-3 км при температуре от 80-90 до 150-160ºС. При низком геотермическом градиенте, медленном нарастании температуры с глубиной главной фазы нефтеобразования реализуется в более глубокой зоне, примерно до 6-8 км. Общее количество образующихся битуминозных веществ и нефтяных углеводородов превышает 30%, а количество эмигрировавшей в пористые пласты коллекторы нефти достигает 20% от исходной массы сапропелевого органического вещества.
Всплывание нефти, вынесенной из глинистых нефте-материнских пород в водонасыщенные пористые пласты, приводит постепенно к образованию ее скоплений (залежей) в наиболее приподнятых участках пластов (на антиклинальных структурах). Процесс нефтеобразования и формирования ее залежей на этом заканчивается.
Устьянцев Валерий Николаевич:
ГИПОТЕЗА ОБРАЗОВАНИЯ НЕФТИ И НЕФТЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ
Александр Викторович Ван
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пла-хотного, 10, доктор геолого-минералогических наук, профессор-консультант кафедры кадастра СГГА, тел. (383)218-45-44, e-mail: van.a.v@mail.ru
Обосновывается гипотеза образования нефти дросселяцией газа метана, поступающего из глубин по разломам и пересекающего толщи пород-коллекторов, где происходит резкое падение давления газа и температуры, приводящее к появлению нефти. При наличии соответствующих структур-ловушек образуются ее залежи.
Выше, чаще всего на дне океанов и придонных отложениях, на выходах струй метана уже при более низких термодинамических показателях возникают залежи газогидратов. Нередко поверхностные залежи газогидратов имеют антиподы на глубине в виде месторождений нефти, что говорит о едином источнике углеводородов и едином канале их поступления.
Приведенные в статье факты свидетельствуют, что нефть и газогидраты являются продуктами дросселяции метана, поступающего из мантии или осадочных толщ, обогащенных органическим веществом. На глубине более 1 км процесс дросселяции метана приводит к образованию нефти, а выше, вплоть до дна морей, океанов и почвенного покрова - газогидратов.
Ключевые слова: гипотеза, нефть, газогидраты, залежи, продукты дросселяции метана, осадочные породы, породы-коллекторы.
HYPOTHESIS OF FORMATION OF OIL AND OIL POOLS
Alexander V. Van
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, ul. Plakhotnogo 10, doctor of geological-mineralogical sciences, professor and consultant to the Department of the inventory, tel. (383)218-45-44, e-mail: van.a.v@mail.ru
The hypothesis proves evolution of petroleum resulting from throttling methane, which comes from the depths by fractures and while crossing the reservoir rock strata it undergoes sharp drop in pressure and temperature, causing petroleum formation. If there are any catch structures on the way oil deposits are formed.
At the higher level, mostly in the ocean bed and bottom deposits and with lower thermodynamic characteristics gas-hydrates deposits appear in methane stream output. Surface deposits of gas-hydrates often have their antipodes in the depth, i.e. oil deposits. The fact testifies to their common source of hydrocarbons and the common production channel.
53
Экология и природопользование
The facts presented in the article prove that petroleum and gas-hydrates result from the methane throttling out of the Earth mantle or the rock strata enriched with organic substance. At the depth of more than 1km the process of methane throttling causes generation of oil and at higher level, up to the sea bed and soli cover, that of gas-hydrates.
Key words: hypothesis, oil, gas hydrates, deposits, products of a drosselyation of methane, sedimentary breeds, breeds collectors.
Суть гипотезы, вносящей коренное изменение в познание проблемы возникновения углеводородов и их месторождений, заключается в установлении механизма образования нефти и ее скоплений.
В настоящее время существует две точки зрения на природу происхождения нефти - органическая (биогенная) и неорганическая (абиогенная). В ХХ в. доминировала органическая модель образования нефти, которая считает, что нефть образовалась преимущественно из органических остатков. Неорганическая теория происхождения нефти связывает это явление с глубинными процессами в недрах Земли. После двух с половиной веков активного изучения проблемы происхождения нефти, накопления огромного объема фактической информации сторонники органической и неорганической нефти так и не пришли к единому выводу. Между тем, принятие теории органического происхождения нефти подтверждает тезис о скором истощении запасов нефти. В то же время, теория абиогенной нефти доказывает в масштабе времени существования человечества нескончаемость ее образования и возможность возобновления нефтяных месторождений.
В ХХ1 в. этот вопрос становится еще более актуальным в связи со стремительным нарастанием добычи и, следовательно, сокращением запасов нефти. Поэтому вопрос, как образуется нефть и формируются ее залежи, имеет важное научное и практическое значение при прогнозировании, поиске, оценке и разработке месторождений.
Предлагаемая новая концепция образования нефти разрешает основные спорные вопросы и потребует создания новой стратегии поиска залежей нефти и газа и нестандартного подхода к оценке запасов углеводородного сырья. При этом автор статьи придерживается мнения, что нефть по происхождению может быть и органической, и неорганической.
В последние годы доводы в пользу неорганического происхождения нефти дополняются и подкрепляются все новыми фактическими данными. Установлено, что метан широко распространен во Вселенной.
Исследования спектров небесных тел, проведенные астрофизиками, показали наличие углеводородов в атмосфере гигантских планет и в газовых оболочках комет. Отсюда делается вывод, что источником углерода глубинного абиотического синтеза углеводородов может быть протовещество планеты, сконцентрированное в составе железного ядра Земли. В настоящее время известно, что метеориты (осколки планеты) содержат углеводороды, а метан является основным компонентом больших планет и их спутников. На спутнике
54
Экология и природопользование
Сатурна Титане ученые обнаружили метановые моря. В связи с этим значительно повысилось внимание к подобным явлениям на Земле.
Особенно много информации об этом имеется в материалах Международной конференции «Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды и их парагенезы», состоявшейся в Москве в 2008 г., лейтмотивом которой стало признание огромного влияния процессов дегазации Земли на развитие биосферы и формирование месторождений нефти и газа.
Примером масштабности процессов дегазации нашей планеты являются гигантские запасы метана в газогидратах, оцениваемых в 113 • 10 м [4].
В последние годы стало известно, что большая часть дна Мирового океана покрыта залежами газогидратов, кристаллогидратов, связанными с выходами глубинных газовых струй метана. Эти многометровые слои содержат около 37 % земных запасов природного газа. Общие ресурсы газогидратов оцениваются в 2 • 1016 м3, а открытые к настоящему времени запасы газа традиционных месторождений на два порядка меньше и составляют 2 • 1014 м3 [2]. Следует особо отметить, что огромные запасы газогидратов приурочены именно ко дну Мирового океана, где земная кора имеет мощность всего 5-10 км, а осадочных отложений 450-550 м, в то время как континентальная кора составляет в среднем 35 км, максимум до 75 км c многокилометровыми толщами осадочных пород.
Огромные ресурсы газогидратов и контроль их распределения глубинными разрывными нарушениями с выходами газовых струй метана свидетельствуют об их генетической связи и показывают, как они образуются. Как видно на примерах дна Мирового океана, в местах выхода этих струй из недр происходит преобразование газообразного метана в другую субстанцию, которое является результатом резкого падения давления и понижения температуры истекающего газового потока. Газ метан переходит в форму газогидратов, кристаллогидратов, которые по сути представляют собой переходную фазу от газообразного метана в жидкую нефть. Подобные процессы обусловлены дросселяци-ей газового потока, по-другому - проявлением дроссельного эффекта Джоуля -Томпсона, которое заключается в понижении давления газа при протекании через сужение проходного канала. Процесс дросселяция газа широко применяется в промышленности, например, для их сжижения, в частности, того же метана. В последние годы появились публикации, где указано, что газогидраты на дне океанов образуются именно таким способом - дросселяцией газовых струй глубинного метана [4].
В связи с вышеизложенным появляется повышенный интерес к фактам частого совпадения местоположения проявлений гидратообразования на поверхности с глубокозалегающими месторождениями нефти. Это может свидетельствовать об единых для них канале и источнике поступления углеводородов, которыми могут быть только глубокие трещины в земной коре, открывающие мантийный очаг метана. Не удивительно, что такое совпадение предлагается использовать как маркеры при поисковых работах на нефть (http://ru. Wik-1реё1а:о^/’шк1/Газогидрат).
55
Экология и природопользование
Глубинный метан, истекающий из трещин разломов на дне океана, превращается в газогидраты, которые образуют залежи в придонных осадках до глубины примерно 700-900 м, представляющей нижнюю границу их термодинамической устойчивости. Возникает вопрос, а что происходит с этим же метаном при движении из больших глубин наверх и встрече струйного потока с породами-коллекторами, обладающими большим объемом пустот, которые могут обеспечить возможность его дросселяции. Правильный ответ, очевидно, заключается в нахождении залежей продуктов этой дросселяции. В данном случае этим продуктом может быть только нефть, потому что альтернативы ей нет.
В реальности глубинный газовый поток при движении на поверхность Земли может встретить толщи поровых пород-коллекторов с достаточным объемом поровых пустот, способствующих дросселяции метана, но в условиях с более высокими термодинамическими показателями, свойственными глубине их залегания. При наличии соответствующих ловушек формируются залежи «дросселята», представленного нефтью, которая, возможно, на раннем этапе процесса преобразования прошла фазу газогидрата, неустойчивого при существующих более высоких параметрах давления и температуры, т. е. при более глубоком залегании коллекторов.
Большинство исследователей считает, что максимальное количество залежей нефти встречается в осадочных породах в интервале глубин от 1 до 3 км, что можно объяснить наличием здесь благоприятных термодинамических условий для образования нефти, и на этих глубинах лучше сохранены коллекторские свойства пород. Глубже 3 км залежи нефти встречаются, но реже. Это показывает, что нефть может образоваться и существовать на больших глубинах, но благоприятных условий для возникновения нефти здесь меньше, и наличие отдельных их залежей обусловлено, по-видимому, локальными геологическими обстоятельствами. Выше по разрезу, вплоть до дна океанов и поверхности суши, продуктом дросселяции метана являются газогидраты, устойчивые в этой зоне при существующих давлениях и температуре, как видно по их распространению.
На пути движения глубинного метана через земную кору к поверхности суши и дну океанов и морей все встречающиеся породы, обладающие большим объемом пустот, могут стать местом его дросселяции, а при существовании структур-ловушек - образовать залежь нефти на глубине и скопления газогидратов в приповерхностной зоне (рисунок).
Газовый поток, не встретивший толщи пористых пород, выносится к границе «дно - вода» - поверхностного уровня дросселяции, где происходит переход газа метана в газогидраты, кристаллогидраты, проявления которых в океанах весьма масштабны. В силу каких-то причин метан, не прошедший дроссе-ляцию, уходит в атмосферу, пополняя газовый экран Земли. По оценкам западных специалистов, глобальный поток метана, поступающий только в атмосферу, составляет n - 10 г/год [3].
56
Экология и природопользование
Рис. Схема размещения залежей нефти и газогидратов как продуктов дросселяции метана:
1 - газогидраты; 2 - нефть; 3 - песчаники-коллекторы; 4 - алевролиты; 5 - аргиллиты; 6 - известняки; 7 - донные отложения; 8 - газовый поток метана; 9 - разломы-каналы истечения глубинных газов
Признание изложенной гипотезы примиряет сторонников и противников органического происхождения нефти, так как она не исключает образование нефти из органических остатков. Осадочные толщи, обогащенные органическим веществом (нефтематеринские отложения, доманиковые образования и др.) также генерируют метан, который может пройти такой же путь, что и глубинный мантийный метан, и встретить условия для превращения в нефть, т. е. пройти дросселяцию в коллекторах-ловушках. Однако этот путь превращения метана в нефть более сложный и долгий по времени.
Процесс дросселяции есть кратковременное явление, поэтому возраст залежей нефти должен совпадать со временем формирования пород коллекторов и ловушек, так как метановые струи существовали и существуют со времени зарождения Земли.
Пополнение нефтяных запасов старых разработанных и разрабатываемых месторождений свидетельствует о поступлении новой нефти, образованной в текущее время. Доказательством этому является открытое нефтяниками-разработчиками в 1990 г. необъяснимое увеличение запасов на давно эксплуатируемых нефтяных месторождениях, например, Республики Татарстан и быстрая вариация состава добываемой нефти за время 1-10 лет [1]. Процесс попол-
57
Экология и природопользование
нения запасов на эксплуатируемых месторождениях проходит не за миллионы лет, а всего лишь за несколько десятилетий. Если дроссельный эффект - процесс кратковременный, то нужно полагать, что десятилетия, возможно, ушли на дозревание дросселята до нефти и ее скопление в ловушке.
Выводы
Образование нефти и формирование нефтяных залежей происходит при дросселяции глубинного мантийного метана или метана из осадочных пород в коллекторах-ловушках, встреченных газовым потоком на пути движения к поверхности Земли. Конечным продуктом дросселяции на глубинах примерно более 1 км является нефть. Выше по разрезу дросселятами метана становятся газогидраты, устойчивые к термодинамическим условиям приповерхностной зоны. Метан, генерируемый осадочными породами, обогащенными органическим веществом, также может пройти аналогичный процесс дросселяции, но по объему в природе он на два-три порядка величин меньше мантийного, что и должно сказаться на его меньшей роли в образовании нефтяных залежей. Кроме того, сам процесс образования метана в так называемых нефтематеринских отложениях - более сложный и длительный по времени по сравнению с возникновением мантийного метана, который генерируется мантией постоянно. Глубинные разломы служат каналами-выходами метана на земную поверхность или океаническое дно. При встрече на этом пути коллекторов-ловушек газовые струи испытывают дросселяцию, т. е. резкое увеличение объема, сопровождаемое таким же понижением давления и температуры, при котором разреженный метан вместе с поровой водой превращается в газогидрат, в условиях глубин быстро превращающегося в нефть.
В настоящее время известен наиболее очевидный и выразительный уровень дросселяции метана - это дно океанов и морей, где газовые струи метана с большой скоростью истекают по трещинам твердого породного субстрата земной коры в воду или рыхлые придонные отложения сред значительно меньшей плотности. Здесь о проявлении дроссельного эффекта свидетельствуют гигантские залежи газогидратов и кристаллогидратов, распространенных во всех океанах и даже на 20 % площади суши.
Другой нефтяной уровень дросселяции метана условно выделяется по осадочным породам, залегающим в интервале глубин от 1 до 3 км, с которыми связано к настоящему времени наибольшее количество установленных нефтяных залежей, что говорит о имеющихся здесь наиболее благоприятных термодинамических и литологических условиях для их формирования. Метан на этих глубинах преобразуется в нефть, занимающую поровые пустоты коллекторов.
На глубине более 3 км осадочные породы претерпевают значительные вторичные изменения, заполняют поры минеральными новообразованиями, что сильно ухудшает коллекторские свойства пород. Поэтому благоприятных для образования залежей нефти условий здесь мало.
58
Экология и природопользование
Чисто газовые залежи формируются, по-видимому, в породах-коллекторах, характеризующихся недостаточным объемом пустот для дросселяции или пониженным давлением поступающего потока газа.
Современное нефтеобразование ограничено отсутствием свободных коллекторов-ловушек, которые не могут быть пустыми при постоянном подтоке мантийного метана со времен зарождения Земли. Только в откачанных залежах возможно появление новой нефти, что уже известно ученым и нефтяникам-промысловикам.
Вышеизложенный материал еще раз подтверждает важную роль дегазации Земли в образовании залежей углеводородов, масштабность которого демонстрируют накопления газогидратов на дне океанов.
Нефть и газогидраты являются продуктами дегазации планеты. Дросселя-ция метана в коллекторах-ловушках на глубине образует нефть и в придонных осадках на границе «дно - вода» - газогидраты.
Предлагаемая гипотеза образования нефти построена на существующих фактических данных, которые очевидны, и нет никакого сомнения, что в скором времени большинство исследователей этой проблемы согласятся с ее главными положениями, признают реальное существование такого механизма образования нефти и что все месторождения нефти на Земле сформировались путем дросселяции метана в осадочных толщах, обладающих коллекторскими свойствами, независимо от его происхождения - мантийный или органический. Наличие структур ловушек определяет формирование нефтяных залежей.
Решение проблемы происхождения нефти и формирования нефтяных залежей в настоящее время как никогда актуально [5-10] и обеспечивает информацией решение важных государственных стратегических задач, а также решение по перспективам дальнейшего развития нефтедобычи, нефтяной промышленности и народного хозяйства в общем.
Образование нефти таким способом доказывает неисчерпаемость ресурсов этого важного энергетического сырья, которого, безусловно, хватит на многие будущие поколения, на время существования человечества. Скоротечный процесс дросселяции должен быстро восстанавливать исчерпанные ресурсы нефти при условии максимального сохранения коллекторских свойств вмещавших нефть пород, ловушек и каналов подтока газовых струй метана.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Баренбаум А. А. Научная революция по Куну //Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды и их парагенезы. - М.: Геос, 2008. - С. 52-57.
2. Валяев Б.М. Проблема генезиса нефтяных месторождений: теоретические аспекты и практическая значимость //Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды и их парагенезы. -М.: Геос, 2008. - С. 14-22.
3. Макогон Ю.Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели образования, ресурсы // Российский химический журнал. - Т. 48. - 2003. - № 3. - С. 70-79.
4. Мясникова Г.П., Шпильман А.П. Дегазация Земли и формирование месторождений нефти и газа // Вестник недропользователя. - 2003. - № 10. - С. 10-11.
59
Экология и природопользование
5. Шемин Г.Г. Количественный прогноз нефтегазоносности Вендского территориального комплекса // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 19-23.
6. Геологическое строение и нефтегазоносность Батского регионального резервуара в Карско-Ямальском регионе / В.А. Казаненков, Л.Г. Вакуленко, С.В. Рыжкова, П.А. Ян // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 106-110.
Устьянцев Валерий Николаевич:
Образование нефти и формирование нефтяных залежей происходит при дросселяции глубинного мантийного метана или метана из осадочных пород в коллекторах-ловушках, встреченных газовым потоком на пути движения к поверхности Земли. Конечным продуктом дросселяции на глубинах примерно более 1 км является нефть.
Устьянцев Валерий Николаевич:
Ренат Муслимов: «Нефть, на самом деле, бесконечна. Это возобновляемый источник энергии»
07:00, 07.09.2019
Почему признание этого факта невыгодно нефтекомпаниям и государствам
«Нефть, на самом деле, бесконечна. Это возобновляемый источник энергии», — считает консультант президента РТ по вопросам разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений Ренат Муслимов, прокомментировавший «Реальному времени» итоги прошедшего в Казани Татарстанского нефтегазохимического форума. Однако эксперт предостерегает от чрезмерного оптимизма: отрасли нужны новые технологии, а для добычи тех же сланцев — и налоговые льготы. При существующей же системе добычи нефти на сложных участках она будет только дорожать.
«Налоговое удушье» и добыча на истощенных месторождениях
На прошедшей на этой неделе в Казани международной выставке «Нефть, газ. Нефтехимия» много говорили о недостатках существующего налогового режима, отсутствии достаточных льгот для нефтегазовой отрасли, проблеме сохранения добычи на поздних истощенных месторождениях. Так, президент Союза нефтегазопромышленников России Геннадий Шмаль раскритиковал существующий налоговый режим, назвав его не иначе как «налоговое удушье».
По его словам, сегодня увеличение налоговой нагрузки на нефтегазовый сектор, включающее в себя повышение ставки на добычу полезных ископаемых и рост экспортных пошлин, привело к тому, что вся налоговая конструкция при высоких мировых ценах стала для многих компаний «несправедливой». Особенно это касается малых и средних нефтяных компаний. А по словам гендиректора Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых Игоря Шпурова, уровень проникновения в отрасль третичных методов добычи все равно остается низким и нуждается в государственной поддержке.
Почему признание факта возобновляемости нефти невыгодно нефтекомпаниям и государствам
Ренат Муслимов, консультант президента РТ по вопросам разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений, академик АН РТ считает нынешнюю налоговую систему оптимальной, а добычу на поздних истощенных месторождениях проблемой, напротив, не считает.
— Налоговые льготы нормальные, месторождения работают, в том числе истощенные. Мы же растем с добычей нефти. Нефть бесконечна, на самом деле. Это возобновляемый источник энергии, — рассказал он «Реальному времени».
В настоящее время нефть пока причисляется к невозобновляемым ресурсам: по состоянию на конец 2017 года общие запасы мировой нефти составляют 1706,8 млрд баррелей. Почему о возобновляемости ресурса стараются особо не распространяться? Как заметил Муслимов, сегодня сам факт возобновляемости нефти никто официально не признает — поскольку в случае его признания цены на нефть начнут снижаться.
— Это невыгодно ни нефтяным компаниям, ни нефтепроизводящим странам. Это невыгодно и тем, кто покупает — потому что привносит элемент нестабильности. То есть это невыгодно никому. Для нас же факт возобновляемости нефти абсолютно ясен, дело только в технологиях: где-то сложные геологические условия, более дорогая добыча и нефть, где-то больше приходится вкладывать, где-то меньше. Но в итоге можно сказать, что истощение ресурсов не грозит ни миру, ни России! — объяснил Ренат Муслимов.
Как добыча нефти может продолжаться, если извлечены все запасы?
Ренат Муслимов уже не раз писал о постоянной подпитке нефтяных месторождений из недр земли, отмечая, в частности, значительную эффективность поисков нефти с помощью изучения пород кристаллического фундамента (располагается на глубинах от 0 до 15 км). Последний перекрывают осадочные породы, в которых и находятся известные месторождения нефти.
Ученые из Татарстана предположили, что кристаллический фундамент играет важнейшую роль в подпитке нефтяных месторождений осадочного чехла новыми ресурсами за счет притока углеводородов по скрытым трещинам и разрывам из глубин. Указаний на подток нефти из глубин достаточно много. В частности, в Татарстане отмечен ряд залежей, где уже извлечены все запасы, а добыча нефти продолжается.
Защитников и противников теории возобновляемой нефти фактически разделяет и точка зрения на генезис углеводородов. По одной из версий, процесс формирования скоплений углеводородов, в том числе нефти, очень длительный и занимает миллионы лет, поэтому быстрое восполнение запасов невозможно. Отсюда неизбежен факт признания исчерпаемости ресурсов, о чем говорил, например, в 2004 году в послании президенту РФ экс-министр геологии СССР Евгений Козловский: «Особенно сложным является положение в нефтедобывающей отрасли: свыше 70 процентов запасов нефтяных компаний находится на грани рентабельности. Запасы нефти высокопродуктивных месторождений, дающих 60 процентов добычи, выработаны более чем на 50 процентов; продолжает расти доля трудноизвлекаемых запасов (55—60 процентов от разрабатываемых)».
По другой точке зрения, в зонах природных катализаторов (расположенных под каждым крупным нефтегазовым месторождением) на глубине 3—15 км формирование нефти может происходить в условиях температур ниже 400 градусов. Согласно такой теории, можно объяснить появление нефти там, где, по всем расчетам первой теории, ее быть уже не должно: на острове Гаити после землетрясения 2010 года, в Татарстане или Чечне. О возобновляемости нефтяных ресурсов говорили еще в 1993 году и ученые МГУ, заявившие, что «нефть и газ — возобновляемые природные ископаемые, и их освоение должно строиться исходя из научно обоснованного баланса объемов генерации углеводородов и возможностей отбора в процессе эксплуатации месторождений».
Теорию возобновляемости нефтегазовых ресурсов в этом году поддержал главный геолог ФГКУ «Росгеолэкспертиза», доктор геолого-минералогических наук Владимир Полеванов, заявивший, что необходимо сконцентрировать усилия научного сообщества на признании явления непрерывного восстановления нефтегазовых месторождений и, как следствие, фактов неисчерпаемости и неуничтожимости углеводородов.
Для разработки сланцев нынешних льгот будет недостаточно, цены на нефть будут расти
Несмотря на возобновляемость нефтяных ресурсов, Ренат Муслимов предостерегает от излишнего оптимизма:
— Конечно, это не значит, что нефти у нас хоть залейся и все будет легко. С каждым годом становится труднее добывать, запасы становятся менее доступными и, значит, более дорогими. Нужно просто искать лучшие технологии. Но какой-то катастрофической ситуации я в этом абсолютно не вижу.
Новые технологии, как отмечали на прошедшем форуме, нужны скорее нефтекомпаниям с трудноизвлекаемыми запасами, у которых сверхзапасов, как у «Роснефти» или «Газпромнефти», нет. Стоит ли, скажем, «Татнефть», которая эти технологии вынуждена разрабатывать, поддерживать налоговыми льготами? Нет, полагает академик. Пока.
— Налоговых льгот на сегодняшний день достаточно. Но другое дело будет, когда мы [Татарстан] будем разрабатывать плотные коллекторы, сланцы. Тогда придется давать льготы на эти условия. А при сегодняшнем налогообложении их разрабатывать и эксплуатировать невыгодно, — отмечает Муслимов.
По его мнению, в настоящее время и при настоящих технологиях в случае более сложной — и более затратной — добычи нефти цены на нее будут только расти.
Источник : https://realnoevremya.ru/articles/150653-renat-muslimov-o-vyzovah-stoyaschih-pered-neftyanoy-otraslyu
Устьянцев Валерий Николаевич:
Конец эпохи углеводородов?
В свое время бывший министр нефтяной промышленности Саудовской Аравии шейх Ахмед Заки Ямани предупреждал своих коллег по ОПЕК, что «каменный век закончился совсем не потому, что закончились камни». Похоже, что этому осторожному предостережению о будущем века нефти и газа суждено скоро начать сбываться самым неожиданным образом.
Недавно группа ученых из Университетского колледжа Лондона опубликовала в журнале Nature подробное исследование географического распределения известных месторождений горючих ископаемых в мире с уже оцененными, разрабатываемыми или планируемыми к разработке объемами извлекаемых резервов. Они также оценили стоимость извлечения этих резервов из недр в каждом конкретном случае, с учетом уже имеющихся технологий, и расположили все данные по резервам и месторождениям в порядке увеличения стоимости добычи этих ресурсов.
Было сделано очевидное предположение, что наиболее дешевые и легкодоступные ресурсы должны извлекаться в первую очередь — просто потому, что они могут продаваться по более низкой цене и будут, таким образом, диктовать цены на мировом рынке, являясь наиболее конкурентоспособными.
Затем ученые наложили еще одно достаточно очевидное ограничение. Можно подсчитать, что полное использование всех указанных ископаемых топливных ресурсов эквивалентно выбросу в атмосферу 11 000 гигатонн СО2 (1 Гт = 109 т). В то же время открывшаяся в Париже Всемирная конференция ООН по климату (СOP21, www.cop21paris.org) ставит целью ограничить рост глобальной температуры на планете в пределах 2 ºС к 2050 году. Этого можно будет достичь, только если глобальный выброс СО2 в атмосферу за указанное время не превысит примерно 1100 Гт, то есть в ограничительный потолок можно упереться, использовав всего около 10% от уже имеющихся на сегодня резервов!
Поскольку стоимость добычи разных энергетических ресурсов в разных месторождениях может сильно различаться, это привело исследователей к нескольким чрезвычайно важным геоэкономическим выводам. Так, в рамках обозначенных выше ограничений примерно 80% мировых запасов угля, 50% природного газа и 30% нефти должны будут остаться неиспользованными. По регионам мира это означает, например, что Китай и Индия не смогут добыть и использовать до 66% имеющихся у них угольных резервов, страны Африки — 85%, а США, Австралия и страны бывшего СССР — целых 90% своих запасов угля. На Ближнем Востоке примерно 40% нефти и более 60% природного газа также не-возможно будет использовать.
Разведка и добыча нефти и газа в Арктике становится в этих условиях совершенно бессмысленной ввиду слишком высокой цены их добычи и более чем достаточного объема гораздо более дешевых ресурсов в мире. То же касается большинства запасов, заключенных в так называемых нетрадиционных ресурсах, таких как сланцевые нефть и газ, канадские битуминозные пески или сверхтяжелая нефть Венесуэлы. Более того, теряют смысл расходы на геологическую разведку новых месторождений, поскольку уже имеющихся резервов более чем достаточно и значительная их часть должна будет навсегда остаться в недрах Земли.
Отсюда можно сделать еще одно немаловажное замечание относительно рыночной стоимости активов мировых энергетических компаний. Оценка этой стоимости основана на объеме резервов, которыми обладает каждая компания, и на предположении, что эти резервы дефицитны и будут рано или поздно востребованы рынком. Когда и если в результате принятых глобальных климатических и политических ограничений будет осознано, что 1) никакого дефицита ресурсов нет и не предвидится и 2) в мире наблюдается, наоборот, такой значительный избыток ископаемых энергетических ресурсов на достаточно далекую перспективу, что большая часть их резервов должна будет остаться в недрах неизвлеченной, то всё это может привести к необходимости заново оценить (в меньшую сторону) нынешнюю рыночную стоимость энергетических компаний и к резкому схлопыванию углеродного пузыря на мировых фондовых биржах. А это, в свою очередь, чревато очень серьезными глобальными экономическими потрясениями, потому что акции энергетических компаний обычно составляют значительную часть инвестиционного портфеля огромного количества банков и пенсионных фондов по всему миру.
Навигация
Перейти к полной версии