Nafta ja gaasi kiire kaasaegse tootmise võimalusest

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Veel 1993. aastal tõestasid Venemaa teadlased, et nafta ja gaas on taastuvad ressursid. Ja ekstraheerida pole vaja rohkem, kui tekib looduslike protsesside tulemusena. Alles siis saab saaki pidada mittebarbaarseks.

Mõnes võrdluses on üldiselt aktsepteeritud kasutada sama medali kahe külje kujutist. Võrdlus on kujundlik, kuid mitte päris täpne, kuna medalil on ka soonik, mis määrab paksuse. Teaduslikel kontseptsioonidel, kui võrrelda neid medaliga, on lisaks nende endi teaduslikele ja rakenduslikele aspektidele veel üks - psühholoogiline, mis on seotud mõtlemise inertsi ületamise ja selle nähtuse kohta selleks ajaks kujunenud arvamuse muutmisega.

Psühholoogiliseks takistuseks võib nimetada teadusliku dogmatismi sündroomi ehk nn "tervet mõistust". Selle sündroomi ületamine, mis on teaduse progressi märgatav pidur, seisneb selle välimuse päritolu teadmises.

Ideed nafta ja gaasi aeglasest tekkest ja akumuleerumisest ning sellest tulenevalt süsivesinike (HC) varude ammendumise ja asendamatuse kohta Maa sisemuses tekkisid eelmise sajandi keskel koos nafta- ja gaasigeoloogia algetega.. Need põhinesid spekulatiivsel kontseptsioonil õli tootmisest kui protsessist, mis on seotud vee ja süsivesinike väljapressimisega sukeldumise ajal ning settekivimite tihenemisega sügavusega.

Aeglane vajumine ja järkjärguline soojenemine, mis toimus miljonite aastate jooksul, tekitas illusiooni väga aeglasest nafta ja gaasi moodustumisest. Aksioomiks on saanud, et süsivesinike lademete moodustumise ülimadal kiirus on võrreldamatu nafta ja gaasi kaevandamise kiirusega välitöödel. Siin asendusid ideed keemiliste reaktsioonide kiiruste kohta orgaanilise aine (OM) hävitamisel ja selle muutumisel liikuvateks gaas-vedel süsivesinikeks, settekihtide vajumise kiirused ja nende katageneetiline transformatsioon aeglase, peamiselt juhtiva elektrit juhtiva aine tõttu., küte. Keemiliste reaktsioonide tohutu kiirus on asendunud settebasseinide suhteliselt madala evolutsioonikiirusega. Just see asjaolu on aluseks arusaamale nafta ja gaasi tekke kestusest ning sellest tulenevalt nafta- ja gaasivarude ammendumisest, asendamatusest lähitulevikus.

Aeglase nafta moodustumise käsitlused pälvisid universaalse tunnustuse ning neid kasutati nii majanduslike kontseptsioonide kui ka nafta ja gaasi tekke teooriate aluseks. Paljud teadlased võtavad süsivesinike tekke ulatuse hindamisel arvutusvalemitesse tegurina kasutusele mõiste "geoloogiline aeg". Ilmselt tuleks aga uute andmete põhjal neid seisukohti arutada ja üle vaadata [4, 9−11].

Teatavat kõrvalekaldumist traditsioonist võib näha juba NB Vassoevitši poolt 1967. aastal välja pakutud õlitekke lavastamise teoorias ja õlitekke peafaasi (GEF) idees [2]. Siin on esimest korda näidatud, et põlvkonna tipp langeb suhteliselt kitsale sügavusele ja seetõttu ajavahemikku, mille määrab aeg, mil vanemkiht on temperatuurivööndis 60–150 ° C.

Lavastumise avaldumise edasine uurimine näitas, et peamised nafta ja gaasi moodustumise lained lagunevad kitsamateks tippudeks. Niisiis, S. G. Neruchev jt kehtestasid nii GFN-tsooni kui ka GZG jaoks mitu maksimumi. Vastavad põlvkonna tipud vastavad võimsuselt vaid mõnesajameetristele intervallidele. Ja see näitab lööklainete tekkimise kestuse olulist vähenemist ja samal ajal selle kiiruse olulist suurenemist [6].

Selle protsessi kaasaegsest mudelist tuleneb ka kõrge HC tootmise määr. Nafta ja gaasi teket settebasseinis käsitletakse kui isearenevat mitmeastmelist keemilist protsessi, mis väljendub lagunemis- (hävitus-) ja sünteesireaktsioonide vaheldumises ning kulgeb nii orgaaniliste ühendite poolt talletatud "bioloogilise" (päikese)energia toimel. ja Maa endogeense soojuse energia ning, nagu näitavad ülisügavpuurimise tulemused, siseneb suurem osa soojusest litosfääri põhja ja liigub litosfääris konvektsiooni teel. Radioaktiivse lagunemisega seotud soojuse osakaal moodustab vähem kui kolmandiku selle koguhulgast [8]. Arvatakse, et tektoonilise kokkusurumise tsoonides on soojusvoog umbes 40 mW / m²ja pingetsoonides ulatuvad selle väärtused 60–80 mW / m²… Maksimaalsed väärtused on kehtestatud ookeani keskmistes lõhedes - 400-800 mW / m²… Noortes lohkudes, nagu Lõuna-Kaspia ja Must meri, täheldatud madalad väärtused on ülikõrgete settimiskiiruste (0,1 cm aastas) tõttu moonutatud. Tegelikult on need ka üsna kõrged (80-120 mW / m²) [8].

OM lagunemine ja süsivesinike süntees keemiliste reaktsioonide käigus kulgevad ülikiiresti. Hävitus- ja sünteesireaktsioone tuleks käsitleda revolutsiooniliste pöördepunktidena, mis viivad nafta ja gaasi ilmumiseni koos nende järgneva kontsentratsiooniga veehoidlas, võttes aluseks settekihtide aeglase evolutsioonilise vajumise ja kuumenemise. Seda asjaolu kinnitasid veenvalt kerogeeni pürolüüsi laboratoorsed uuringud.

Viimasel ajal on aine ühest olekust teise muutumise kiiresti esinevate nähtuste kirjeldamiseks hakatud kasutama rootsi keemiku H. Balchevsky välja pakutud terminit "anastrofia". Süsivesinikühendite moodustumine lagunevast orgaanilisest ainest, mis toimub hüppeliselt tohutul kiirusel, tuleks klassifitseerida anastroofiliseks.

Nafta ja gaasi moodustumise kaasaegne stsenaarium on koostatud järgmiselt. Vajuva basseini settekihtide orgaaniline aine läbib mitmeid muundumisi. Sedimentogeneesi ja diageneesi staadiumis biopolümeeride põhirühmad (rasvad, valgud, süsivesikud, ligniin) lagunevad ning settesse kogunevad erinevat tüüpi geopolümeerid, mis tekitavad settekivimites kerogeeni. Samal ajal toimub süsivesinikgaaside kiire süntees (geoanastrofia), mis võivad akumuleeruda esimeste tihendite alla, tekitada põhjakihis või igikeltsa piirkondades gaasihüdraadikihte ja moodustada maagaasi väljalaskeavasid reservuaaride pinnal või põhjas (joon.. 1).

Riis. 1. Gaashüdraadi moodustumise skeem Okhotski mere Paramushiri osas (vastavalt [5]): 1 - settekiht; 2 - konsolideeritud kihid; 3 - moodustab gaasihüdraadi kiht; 4 - gaasi kontsentratsiooni tsoon; 5 - gaasi migratsiooni suund; 6 - põhja gaasi väljalaskeavad. Vertikaalne skaala sekundites

Settekivimite katageneetilise transformatsiooni staadiumis toimub geopolümeeride termodestruktsioon ja nafta süsivesinike termokatalüütiline anastrofia hapnikku sisaldavatest lipiidide ja isoprenoidühendite fragmentidest, mis vabanevad hajutatud orgaanilise aine kerogeensetest vormidest [31]. Selle tulemusena tekivad vedelad ja gaasilised süsivesinikud, mis moodustavad rändavaid süsivesinike lahuseid, mis lähevad algkihtidest reservuaarihorisontidesse ja vedelikku juhtivatesse riketesse.

HC-lahused, mis küllastavad looduslikke veehoidlaid, kas koonduvad nende kõrgendatud osadesse üksikute nafta- ja gaasikogumite kujul või, liikudes mööda tektooniliste rikkeid ülespoole, langevad madalama temperatuuri ja rõhuga tsoonidesse ning moodustavad seal erinevat tüüpi ladestusi, või protsessi suure intensiivsusega tulevad nad päevapinnale välja loodusliku õli ja gaasi ilmingute kujul.

Nafta- ja gaasimaardlate asukoha analüüs SRÜ basseinides (joonis 2) ja kogu maailmas näitab ühemõtteliselt, et ülemaailmne nafta- ja gaasikogumite kontsentratsioon on 1-3 km ning ligikaudu 90% süsivesinike varudest. on sellega seotud.

Riis. 2. Nafta- ja gaasivarude sügavjaotus SRÜ basseinides (A. G. Gabrielyantsi järgi, 1991)

samas kui tekkeallikad asuvad 2–10 km sügavusel (joonis 3).

Riis. 3. Basseinide tüpiseerimine naftatekke peavööndi ning nafta- ja gaasimaardlate kontsentratsiooni põhiintervalli suhte järgi (A. A. Fayzulaev, 1992, koos muudatuste ja täiendustega)

Basseini tüübid: ma- lahutatud; II - Sulge; III - ühinenud. Basseini nimi: 1 - Kaspia lõunaosa; 2 - Viin; 3 - Mehhiko laht; 4 - pannoonia; 5 - Lääne-Siber; 6 - Perm, 7 - Volga-Uralski. Vertikaalne tsoneerimine: 1 - ülemine transpordipiirkond: 2 - õli kogunemise silmapiirkond: 3 - alumine transiiditsoon; 4 - GFN (õlitootmiskeskused); 5 - GFG (gaasitootmiskeskused); 6 - süsivesinike migratsiooni suund; 7 – süsivesinike geoloogilisi varusid või maardlate arvu kajastav ala, %

Tootmiskeskuste asukoha määrab basseini temperatuurirežiim ning nafta- ja gaasimaardlate asukoha määravad eelkõige süsivesinike lahuste kondenseerumise termobaarsed tingimused ja migratsiooni liikumise energiakadu. Esimene tingimus on individuaalne üksikute basseinide puhul, teine on üldiselt universaalne kõikide basseinide jaoks. Seega eristatakse igas basseinis alt üles mitu HC käitumise geneetilist tsooni: HC tekke ja HC-lahuste moodustumise alumine ehk põhitsoon, alumine HC-lahuse transiittsoon, HC-lahuse põhiline akumulatsioonitsoon. veehoidla ja ülemine HC-lahuse transiiditsoon ning nende väljumine päevapinnale. Lisaks tekib süvamere settebasseinides ja subpolaarsetes piirkondades asuvates basseinides vesikonna ülaosas gaasihüdraatide tsoon.

Vaadeldav nafta ja gaasi moodustumise stsenaarium võimaldab kvantifitseerida HC moodustumise kiirust nafta- ja gaasibasseinides, kus toimub intensiivne vajumine ja seega ka tänapäevase intensiivse HC moodustumise tingimustes. Nafta ja gaasi moodustumise intensiivsuse kõige silmatorkavam näitaja on looduslikud nafta- ja gaasinäitajad tänapäevastes settebasseinides. Nafta loomulik imbumine on tekkinud mitmel pool maailmas: Austraalia rannikul, Alaska, Venezuela, Kanada, Mehhiko, USA, Pärsia lahes, Kaspia meres, saare lähedal. Trinidad. Nafta ja gaasi tootmise kogumahud on märkimisväärsed. Nii et California ranniku lähedal asuvas Santa Barbara merebasseinis tuleb ainult ühest põhjaosast kuni 11 tuhat l / s naftat (kuni 4 miljonit tonni aastas). Selle üle 10 tuhande aasta tegutsenud allika avastas 1793. aastal D. Vancouver [15]. FG Dadaševi ja teiste arvutused näitasid, et Absheroni poolsaare piirkonnas satub aastas päeva pinnale miljardeid kuupmeetreid gaasi ja mitu miljonit tonni naftat. Need on kaasaegse nafta ja gaasi moodustumise saadused, mis ei jää lõksu ja vett läbilaskvate, veega täidetud moodustiste vahele. Järelikult tuleks HC tootmise eeldatavat ulatust mitu korda suurendada.

Gaasi moodustumise tohutust kiirusest annavad ühemõtteliselt tunnistust gaasihüdraatide paksud kihid Maailma ookeani tänapäevastes setetes. Juba on loodud rohkem kui 40 gaasi hüdratatsiooni jaotuspiirkonda, mis sisaldavad palju triljoneid kuupmeetreid gaasi. A. M. Nadežnõi ja V. I. Bondarenko jälgisid Okhotski meres 5000 m suuruse gaasihüdraadikihi moodustumist.²mis sisaldab 2 triljonit m³ süsivesinikgaas [5]. Kui maardlate vanuseks loetakse 1 miljon aastat, siis gaasi voolukiirus ületab 2 miljonit m³/ aastas [5]. Beringi meres esineb intensiivne imbumine [14].

Vaatlused Lääne-Siberi põldudel (Verkhnekolikeganskoje, Severo-Gubkinskoje jt) näitasid õlide koostise muutust kaevust kaevu suunas, mis on seletatav HC sissevooluga mööda peidetud pragusid ja murde (joonis 4) sügavamast HC allikast. põlvkond, mis viitab ühemõtteliselt süsivesinike transiidi tsoonides varjatud laadi rikete ja pragude esinemisele (ghost-faults), mis on aga ajaseismilistel joontel üsna hästi jälgitavad.

Riis. 4. BP kihistu õlireservuaari tekkemudel₁₀, Severo-Gubkinskoje väli (Lääne-Siber)

ma - profiiliosa; II - õliproovide üldistatud kromatogrammid. Nafta hoiused: 1 - "esmane"; 2 - "teisesed" kompositsioonid; 3 - süsivesinike liikumissuund tootmisallikast; 4 - kaevude arv; 5 - pragu; 6 - kromatogrammid (a - n-alkaanid, b - isoprenoidalkaanid). KOOS - süsiniku hulk molekulis

Häirete tsoonis asuvatest kaevudest võetud õliproovid on väiksema tihedusega, suurema bensiinifraktsioonide saagisega ja kõrgema pristaani-fütaanisoprenaanide suhtega kui proovid, mis on võetud reservuaari keskosast, mis asub väiksema tsoonis. tõusva vedelikuvoolu ja varasema sissevoolu peegeldavate õlide mõju. Merepõhja hüdrotermiliste ja süsivesinike imbumise tänapäevaste vormide uurimine võimaldas V. Ya. Trotsjukil eristada need loodusnähtuste erirühma, mida ta nimetas "vedeliku läbimurde struktuurideks" [13].

Süsivesinike moodustumise kiiret kiirust tõendab ühemõtteliselt hiiglaslike gaasi- ja naftamaardlate olemasolu, eriti kui need piirduvad kvaternaaris tekkinud püünistega.

Sellest annavad tunnistust ka raskete õlide hiiglaslikud mahud Athabasca põllu ülemkriidiajastu kihtides Kanadas või Venezuela Orinoco basseini oligotseeni kivimites. Elementaarsed arvutused näitavad, et 500 miljardi tonni Venezuelast pärit raske nafta moodustamiseks kulus 1,5 triljonit tonni vedelaid süsivesinikke ja kui oligotseen kestis vähem kui 30 miljonit aastat, oleks süsivesinike sissevoolu kiirus pidanud ületama 50 tuhat tonni aastas. On juba ammu teada, et naftatootmine taastati mõne aasta pärast Bakuu ja Groznõi oblasti vanade põldude mahajäetud kaevudest. Veelgi enam, Starogroznenskoje, Oktjabrskoje, Malgobeki Groznõi väljade ammendatud maardlates on aktiivsed puurkaevud, mille kogu naftatoodang on juba ammu ületanud esialgsed taastuvad varud.

Niinimetatud hüdrotermiliste õlide avastamine võib olla tõendiks kõrge õli moodustumise määra kohta [7]. Paljudes maailmaookeani tänapäevastes lõhede lohkudes (California laht jne) kõrge temperatuuriga vedelike mõjul asuvates kvaternaarisetetes on kindlaks tehtud vedela õli ilmingud, mille vanust võib hinnata mitmest aastast kuni 4000 aastani. -5000 aastat [7]. Kuid kui hüdrotermilist õli peetakse laboratoorse pürolüüsiprotsessi analoogiks, tuleks kiirust hinnata esimese arvuna.

Võrdlus teiste looduslike vedelikusüsteemidega, mis kogevad vertikaalset liikumist, võib olla kaudne tõend süsivesinike lahuste suure liikumiskiiruse kohta. Magmaatiliste ja vulkanogeensete sulade väljavalamise tohutu kiirus on üsna ilmne. Näiteks tänapäevane Etna purse toimub laava kiirusega 100 m / h. Huvitav on see, et vaiksetel perioodidel imbub ühe aasta jooksul vulkaani pinnalt varjatud häirete kaudu atmosfääri kuni 25 miljonit tonni süsihappegaasi. Ookeani keskharjade kõrgtemperatuursete hüdrotermiliste vedelike väljavoolukiirus, mis esineb vähemalt 20-30 tuhat aastat, on 1-5 m³/Koos. Nende süsteemidega seostatakse sulfiidide ladestumist niinimetatud "mustade suitsetajate" kujul. Maagikehasid moodustub kiirusega 25 miljonit tonni aastas ja protsessi enda kestvus on hinnanguliselt 1–100 aastat [1]. Huvitavad on OG Sorokhtini konstruktsioonid, kes usuvad, et kimberliidi sulad liiguvad mööda litosfääripragusid kiirusega 30–50 m/s [11]. See võimaldab sulal ületada mandri maakoore kivimid ja kuni 250 km paksune vahevöö vaid 1,5–2 tunniga [12].

Ülaltoodud näited näitavad esiteks mitte ainult süsivesinike tekke märkimisväärset kiirust, vaid ka nende lahuste liikumist läbi maakoore transiiditsoonide piki selles peidetud pragude ja häirete süsteeme. Teiseks, vajadus eristada settekihtide väga aeglast vajumise kiirust (m / miljonit aastat), aeglast kuumenemiskiirust (1 ° С / aastas kuni 1 ° С / miljonit aastat) ja vastupidi, süsivesinike väga kiiret kiirust. genereerimisprotsess ise ja nende viimine tekkeallikast looduslikes veehoidlates asuvatesse püünistesse või basseini päevapinnale. Kolmandaks, OM-i HC-ks muutumise protsess, millel on pulseeriv iseloom, areneb samuti üsna pikka aega miljonite aastate jooksul.

Kõik eelnev, kui see tõeks osutub, nõuab kaasaegsetes intensiivselt tootvates süsivesinike basseinides asuvate nafta- ja gaasiväljade arendamise põhimõtete radikaalset läbivaatamist. Lähtuvalt genereerimise määradest ja väljade arvust tuleks viimaste arendamine planeerida selliselt, et väljavõtmise määr oleks kindlas suhtes HC sisendiga tootmisallikatest. Selle tingimuse korral määravad mõned maardlad toodangu taseme, samas kui teised on oma varude loomulikul täiendamisel. Seega töötavad paljud naftat tootvad piirkonnad sadu aastaid, tagades stabiilse ja tasakaalustatud süsivesinike tootmise. See põhimõte peaks sarnaselt metsamaa kasutamise põhimõttega saama lähiaastatel nafta- ja gaasigeoloogia arengus olulisimaks

Nafta ja gaas on taastuvad loodusvarad ning nende arendamisel tuleks lähtuda süsivesinike tootmismahtude teaduslikult põhjendatud tasakaalust ja väljatöötamise käigus kasutamise võimalusest

Vaata ka: Vaikne tunne: nafta sünteesitakse kasutatud põldudel iseenesest

Boriss Aleksandrovitš Sokolov (1930-2004) - Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige, geoloogia- ja mineraloogiateaduste doktor, professor, fossiilkütuste geoloogia ja geokeemia osakonna juhataja, Moskva geoloogiateaduskonna dekaan (1992-2002) Riiklik Ülikool. MV Lomonosov, IM Gubkini auhinna laureaat (2004) tööde sarja "Nafta moodustumise vedelik-dünaamilise mudeli evolutsiooni-geodünaamilise kontseptsiooni loomine ning nafta- ja gaasibasseinide klassifitseerimine geodünaamilisel alusel" eest.

Guseva Antonina Nikolaevna (1918−2014) - keemiateaduste kandidaat, naftageokeemik, Moskva Riikliku Ülikooli geoloogiateaduskonna geoloogia ja fossiilkütuste geokeemia osakonna töötaja. M. V. Lomonossov.

Bibliograafia

1. Butuzova G. Yu. Hüdrotermiliste maakide moodustumise suhetest tektoonika, magmatismi ja Punase mere riftivööndi arengu ajalooga // Litol. ja kasulik. fossiil. 1991. nr 4.

2. Vassoevich N. B, Nafta setete-rände päritolu teooria (ajalooline ülevaade ja praegune seis) // Izv. NSVL Teaduste Akadeemia. Ser. geol. 1967. nr 11.

3. Guseva AN, Leifman IE, Sokolov BA Nafta ja gaasi tekke üldteooria loomise geokeemilised aspektid // Tez. aruanne II Üleliiduline. Süsiniku geokeemia nõukogu. M., 1986.

4. Guseva A. N Sokolov B. A. Nafta ja maagaas - kiiresti ja pidevalt moodustunud mineraalid // Tez. aruanne III üleliiduline. koosolekul. süsiniku geokeemia kohta. M., 1991. 1. köide.

5. Nadezhny AM, Bondarenko VI Gaashüdraadid Okhotski mere Kamtšatka-Pryparamushiri osas // Dokl. NSVL Teaduste Akadeemia. 1989. T. 306, nr 5.

6. Neruchev S. G., Ragozina E. A., Parparova G. M. jt Nafta ja gaasi moodustumine Domanik tüüpi setetes. L., 1986.

7. Symo not, BRT, Orgaanilise aine küpsemine ja õli moodustumine: hüdrotermiline aspekt, Geokhimiya, nr. 1986. D * 2.

8. Smirnov Ya. B., Kononov VI Geotermilised uuringud ja ülisügav puurimine // Sov. geol. 1991. nr 8.

9. Sokolov BA Nafta ja gaasi tekke isevõnkuv mudel Vestn. Seibid, mitte see. Ser. 4, Geoloogia. 1990. nr 5.

10. Sokolov BA Nafta- ja gaasigeoloogia mõnest uuest arengusuunast // Mineraal. res. Venemaa. 1992. nr 3.

11. Sokolov BA, Khann VE Nafta- ja gaasivarude uurimise teooria ja praktika Venemaal: tulemused ja ülesanded // Izv. NSVL Teaduste Akadeemia. Ser. geol. 1992. nr 8.

12. Sorokhtin OG Teemantkimberliitide ja nendega seotud kivimite teke laamtektoonika seisukohalt // Geodünam. maavaramaardlate analüüs ja tekke- ja paigutusmustrid. L., 1987. S., 92-107.

13. Trotsyuk V. Ya. Veealade settebasseinide naftaallika kivimid. M., 1992.

14. Abrams M. A. Geofüüsikalised ja geokeemilised tõendid süsivesinike lekke kohta Beringi meres, Alaska // Marine and Petroleum Geologv 1992. Vol. 9, nr 2.