Организация эксплуатации и ремонта установок электроцентробежных насосов в нефтедобывающей отрасли. Том 1. Эксплуатация
Шрифт:
В целом же на этапе господствовали представления об органическом происхождении нефти, и лишь отдельные авторы пытались отстаивать предположения о ее неорганическом происхождении. В США в 1940 г. Е. Мак-Дермот опубликовал статью об образовании залежей нефти из углеводородных газов, поднимающихся с больших глубин. В 1948 г. американский геолог К. ван Остранд пытался возродить предположение В. Д. Соколова, но также не был поддержан ни одним из геологов-нефтяников.
Несмотря на единомыслие, установившееся в отношении источников образования нефти к концу рассматриваемого периода, к 1951 г. в теории нефтегазовой геологии назрел кризис, обусловленный двумя главным причинами:
– во-первых, критерии, которые установлены для нефтепроизводящих толщ в традиционно нефтеносных регионах (Кавказ и Пенсильвания), оказались непригодными для новых регионов (Волго-Уральский и в США);
– во-вторых, не удалось обнаружить углеводороды ни в современных, ни в более древних осадках, в связи с чем не было однозначных критериев нефтегазопроизводящих
Кризис в теории нефтегазовой геологии в определенной степени отражался и на практике проведения нефтепоисковых работ. Так, первые отрицательные результаты поисков нефти в Западной Сибири, Прибалтике, Белоруссии вызвали сомнения у многих геологов в целесообразности продолжения поисковых работ в этих регионах.
6 этап – 1951–2000 гг. Это этап становления теории осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов. В 1950 г. группа ученых под руководством В. В. Вебера обнаружила углеводороды в современных осадках озер, лиманов и лагун, распространенных на Таманском полуострове. Американские исследователи под руководством П. В. Смита открыли углеводороды в современных осадках Мексиканского залива, прикалифорнийской части Тихого океана, дельте реки Ориноко. Хотя дальнейшие исследования показали, что углеводороды, содержащиеся в современных осадках, существенно отличаются от нефти, значение указанных открытий трудно переоценить. Они показали, во-первых, что углеводороды образуются в осадках и рассеянном органическом веществе, состоящем из остатков растительных и животных организмов. Теоретические предпосылки позволили обосновать необходимость широкого разворота поисковых работ на новых территориях и в акваториях, что и подтверждено открытием в самых различных частях мира новых нефтегазоносных провинций: Западно-Сибирской, Припятской, Прибалтийской, Североафриканской, Гвинейской, Восточно-Австралийской и др. Тем самым положен конец продолжавшейся в течение более двух столетий дискуссии о том, какое органическое вещество может быть исходным для образования нефти.
Однако некоторые советские исследователи усомнились в органическом происхождении нефти. Профессор ВНИГРИ Н. А. Кудрявцев, установив, что в разрезе Волго-Уральской области отсутствуют породы, характеризующиеся такими же параметрами, как нефтепроизводящие породы Кавказа, пришел к выводу о том, что нефть на месторождениях этой области имеет глубинное происхождение. Необходимо отметить, что такой же подход к данным по Западной Сибири еще в 1948 г. привел Н. А. Кудрявцева к заключению об отсутствии перспектив открытия залежей нефти и газа в этом регионе. В 1964 г. на 147-м Национальном съезде Американского химического общества, происходившем в Филадельфии, американский химик П. К. Маркс выступил с новой, так называемой "батарейной" теорией происхождения нефти, согласно которой, она образуется на больших глубинах (более 11–14 км) в результате возникновения электрического поля между двумя электродами – сульфидами железа и графита.
Несмотря на многочисленные противоречия в теории образования нефти и углеводородов, начиная с 1963 г. на международных нефтяных конгрессах не обсуждались вопросы о неорганическом происхождении нефти. Но новые исследования позволили получить качественно новую информацию и выявить многие детали процессов нефтегазообразования.
1.4. Современная осадочно-миграционная теория образования нефти и природных горючих газов
Обобщивший обширную информацию и научные разработки многих поколений советских ученых, особенно академиков В. И. Вернадского, И. М. Губкина, а также зарубежных исследователей, член-корреспондент Академии наук СССР, профессор МГУ Н. Б. Вассоевич назвал теорию происхождения нефти теорией осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов. Интервал глубин, в котором из органического вещества образуется максимальное количество жидких углеводородов, Н. Б. Вассоевич предложил называть главной зоной нефтеобразования. Эта зона располагается на глубине порядка 1500–4000 м (в разных регионах по-разному). Образование газов из остатков наземной растительности в процессе формирования ископаемых углей изучено достаточно хорошо, как на природном материале, так и экспериментально. Уже на первой стадии при образовании торфа в болотах выделяется значительное количество метана. В дальнейшем при переходе торфа в бурый уголь, который при повышении температуры превращается, в свою очередь, в каменный уголь, а последний – в полуантрацит и антрацит, продолжается выделение метана и других газообразных, жидких и твердых углеводородов и т. д. Так описан процесс превращения органического вещества: из твердого вещества образуется полужидкое и газообразное. Это сразу нарушает создавшееся в природе равновесие и вызывает увеличение давления флюидов в порах, до этого заполненных водой и, возможно, некоторым количеством газа, выделяющегося на микробиальной стадии. На жидкие и газообразные вещества начинают действовать иные силы – поверхностного или молекулярного притяжения, гравитационные и др. В результате этого начинается миграция – перемещение жидких битумов и образовавшегося газа из глинистых или других тонкозернистых пород (где содержание органического вещества выше и образовалось больше этих веществ) в песчаные или другие крупнопористые породы, где меньше органического вещества и давление
– во-первых, это давление когда-то должно выровняться, т. е. движение прекратится;
– во-вторых, каким образом эти органические вещества попали на глубину до 4000 м и более, или каким образом эти органические вещества (или углеводороды) мигрируют в глубь Земли, где давление всегда больше, чем в вышележащих пластах???
Движение жидких битумов под влиянием сил молекулярного притяжения очень хорошо видно под люминесцентным микроскопом: более легкий битум, как правило, продвигается дальше от источника, из которого он образовался. По мере того, как в битуме увеличивается количество жидких компонентов, он становится все более подвижным и переходит в нефть. Как отмечено ранее, поверхностное натяжение нефти в 3 раза меньше, чем воды. В связи с эти вода вытесняет нефть из более мелких пор в крупные, что подтверждается большим количеством экспериментов и практикой добычи нефти из трещиновато-пористых пород. Попав в проницаемую породу, по которой возможно более или менее свободное передвижение (например, в хорошо выдержанный пласт песка), нефть и газ под влиянием гравитационных сил весьма медленно продвигаются вверх до упора, которым может оказаться глинистая либо соляная, либо гипсовая или другая плохо проницаемая порода, и таким образом заполняют повышенную часть пласта. Этому процессу может способствовать движение подземных вод, благодаря которому накопление жидких и газообразных углеводородов в повышенных участках пластов развивается быстрее, подобно тому, как образуются "газовые пузыри" в повышенных частях водопроводов, водоводов и т. д. Вот таким путем и образуются залежи нефти и газа в ловушках различных типов в осадочных породах. Процесс формирования газовых залежей сопровождается значительным повышением давления газа в пластах, если оно превышает давление вышележащих пород, происходит разрыв последних и образуются грязевые вулканы.
Таким образом, опять нет ответа, если углеводороды мигрировали вертикально в непроницаемые породы-ловушки, тогда откуда накапливается такой объем углеводородов и откуда такое давление. По мере выравнивания давления накопление прекратилось бы или миграция углеводородов происходила бы по горизонтали и (или) вышла за пределы ловушки, снижая давление за счет горизонтальной миграции. Если предположить, что углеводороды мигрировали по горизонтали в сторону ловушки, то тогда возникает следующий вопрос, при каком давлении (какой силе) можно преодолеть силу сопротивления проницаемости пласта на десятки сотни километров? Сегодня нет такой силы, ни поверхностного, ни молекулярного притяжения, чтобы нефть могла преодолеть такие расстояния по горизонтали и накапливаться в ловушках.
В то же время в магматических породах залежи нефти и газа встречаются реже. Число месторождений, в которых залежи нефти и газа приурочены к магматическим породам, на три порядка меньше числа месторождений, связанных с осадочными породами: число первых не превышает 100, а число вторых составляет 35000-40000.
Создание моделей образования залежей нефти и конденсата может оказать существенную помощь и при решении важнейшей научно-технической проблемы – повышения коэффициента нефтеотдачи пластов. Дело в том, что существующими методами добычи из недр извлекается обычно не более 30% содержащейся в них нефти, а нередко и меньше, в очень редких случаях – более 50%. Остальная нефть остается в пластах не извлеченной. Повышение коэффициента нефтеотдачи равносильно открытию новых месторождений. При этом "открытие" таких месторождений в технико-экономическом плане несоизмеримо более выгодно, чем открытие новых месторождений: ведь отпадает необходимость в проведении дорогостоящих геологоразведочных работ, в бурении эксплуатационных скважин, обустройстве промыслов и т. д. Результаты исследований по образованию месторождений нефти в природных условиях могут оказывать существенную помощь при разработке методов повышения нефтеотдачи пластов, соответственно при разработке принципиально нового типа оборудования, работающего в условиях крайне осложненных скважин.
Исследования, связанные с выявлением условий образования нефти и углеводородных газов, необходимо проводить еще в одном направлении – изучать распределение углеводородных газов, растворенных в подземных водах. По подсчетам специалистов, в подземных водах растворено на два порядка больше углеводородных газов, чем их содержится в залежах.
1.5. Современное представление об образовании нефти
Список ученых, начиная с М. В. Ломоносова и включая современных ведущих ученых Российской академии наук, поддерживающих мнение о происхождении нефти из органических остатков биосферной природы, обширен, авторитет их безупречен.
Если эта теория верна, то можно говорить, что запасы нефти исчерпаемы и ее промышленная добыча может уже в этом столетии стать нерентабельной.
Грубый подсчет баланса между известными разведанными запасами нефти, ее объемами, уже извлеченными из недр, и количеством углеводорода, который в небольших концентрациях содержится в "нефтематеринских" толщах, показывает, что совокупное количество промышленных запасов нефти в залежах и углеводородов на порядок превосходит наличие в биосфере тех компонентов, из которых может образоваться нефть.