Apie galimybę greitai ir moderniai generuoti naftą ir dujas

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Dar 1993 metais Rusijos mokslininkai įrodė, kad nafta ir dujos yra atsinaujinantys ištekliai. O išgauti reikia ne daugiau, nei susidaro dėl natūralių procesų. Tik tada grobis gali būti laikomas nebarbarišku.

Kai kuriuose palyginimuose visuotinai priimta naudoti dviejų to paties medalio pusių vaizdą. Palyginimas yra vaizdinis, bet ne visiškai tikslus, nes medalis turi ir briauną, kuri lemia storį. Mokslinės sąvokos, jei lyginsime jas su medaliu, be savo mokslinių ir taikomųjų aspektų turi dar vieną – psichologinį, susijusį su mąstymo inercijos įveikimu ir iki tol susiformavusios nuomonės apie šį reiškinį peržiūrėjimu.

Psichologinę kliūtį galima pavadinti mokslinio dogmatizmo sindromu arba vadinamuoju „sveiku protu“. Įveikti šį sindromą, kuris yra pastebimas mokslo pažangos stabdis, reikia žinoti jo atsiradimo kilmę.

Idėjos apie lėtą naftos ir dujų susidarymą ir kaupimąsi ir dėl to angliavandenilių (HC) atsargų išeikvojimą ir nepakeičiamumą Žemės viduje atsirado praėjusio amžiaus viduryje kartu su naftos ir dujų geologijos užuomazga.. Jie buvo pagrįsti spekuliatyvia naftos generavimo koncepcija, kaip procesas, susijęs su vandens ir angliavandenilių išspaudimu panardinant ir didėjančiu nuosėdinių uolienų tankėjimu.

Lėtas slūgimas ir laipsniškas kaitinimas, vykstantis daugelį milijonų metų, sukėlė labai lėto naftos ir dujų susidarymo iliuziją. Jau tapo aksioma, kad itin mažas angliavandenilių telkinių susidarymo greitis yra nepalyginamas su naftos ir dujų gavybos sparta eksploatuojant lauką. Čia buvo pakeistos idėjos apie cheminių reakcijų greitį naikinant organines medžiagas (OM) ir jos virsmą judriais dujiniais-skystais angliavandeniliais, nuosėdinių sluoksnių nusėdimo greitį ir jų katagenetinę transformaciją dėl lėtos, daugiausia laidžios., šildymas. Didžiulis cheminių reakcijų greitis buvo pakeistas santykinai mažu nuosėdinių baseinų evoliucijos greičiu. Būtent šia aplinkybe grindžiama samprata apie naftos ir dujų susidarymo trukmę, taigi ir naftos bei dujų atsargų išsekimą, nepakeičiamumą artimiausioje ateityje.

Požiūriai į lėtą naftos susidarymą sulaukė visuotinio pripažinimo ir buvo naudojami kaip ekonominės koncepcijos ir naftos bei dujų susidarymo teorijų pagrindas. Daugelis tyrėjų, vertindami angliavandenilių susidarymo mastą, į skaičiavimo formules kaip veiksnį įveda „geologinio laiko“sąvoką. Tačiau, matyt, remiantis naujais duomenimis, šias nuomones reikėtų aptarti ir patikslinti [4, 9−11].

Tam tikras nukrypimas nuo tradicijos matomas jau naftos susidarymo stadijos teorijoje ir pagrindinės naftos formavimo fazės (GEF) idėjoje, kurią 1967 m. pasiūlė NB Vassoevich [2]. Čia pirmą kartą parodyta, kad generacijos pikas patenka į santykinai siaurą gylį, taigi ir laiko intervalą, kurį lemia laikas, kai pirminis sluoksnis yra 60–150 ° C temperatūros zonoje.

Tolesnis inscenizacijos pasireiškimo tyrimas parodė, kad pagrindinės naftos ir dujų susidarymo bangos skyla į siauresnes smailes. Taigi S. G. Neruchevas ir kt. nustatė keletą maksimumų tiek GFN zonai, tiek GZG. Atitinkamos kartos smailės galios atitinka vos kelių šimtų metrų intervalus. Ir tai rodo reikšmingą smūginių bangų susidarymo trukmės sumažėjimą ir tuo pačiu reikšmingą jos greičio padidėjimą [6].

Aukšti HC generavimo rodikliai taip pat kyla iš šiuolaikinio šio proceso modelio. Naftos ir dujų susidarymas nuosėdų baseine laikomas savaime besivystančiu daugiapakopiu cheminiu procesu, išreikštu skilimo (irimo) ir sintezės reakcijų kaita ir vykstančiu veikiant tiek „biologinei“(saulės) energijai, kurią kaupia organiniai junginiai. ir endogeninės Žemės šilumos energija, ir, kaip rodo itin gilaus gręžimo rezultatai, didžioji šilumos dalis patenka į litosferos pagrindą ir juda litosferoje konvekcijos būdu. Su radioaktyviuoju skilimu susijusi šilumos dalis sudaro mažiau nei trečdalį viso jos kiekio [8]. Manoma, kad tektoninio suspaudimo zonose šilumos srautas yra apie 40 mW / m², o įtempimo zonose jo vertės siekia 60–80 mW/m²… Didžiausios vertės nustatytos vandenyno vidurio plyšiuose - 400-800 mW / m²… Mažos vertės, stebimos jaunose įdubose, tokiose kaip Pietų Kaspijos jūra ir Juodoji jūra, yra iškraipytos dėl itin didelio sedimentacijos greičio (0,1 cm per metus). Tiesą sakant, jie taip pat yra gana dideli (80-120 mW / m²) [8].

OM skaidymas ir angliavandenilių sintezė cheminėms reakcijoms vyksta itin greitai. Naikinimo ir sintezės reakcijos turėtų būti laikomos revoliuciniais lūžio taškais, lemiančiais naftos ir dujų atsiradimą, o vėliau jų koncentracija rezervuare, atsižvelgiant į bendrą lėto evoliucinio nusėdimo ir nuosėdinių sluoksnių šildymo foną. Šį faktą įtikinamai patvirtino kerogeno pirolizės laboratoriniai tyrimai.

Pastaruoju metu greitai vykstantiems medžiagos virsmo iš vienos būsenos į kitą reiškiniams apibūdinti pradėtas vartoti švedų chemiko H. Balčevskio pasiūlytas terminas „anastrofija“. Angliavandenilių junginių susidarymas iš skylančių organinių medžiagų, atsirandantis šuolio metu milžinišku greičiu, turėtų būti priskirtas anastrofiniam.

Šiuolaikinis naftos ir dujų susidarymo scenarijus nubraižytas taip. Slūgstančio baseino nuosėdinių sluoksnių organinė medžiaga patiria daugybę transformacijų. Sedimentogenezės ir diagenezės stadijoje pagrindinės biopolimerų grupės (riebalai, baltymai, angliavandeniai, ligninas) suyra ir nuosėdose kaupiasi įvairių tipų geopolimerai, kurie nuosėdinėse uolienose sukuria kerogeną. Tuo pačiu metu vyksta greita angliavandenilių dujų sintezė (geoanastrofija), kurios gali kauptis po pirmaisiais sandarikliais, sudaryti dujų hidrato sluoksnius apatiniame sluoksnyje arba amžinojo įšalo srityse ir suformuoti gamtinių dujų išleidimo angas rezervuarų paviršiuje arba apačioje (pav.. 1).

Ryžiai. 1. Dujų hidrato susidarymo Ochotsko jūros Paramushir dalyje schema (pagal [5]): 1 - nuosėdinis sluoksnis; 2 - konsoliduoti sluoksniai; 3 - formuojantis dujų hidrato sluoksnis; 4 - dujų koncentracijos zona; 5 - dujų migracijos kryptis; 6 - apatiniai dujų išleidimo angos. Vertikali skalė sekundėmis

Nuosėdinių uolienų katagenetinės transformacijos stadijoje vyksta geopolimerų termodestrukcija ir termokatalitinė naftos angliavandenilių anastrofija iš deguonies turinčių lipidų ir izoprenoidinių junginių fragmentų, išsiskiriančių iš išsklaidytų organinių medžiagų kerogeninių formų [31]. Dėl to susidaro skystieji ir dujiniai angliavandeniliai, kurie sudaro migruojančius angliavandenilių tirpalus, pereinančius iš pirminių sluoksnių į rezervuaro horizontus ir skysčių laidumo gedimus.

HC tirpalai, kurie prisotina natūralius rezervuarus, arba susitelkia iškilusiose jų dalyse atskirų naftos ir dujų sankaupų pavidalu, arba judėdami aukštyn išilgai tektoninių lūžių patenka į žemesnės temperatūros ir slėgio zonas ir ten formuoja įvairaus tipo nuosėdas, arba, esant dideliam proceso intensyvumui, jie išeina ant dienos paviršiaus natūralių naftos ir dujų apraiškų pavidalu.

Naftos ir dujų telkinių išsidėstymo NVS baseinuose (2 pav.) ir pasaulio analizė vienareikšmiškai rodo, kad pasaulyje yra 1-3 km naftos ir dujų sankaupų koncentracijos ir apie 90% visų angliavandenilių atsargų. yra su juo susiję.

Ryžiai. 2. Naftos ir dujų atsargų pasiskirstymas NVS baseinuose gyliu (pagal A. G. Gabrielyants, 1991)

o generacijos šaltiniai yra nuo 2 iki 10 km gylyje (3 pav.).

Ryžiai. 3. Baseinų tipizavimas pagal pagrindinės naftos susidarymo zonos ir pagrindinio naftos ir dujų telkinių koncentracijos intervalo santykį (pagal A. A. Fayzulaev, 1992, su pakeitimais ir papildymais)

Baseino tipai: aš- nevienyti; II - Uždaryti; III – vieningi. Baseino pavadinimas: 1 - Pietų Kaspijos jūra; 2 - Viena; 3 - Meksikos įlanka; 4 - Panonijos; 5 - Vakarų Sibiras; 6 - Permė, 7 - Volga-Uralskis. Vertikalus zonavimas: 1 - viršutinė tranzito zona: 2 - aliejaus kaupimosi akies zona: 3 - apatinė tranzito zona; 4 - GFN (naftos gamybos centrai); 5 - GFG (dujų gamybos centrai); 6 - angliavandenilių migracijos kryptis; 7 - plotas, atspindintis angliavandenilių geologinius išteklius arba telkinių skaičių, %

Gamybos centrų padėtį lemia baseino temperatūros režimas, o naftos ir dujų telkinių padėtį pirmiausia lemia angliavandenilių tirpalų kondensacijos termobarinės sąlygos ir migracijos judėjimo energijos praradimas. Pirmoji sąlyga yra individuali atskiriems baseinams, antroji apskritai yra universali visiems baseinams. Taigi bet kuriame baseine iš apačios į viršų išskiriamos kelios genetinės HC elgesio zonos: apatinė arba pagrindinė HC susidarymo ir HC tirpalų susidarymo zona, apatinė HC tirpalo tranzitinė zona, pagrindinė HC tirpalo kaupimosi zona rezervuaras ir viršutinė HC tirpalo tranzitinė zona bei jų išėjimas į dienos paviršių. Be to, giliavandeniuose jūriniuose nuosėdiniuose baseinuose ir baseinuose, esančiuose subpoliariniuose regionuose, baseino viršuje atsiranda dujų hidratų zona.

Apsvarstytas naftos ir dujų susidarymo scenarijus leidžia kiekybiškai įvertinti HC susidarymo greitį naftos ir dujų baseinuose, kuriuose vyksta intensyvus slūgimas, taigi ir intensyvaus šiuolaikinio HC susidarymo sąlygomis. Ryškiausias naftos ir dujų susidarymo intensyvumo rodiklis yra natūralūs naftos ir dujų pasirodymai šiuolaikiniuose sedimentacijos baseinuose. Natūralus naftos išsiliejimas nustatytas daugelyje pasaulio šalių: prie Australijos krantų, Aliaskoje, Venesueloje, Kanadoje, Meksikoje, JAV, Persijos įlankoje, Kaspijos jūroje, prie salos. Trinidadas. Bendros naftos ir dujų gavybos apimtys yra reikšmingos. Taigi Santa Barbaros jūros baseine prie Kalifornijos krantų tik iš vienos dugno dalies (iki 4 mln. tonų per metus) gaunama iki 11 tūkstančių l/s naftos. Šį daugiau nei 10 tūkstančių metų veikusį šaltinį 1793 metais atrado D. Vankuveris [15]. F. G. Dadaševo ir kitų atlikti skaičiavimai parodė, kad Abšerono pusiasalio srityje per metus į dienos paviršių išeina milijardai kubinių metrų dujų ir keli milijonai tonų naftos. Tai šiuolaikinio naftos ir dujų susidarymo produktai, neįstrigę spąstų ir laidžių, vandens pripildytų darinių. Vadinasi, numatomas HC susidarymo mastas turėtų būti padidintas daug kartų.

Didžiulius dujų susidarymo greičius nedviprasmiškai liudija stori dujų hidratų sluoksniai šiuolaikinėse Pasaulio vandenyno nuosėdose. Jau sukurta daugiau nei 40 dujų hidratacijos paskirstymo regionų, kuriuose yra daug trilijonų kubinių metrų dujų. Ochotsko jūroje A. M. Nadežnis ir V. I. Bondarenko stebėjo, kaip susidaro 5000 m ploto dujų hidrato sluoksnis.²kuriame yra 2 trilijonai m³ angliavandenilių dujos [5]. Jei nuosėdų amžius laikomas 1 milijonu metų, tai dujų srautas viršija 2 milijonus m³per metus [5]. Intensyvus prasisunkimas vyksta Beringo jūroje [14].

Stebėjimai Vakarų Sibiro laukuose (Verkhnekolikeganskoye, Severo-Gubkinskoje ir kt.) parodė alyvos sudėties pasikeitimą iš gręžinio į gręžinį, paaiškintą HC patekimu išilgai paslėptų įtrūkimų ir lūžių (4 pav.) iš gilesnio HC šaltinio. kartos, kuri vienareikšmiškai rodo, kad angliavandenilių tranzito zonose yra paslėpto pobūdžio lūžių ir plyšių (vaiduokliniai lūžiai), kurie vis dėlto gana gerai atsekami pagal laiko seismines linijas.

Ryžiai. 4. Naftos rezervuaro formavimosi modelis BP darinyje₁₀, Severo-Gubkinskoye laukas (Vakarų Sibiras)

aš - profilio sekcija; II - apibendrintos alyvos mėginių chromatogramos. Naftos telkiniai: 1 - "pirminis"; 2 - „antrinės“kompozicijos; 3 - angliavandenilių judėjimo kryptis iš gamybos šaltinio; 4 - šulinių skaičius; 5 - krekas; 6 - chromatogramos (a - n-alkanai, b - izoprenoidiniai alkanai). SU - anglies kiekis molekulėje

Naftos mėginiai iš gręžinių, esančių trikdžių zonoje, turi mažesnį tankį, didesnį benzino frakcijų išeigą ir didesnes pristano-fitano izoprenanų santykio reikšmes nei mėginiai iš centrinės rezervuaro dalies, esančios mažiau zonoje. kylančio skysčio srauto įtaka ir ankstesnio antplūdžio atspindinčios alyvos. Šiuolaikinių hidroterminių ir angliavandenilių prasiskverbimo į jūros dugną formų tyrimas leido V. Ya. Trotsyukui juos išskirti į specialią gamtos reiškinių grupę, kurią jis pavadino „skysčių proveržio struktūromis“[13].

Didelis angliavandenilių susidarymo greitis neabejotinai liudija milžiniškų dujų ir naftos telkinių egzistavimą, ypač jei jie apsiriboja kvartere susidariusiais spąstais.

Tai liudija ir milžiniški sunkiųjų alyvų kiekiai Kanados Atabaskos lauko viršutiniuose kreidos sluoksniuose arba Venesuelos Orinoko baseino oligoceno uolienose. Elementarūs skaičiavimai rodo, kad 500 milijardų tonų sunkiosios naftos iš Venesuelos susidaryti prireikė 1,5 trilijono tonų skystųjų angliavandenilių, o kai oligocenas truko mažiau nei 30 milijonų metų, angliavandenilių srautas turėjo viršyti 50 tūkstančių tonų per metus. Jau seniai žinoma, kad naftos gavyba po kelerių metų buvo atkurta iš apleistų gręžinių senuose Baku ir Grozno regionuose. Be to, išnaudotuose Grozno telkiniuose Starogroznenskoye, Oktyabrskoje, Malgobeke yra aktyvių gręžinių, kurių bendra naftos gavyba jau seniai viršijo pradines atgaunamas atsargas.

Vadinamųjų hidroterminių aliejų atradimas gali būti didelio naftos susidarymo greičio įrodymas [7]. Daugelyje šiuolaikinių Pasaulinio vandenyno plyšių įdubimų (Kalifornijos įlankoje ir kt.) kvartero nuosėdose, veikiant aukštos temperatūros skysčiams, buvo nustatytos skystos naftos apraiškos, jos amžius gali būti nuo kelerių metų iki 4000 m. -5000 metų [7]. Bet jei hidroterminė alyva laikoma laboratorinio pirolizės proceso analogu, greitis turėtų būti įvertintas kaip pirmasis skaičius.

Palyginimas su kitomis natūraliomis skysčių sistemomis, patiriančiomis vertikalų judėjimą, gali būti netiesioginis didelio angliavandenilių tirpalų judėjimo greičio įrodymas. Didžiulis magminių ir vulkanogeninių tirpalų išsiliejimo greitis yra gana akivaizdus. Pavyzdžiui, šiuolaikinis Etnos išsiveržimas vyksta, kai lavos greitis yra 100 m / h. Įdomu tai, kad ramiu laikotarpiu per vienerius metus nuo ugnikalnio paviršiaus per paslėptus trikdžius į atmosferą prasiskverbia iki 25 mln. tonų anglies dvideginio. Vandenyno vidurio kalnagūbrių aukštatemperatūrinių hidroterminių skysčių nutekėjimo greitis, vykstantis mažiausiai 20-30 tūkstančių metų, yra 1-5 m.³/Su. Su šiomis sistemomis siejamas sulfidų nuosėdų susidarymas vadinamųjų „juodųjų rūkalių“pavidalu. Rūdos kūnai susidaro 25 mln. tonų per metus, o paties proceso trukmė yra 1–100 metų [1]. Įdomios yra OG Sorokhtino konstrukcijos, kurios mano, kad kimberlito tirpalai juda išilgai litosferos plyšių 30–50 m/s greičiu [11]. Tai leidžia lydalui įveikti žemyninės plutos uolienas ir iki 250 km storio mantiją vos per 1,5–2 valandas [12].

Aukščiau pateikti pavyzdžiai rodo, pirma, reikšmingus ne tik angliavandenilių susidarymo, bet ir jų tirpalų judėjimo greitį per tranzito zonas žemės plutoje išilgai paslėptų įtrūkimų ir trikdžių joje. Antra, reikia atskirti labai lėtus nuosėdinių sluoksnių grimzdymo greičius (m / milijonų metų), lėtus įkaitimo greičius (nuo 1 ° С per metus iki 1 ° С / milijonų metų) ir, atvirkščiai, labai greitus angliavandenilių greitį. pats generavimo procesas ir jų perkėlimas iš generacijos šaltinio į spąstus natūraliuose rezervuaruose arba į baseino dienos paviršių. Trečia, pats OM virsmo į HC, kuris turi pulsuojantį charakterį, procesas taip pat vystosi gana ilgai per milijonus metų.

Visa tai, kas išdėstyta aukščiau, jei pasitvirtins, pareikalaus radikaliai peržiūrėti naftos ir dujų telkinių, esančių moderniuose, intensyviai generuojančiuose angliavandenilių baseinuose, plėtros principus. Remiantis generavimo tempais ir laukų skaičiumi, pastarųjų plėtra turėtų būti planuojama taip, kad išėmimo greitis būtų tam tikrame santykyje su HC įvedimo iš generavimo šaltinių greičiu. Esant šiai sąlygai, kai kurie telkiniai lems gamybos lygį, o kiti - natūraliai papildys savo atsargas. Taigi daugelis naftos gavybos regionų veiks šimtus metų, užtikrindami stabilią ir subalansuotą angliavandenilių gamybą. Šis principas, panašus į miško žemių eksploatavimo principą, artimiausiais metais turėtų tapti svarbiausiu plėtojant naftos ir dujų geologiją

Nafta ir dujos yra atsinaujinantys gamtos ištekliai, todėl jų plėtra turėtų būti grindžiama moksliškai pagrįsta angliavandenilių gamybos apimčių pusiausvyra ir galimybe jį pašalinti eksploatuojant lauką

Taip pat žiūrėkite: Tylus pojūtis: panaudotuose laukuose nafta sintetinama pati

Borisas Aleksandrovičius Sokolovas (1930-2004) - Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas, geologijos ir mineralogijos mokslų daktaras, profesorius, iškastinio kuro geologijos ir geochemijos katedros vedėjas, Maskvos Geologijos fakulteto dekanas (1992-2002) Valstijos universitetas. M. V. Lomonosovas, IM Gubkino premijos laureatas (2004 m.) už darbų ciklą „Naftos formavimosi skysčio dinaminio modelio evoliucinės-geodinaminės koncepcijos sukūrimas ir naftos bei dujų baseinų klasifikavimas geodinaminiu pagrindu“.

Guseva Antonina Nikolaevna (1918−2014) - chemijos mokslų kandidatas, naftos geochemikas, Maskvos valstybinio universiteto Geologijos fakulteto Geologijos ir iškastinio kuro geochemijos katedros darbuotojas. M. V. Lomonosovas.

Bibliografija

1. Butuzova G. Yu. Apie hidroterminės rūdos susidarymo ryšį su tektonika, magmatizmu ir Raudonosios jūros plyšio zonos raidos istorija // Litol. ir naudinga. fosilija. 1991. Nr.4.

2. Vassoevich N. B. Naftos nuosėdinės-migracinės kilmės teorija (istorinė apžvalga ir dabartinė būklė) // Izv. SSRS mokslų akademija. Ser. geol. 1967. Nr.11.

3. Guseva AN, Leifman IE, Sokolov BA Bendrosios naftos ir dujų susidarymo teorijos kūrimo geocheminiai aspektai // Tez. ataskaita II Visasąjunga. Anglies geochemijos taryba. M., 1986 m.

4. Guseva A. N Sokolov B. A. Nafta ir gamtinės dujos - greitai ir nuolat susidarantys mineralai // Tez. ataskaita III Visasąjunginė. susitikimas. apie anglies geochemiją. M., 1991.1 t..

5. Nadezhny AM, Bondarenko VI Dujų hidratai Okhotsko jūros dalyje Kamčiatka-Pryparamushir // Dokl. SSRS mokslų akademija. 1989. T. 306, Nr. 5.

6. Neruchev S. G., Ragozina E. A., Parparova G. M. ir kt., Naftos ir dujų susidarymas Domanik tipo nuosėdose. L., 1986 m.

7. Symo neit, BRT, Organinių medžiagų brendimas ir aliejaus susidarymas: hidroterminis aspektas, Geokhimiya, Nr. 1986. D * 2.

8. Smirnov Ya. B., Kononov VI Geoterminiai tyrimai ir ypač gilus gręžimas // Sov. geol. 1991. Nr.8.

9. Sokolov BA Naftos ir dujų susidarymo savaiminis virpesių modelis Vestn. Poveržlės, ne tai. Ser. 4, geologija. 1990. Nr.5.

10. Sokolov BA Apie kai kurias naujas naftos ir dujų geologijos plėtros kryptis // Mineralas. res. Rusija. 1992. Nr.3.

11. Sokolov BA, Khann VE Naftos ir dujų žvalgybos Rusijoje teorija ir praktika: rezultatai ir uždaviniai // Izv. SSRS mokslų akademija. Ser. geol. 1992. Nr.8.

12. Sorokhtin OG Deimantinių kimberlitų ir susijusių uolienų susidarymas plokščių tektonikos požiūriu // Geodinamika. naudingųjų iškasenų telkinių susidarymo ir išsidėstymo analizė ir modeliai. L., 1987. S. 92–107.

13. Trociuk V. Ya. Naftos šaltinio uolienos nuosėdinių vandens telkinių baseinuose. M., 1992 m.

14. Abrams M. A. Geofiziniai ir geocheminiai angliavandenilių nuotėkio požeminiai įrodymai Beringo jūroje, Aliaska // Marine and Petroleum Geologv 1992. Vol. 9, Nr. 2.