Om möjligheten till snabb modern generation av olja och gas

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Redan 1993 bevisade ryska forskare att olja och gas är förnybara resurser. Och du behöver inte utvinna mer än vad som genereras som ett resultat av naturliga processer. Först då kan bytet betraktas som icke-barbariskt.

Det är allmänt accepterat i vissa jämförelser att använda bilden av två sidor av samma medalj. Jämförelsen är bildlig, men inte helt korrekt, eftersom medaljen även har en ribba som bestämmer tjockleken. Vetenskapliga begrepp, om vi jämför dem med en medalj, har, förutom sina egna vetenskapliga och tillämpade aspekter, ytterligare en - psykologisk, förknippad med att övervinna tänkandets tröghet och revidera den åsikt som hade utvecklats vid den tiden om detta fenomen.

Det psykologiska hindret kan kallas den vetenskapliga dogmatismens syndrom, eller det så kallade "sunta förnuftet". Att övervinna detta syndrom, som är en märkbar broms på vetenskapliga framsteg, består i att känna till ursprunget till dess utseende.

Idéerna om långsam bildning och ackumulering av olja och gas och, som en konsekvens, om utarmningen och oersättligheten av kolvätereserver (HC) i jordens inre dök upp i mitten av förra seklet tillsammans med rudimenten för olje- och gasgeologi. De var baserade på det spekulativa konceptet om oljegenerering som en process förknippad med utpressning av vatten och kolväten under nedsänkning och den ökande packningen av sedimentära bergarter med djup.

Långsamma sättningar och gradvis uppvärmning, som ägde rum under många miljoner år, gav upphov till illusionen av mycket långsam olje- och gasbildning. Det har blivit ett axiom att den extremt låga bildningshastigheten för kolväteavlagringar är ojämförlig med hastigheten för olje- och gasutvinning under fältdrift. Här var det ett utbyte av idéer om hastigheten för kemiska reaktioner under förstörelsen av organiskt material (OM) och dess omvandling till mobila gas-vätskekolväten, hastigheten för sättningar av sedimentära skikt och deras katogenetiska omvandling på grund av långsam, huvudsakligen ledande, uppvärmning. De enorma hastigheterna av kemiska reaktioner har ersatts av de relativt låga utvecklingshastigheterna för sedimentära bassänger. Det är denna omständighet som ligger till grund för begreppet varaktighet för olje- och gasbildning, och följaktligen uttömningen, oersättligheten av olje- och gasreserver inom överskådlig framtid.

Synen på långsam oljebildning fick allmänt erkännande och användes som grund för både ekonomiska begrepp och teorier om olje- och gasbildning. Många forskare, när de bedömer omfattningen av kolvätegenerering, introducerar begreppet "geologisk tid" i beräkningsformlerna som en faktor. Men tydligen bör dessa synpunkter diskuteras och revideras baserat på nya data [4, 9−11].

En viss avvikelse från traditionen kan ses redan i teorin om iscensättningen av oljebildning och idén om oljebildningens huvudfas (GEF), föreslog 1967 av NB Vassoevich [2]. Här visas det för första gången att generationstoppen faller på ett relativt smalt djup och därför ett tidsintervall som bestäms av den tid då moderskiktet befinner sig i temperaturzonen 60–150 °C.

Ytterligare studier av manifestationen av iscensättning visade att de viktigaste vågorna av olje- och gasbildning bryter upp i smalare toppar. Så, S. G. Neruchev et al. etablerade flera maxima för både GFN-zonen och GZG. Motsvarande generationstoppar motsvarar i effekt intervaller på bara några hundra meter. Och detta indikerar en signifikant minskning av varaktigheten av genereringen av stötvågor och samtidigt en signifikant ökning av dess hastighet [6].

Höga frekvenser av HC-generering följer också av den moderna modellen av denna process. Olje- och gasbildning i sedimentbassängen betraktas som en självutvecklande kemisk process i flera steg, uttryckt genom växling mellan sönderdelning (destruktion) och syntesreaktioner och fortskrider under verkan av både den "biologiska" (sol) energin som lagras av organiska föreningar och energin från jordens endogena värme, och, som visas av resultaten av superdjupa borrningar, kommer det mesta av värmen in i litosfärens bas och rör sig i litosfären genom konvektion. Andelen värme som är förknippad med radioaktivt sönderfall står för mindre än en tredjedel av dess totala mängd [8]. Man tror att i zoner med tektonisk kompression är värmeflödet cirka 40 mW / m², och i spänningszoner når dess värden 60−80 mW / m²… De maximala värdena fastställs i sprickorna i mitten av havet - 400-800 mW / m²… De låga värdena som observeras i unga depressioner som södra Kaspiska havet och Svarta havet är förvrängda på grund av ultrahöga sedimentationshastigheter (0,1 cm / år). Faktum är att de också är ganska höga (80-120 mW / m²) [8].

Nedbrytning av OM och syntes av kolväten som kemiska reaktioner fortskrider extremt snabbt. Reaktionerna av förstörelse och syntes bör betraktas som revolutionära vändpunkter som leder till uppkomsten av olja och gas, med deras efterföljande koncentration i reservoaren mot den allmänna bakgrunden av långsam evolutionär sänkning och uppvärmning av de sedimentära skikten. Detta faktum bekräftades på ett övertygande sätt av laboratoriestudier av kerogenpyrolys.

Nyligen, för att beskriva de snabbt uppträdande fenomenen med omvandling av ett ämne från ett tillstånd till ett annat, har man börjat använda begreppet "anastrofi", som föreslagits av den svenske kemisten H. Balchevsky. Bildandet av kolväteföreningar från sönderfallande organiskt material, som sker i ett hopp med en enorm hastighet, bör klassas som anastrofisk.

Det moderna scenariot för olje- och gasbildning är ritat enligt följande. Det organiska materialet i de sedimentära skikten i avtagande bassängen genomgår en serie omvandlingar. I sedimentogenes- och diagenesstadiet bryts huvudgrupperna av biopolymerer (fetter, proteiner, kolhydrater, lignin) ned och olika typer av geopolymerer ackumuleras i sedimentet och skapar kerogen i sedimentära bergarter. Samtidigt sker en snabb syntes (geoanastrofi) av kolvätegaser, som kan ackumuleras under de första tätningarna, skapa gashydratskikt i bottenskiktet eller permafrostområdena och bilda naturgasutlopp på ytan eller i botten av reservoarer (Fig.. 1).

Ris. 1. Schema för gashydratbildning i Paramushir-delen av Okhotskhavet (enligt [5]): 1 - sedimentärt lager; 2 - konsoliderade lager; 3 - bildande gashydratskikt; 4 - gaskoncentrationszon; 5 - riktning för gasmigrering; 6 - botten gasuttag. Vertikal skala i sekunder

I stadiet av katogenetisk omvandling av sedimentära bergarter sker termodestruktion av geopolymerer och termokatalytisk anastrofi av petroleumkolväten från syrehaltiga fragment av lipid- och isoprenoidföreningar som frigörs från kerogena former av dispergerat organiskt material [31]. Som ett resultat skapas vätske- och gaskolväten, som bildar migrerande kolvätelösningar, som passerar från moderskikten till reservoarhorisonter och vätskeledande förkastningar.

HC-lösningar som mättar naturliga reservoarer, antingen koncentreras i sina upphöjda delar i form av individuella ansamlingar av olja och gas, eller när de rör sig uppåt längs tektoniska förkastningar, faller de in i zoner med lägre temperaturer och tryck och där bildar de avlagringar av olika slag, eller, med en hög intensitet av processen, kommer de ut på dagytan i form av naturliga olje- och gasmanifestationer.

En analys av läget för olje- och gasfält i CIS-bassängerna (Fig. 2) och världen indikerar entydigt att det finns en global nivå på 1-3 km koncentration av olje- och gasansamlingar och cirka 90 % av alla kolvätereserver är förknippade med det.

Ris. 2. Djupfördelning av olje- och gasreserver i CIS-bassängerna (enligt A. G. Gabrielyants, 1991)

medan genereringskällorna är belägna på djup från 2 till 10 km (fig. 3).

Ris. 3. Typificering av bassänger enligt förhållandet mellan oljebildningens huvudzon och huvudintervallet för koncentration av olje- och gasavlagringar (enligt A. A. Fayzulaev, 1992, med ändringar och tillägg)

Pooltyper: jag- oeniga; II - stänga; III - förenade. Poolens namn: 1 - Södra Kaspiska havet; 2 - Wien; 3 - Mexikanska golfen; 4 - pannoniska 5 - Västsibirisk; 6 - Perm, 7 - Volga-Uralsky. Vertikal zonindelning: 1 - Övre transitområdet: 2 - ögonzonen för oljeansamling: 3 - Nedre transitzon; 4 - GFN (centraler för oljeproduktion). 5 - GFG (centraler för gasproduktion). 6 - riktning för migration av kolväten; 7 - området som återspeglar de geologiska reserverna av kolväten eller antalet fyndigheter, %

Placeringen av produktionscentra bestäms av bassängens temperaturregim, och positionen för olje- och gasavlagringar bestäms i första hand av de termobariska förhållandena för kondensation av kolvätelösningar och förlusten av energi vid migrationsrörelser. Det första villkoret är individuellt för enskilda pooler, det andra är generellt universellt för alla pooler. I alla bassänger, nerifrån och upp, urskiljs således flera genetiska zoner av HC-beteende: den nedre eller huvudzonen för HC-generering och HC-lösningsbildning, den nedre transitzonen för HC-lösning, den huvudsakliga HC-lösningsackumuleringszonen i reservoaren och den övre transitzonen för HC-lösning, och deras utgång till dagytan. Dessutom, i djupvatten marina sedimentära bassänger och bassänger belägna i de subpolära regionerna, uppträder en zon av gashydrater på toppen av bassängen.

Det övervägda scenariot med olje- och gasbildning gör det möjligt att kvantifiera hastigheten för HC-bildning i olje- och gasbassänger som genomgår intensiva sättningar och därför under förhållanden med intensiv modern HC-bildning. Den mest slående indikatorn på intensiteten av olje- och gasbildning är naturolja och gas i moderna sedimentationsbassänger. Naturligt läckage av olja har etablerats i många delar av världen: utanför Australiens kust, Alaska, Venezuela, Kanada, Mexiko, USA, i Persiska viken, Kaspiska havet, utanför ön. Trinidad. De totala volymerna av olje- och gasproduktion är betydande. Så i Santa Barbaras havsbassäng utanför Kaliforniens kust kommer upp till 11 tusen l / s olja från endast en del av botten (upp till 4 miljoner ton / år). Denna källa, som fungerade i mer än 10 tusen år, upptäcktes 1793 av D. Vancouver [15]. Beräkningar utförda av FG Dadashev och andra visade att i området av Absheron-halvön kommer miljarder kubikmeter gas och flera miljoner ton olja per år ut på dagens yta. Dessa är produkter från modern olje- och gasbildning, inte instängda av fällor och permeabla, vattenfyllda formationer. Följaktligen bör den förväntade omfattningen av HC-generering ökas många gånger.

De enorma hastigheterna för gasbildning är otvetydigt bevisade av de tjocka skikten av gashydrater i de moderna sedimenten i världshavet. Mer än 40 regioner för gashydreringsdistribution har redan etablerats, som innehåller många biljoner kubikmeter gas. I Okhotskhavet observerade A. M. Nadezhny och V. I. Bondarenko bildandet av ett gashydratskikt med en yta på 5000 m²innehållande 2 biljoner m³ kolvätegas [5]. Om avlagringarnas ålder anses vara 1 miljon år, överstiger gasflödet 2 miljoner m³/ år [5]. Intensivt läckage förekommer i Berings hav [14].

Observationer vid fälten i västra Sibirien (Verkhnekolikeganskoye, Severo-Gubkinskoye, etc.) visade en förändring i sammansättningen av oljor från brunn till brunn, förklarad av HC-inflöde längs dolda sprickor och sprickor (fig. 4) från en djupare källa av HC generering, vilket otvetydigt indikerar förekomsten av i zonerna för kolvätetransitering, förkastningar och sprickor av dold karaktär (spökfel), som dock är ganska väl spårade på tidsseismiska linjer.

Ris. 4. Modell av bildandet av en oljereservoar i BP-formationen₁₀, Severo-Gubkinskoye-fältet (västra Sibirien)

jag - profilsektion; II - generaliserade kromatogram av oljeprover. Oljeavlagringar: 1 - "primär"; 2 - "sekundära" kompositioner; 3 - rörelseriktning för kolväten från genereringskällan; 4 - antal brunnar; 5 - spricka; 6 - kromatogram (a - n-alkaner, b - isoprenoidalkaner). MED - mängden kol i molekylen

Oljeprover från brunnar belägna i störningszonen har en lägre densitet, ett högre utbyte av bensinfraktioner och högre värden på förhållandet pristan-fytan isoprenaner än prover från den centrala delen av reservoaren, som är i zonen med mindre påverkan av det stigande vätskeflödet och reflekterande oljor från tidigare inflöde. Studiet av moderna former av hydrotermisk och kolväteläckage på havsbotten gjorde det möjligt för V. Ya Trotsyuk att särskilja dem i en speciell grupp av naturfenomen, som han kallade "strukturer för vätskegenombrott" [13].

Den höga graden av kolvätebildning bevisas otvetydigt av förekomsten av gigantiska fyndigheter av gas och olja, särskilt om de är begränsade till fällor som bildas i kvartären.

Detta bevisas också av de gigantiska volymerna tungoljor i de övre kritaskikten av Athabascafältet i Kanada eller i de oligocena klipporna i Orinoco Basin i Venezuela. Elementära beräkningar visar att 500 miljarder ton tjockolja från Venezuela krävde 1,5 biljoner ton flytande kolväten för deras bildning, och när oligocenen varade mindre än 30 miljoner år, borde inflödet av kolväte ha överstigit 50 tusen ton/år. Det har länge varit känt att oljeproduktionen återställdes efter några år från övergivna brunnar på gamla fält i Baku- och Grozny-regionerna. Dessutom finns det aktiva brunnar i de uttömda fyndigheterna i Grozny-fälten Starogroznenskoye, Oktyabrskoye, Malgobek, vars totala oljeproduktion länge har överskridit de initiala utvinningsbara reserverna.

Upptäckten av de så kallade hydrotermiska oljorna kan tjäna som bevis på höga hastigheter av oljebildning [7]. I ett antal moderna spricksänkningar i världshavet (Kaliforniska viken, etc.) i kvartära sediment under påverkan av högtemperaturvätskor har manifestationer av flytande olja etablerats, dess ålder kan uppskattas från flera år till 4000 -5000 år [7]. Men om hydrotermisk olja anses vara en analog till en laboratoriepyrolysprocess, bör hastigheten uppskattas som den första siffran.

Jämförelse med andra naturliga vätskesystem som upplever vertikal rörelse kan tjäna som indirekt bevis på höga rörelsehastigheter för kolvätelösningar. De enorma hastigheterna för utgjutningen av magmatiska och vulkanogena smältor är ganska uppenbara. Till exempel inträffar det moderna utbrottet av Etna med en lavahastighet på 100 m / h. Det är intressant att under lugna perioder sipprar upp till 25 miljoner ton koldioxid in i atmosfären från vulkanens yta genom dolda störningar under ett år. Utflödeshastigheten för hydrotermiska vätskor med hög temperatur från åsarna i mitten av havet, som inträffar i minst 20-30 tusen år, är 1-5 m³/Med. Bildandet av sulfidavlagringar i form av så kallade "svarta rökare" är förknippat med dessa system. Malmkroppar bildas med en hastighet av 25 miljoner ton/år och varaktigheten av själva processen uppskattas till 1–100 år [1]. Av intresse är konstruktionerna av OG Sorokhtin, som tror att kimberlitsmältor rör sig längs litosfäriska sprickor med en hastighet av 30–50 m/s [11]. Detta gör att smältan kan övervinna bergarter i den kontinentala skorpan och manteln upp till 250 km tjock på bara 1,5–2 timmar [12].

Ovanstående exempel indikerar, för det första, betydande hastigheter av inte bara generering av kolväten, utan också rörelsen av deras lösningar genom transitzonerna i jordskorpan längs systemen med dolda sprickor och störningar i den. För det andra, behovet av att skilja mellan mycket långsamma sättningshastigheter av sedimentära skikt (m / mln år), långsamma uppvärmningshastigheter (från 1 ° С / år till 1 ° С / miljoner år) och, omvänt, mycket snabba hastigheter för kolvätet själva generationsprocessen och flytta dem från genereringskällan till fällor i naturliga reservoarer eller till bassängens dagyta. För det tredje, själva processen för omvandling av OM till HC, som har en pulserande karaktär, utvecklas också under en ganska lång tid över miljontals år.

Allt ovanstående, om det visar sig vara sant, kommer att kräva en radikal översyn av principerna för utveckling av olje- och gasfält belägna i moderna, intensivt genererande kolvätebassänger. Baserat på genereringstakten och antalet fält bör utvecklingen av de senare planeras på ett sådant sätt att uttagstakten är i ett visst förhållande till graden av HC-tillförsel från genereringskällorna. Under detta villkor kommer vissa fyndigheter att bestämma produktionsnivån, medan andra kommer att vara på naturlig påfyllning av sina reserver. Således kommer många oljeproducerande regioner att fungera i hundratals år, vilket ger en stabil och balanserad produktion av kolväten. Denna princip, i likhet med principen om skogsmarksexploatering, bör bli den viktigaste i utvecklingen av olje- och gasgeologin under de kommande åren

Olja och gas är förnybara naturresurser och deras utveckling bör byggas på en vetenskapligt grundad balans mellan volymer för produktion av kolväten och möjligheten till uttag under fältdrift

Se även: Tyst förnimmelse: olja syntetiseras av sig själv på förbrukade fält

Boris Alexandrovich Sokolov (1930-2004) - Motsvarande ledamot av Ryska vetenskapsakademin, doktor i geologiska och mineralogiska vetenskaper, professor, chef för avdelningen för geologi och geokemi för fossila bränslen, dekanus för geologiska fakulteten (1992-2002) i Moskva State University. MV Lomonosov, pristagare av IM Gubkin-priset (2004) för en serie verk "Skapande av ett evolutionärt-geodynamiskt koncept för en vätskedynamisk modell för oljebildning och klassificering av olje- och gasbassänger på geodynamisk basis."

Guseva Antonina Nikolaevna (1918−2014) - kandidat för kemiska vetenskaper, petroleumgeokemist, anställd vid institutionen för geologi och geokemi för fossila bränslen vid den geologiska fakulteten vid Moscow State University. M. V. Lomonosov.

Bibliografi

1. Butuzova G. Yu Om förhållandet mellan hydrotermisk malmbildning med tektonik, magmatism och historien om utvecklingen av sprickzonen i Röda havet // Litol. och användbar. fossil. 1991. Nr 4.

2. Vassoevich N. B, Theory of sedimentary-migration origin of oil (historisk översikt och aktuellt tillstånd) // Izv. USSR:s vetenskapsakademi. Ser. geol. 1967. Nr 11.

3. Guseva AN, Leifman IE, Sokolov BA Geokemiska aspekter av skapandet av en allmän teori om olje- och gasbildning // Tez. Rapportera II All-Union. Kolgeokemirådet. M., 1986.

4. Guseva A. N Sokolov B. A. Olja och naturgas - snabbt och ständigt bildade mineraler // Tez. Rapportera III All-Union. möte. om kolgeokemi. M., 1991. Vol. 1.

5. Nadezhny AM, Bondarenko VI Gashydrater i Kamchatka-Pryparamushir-delen av Okhotskhavet // Dokl. USSR:s vetenskapsakademi. 1989. T. 306, nr 5.

6. Neruchev S. G., Ragozina E. A., Parparova G. M. et al. Olje- och gasbildning i sediment av Domanik-typ. L., 1986.

7. Symo neit, BRT, Mognad och oljebildning av organiskt material: hydrotermisk aspekt, Geokhimiya, nr. 1986. D * 2.

8. Smirnov Ya. B., Kononov VI Geotermisk forskning och superdjup borrning // Sov. geol. 1991. Nr 8.

9. Sokolov BA Självoscillerande modell av olje- och gasbildning Vestn. Brickor, o-det. Ser. 4, Geologi. 1990. Nr 5.

10. Sokolov BA Om några nya utvecklingsriktningar för olje- och gasgeologi // Mineral. res. Ryssland. 1992. Nr 3.

11. Sokolov BA, Khann VE Teori och praktik för olje- och gasprospektering i Ryssland: resultat och uppgifter // Izv. USSR:s vetenskapsakademi. Ser. geol. 1992. Nr 8.

12. Sorokhtin OG Bildning av diamantliknande kimberliter och relaterade bergarter ur platttektonikens synvinkel // Geodynam. analys och mönster för bildning och placering av mineralfyndigheter. L., 1987. S. 92−107.

13. Trotsyuk V. Ya Oljekällan från sedimentära bassänger i vattenområden. M., 1992.

14. Abrams M. A. Geofysiska och geokemiska bevis för underjordiska kolväteläckage i Beringshavet, Alaska // Marine and Petroleum Geologv 1992. Vol. 9, nr 2.