Om muligheden for hurtig moderne generation af olie og gas

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Tilbage i 1993 beviste russiske videnskabsmænd, at olie og gas er vedvarende ressourcer. Og du behøver ikke at udvinde mere, end der genereres som et resultat af naturlige processer. Først da kan byttet betragtes som ikke-barbarisk.

Det er generelt accepteret i nogle sammenligninger at bruge billedet af to sider af samme medalje. Sammenligningen er billedlig, men ikke helt præcis, da medaljen også har en ribbe, der bestemmer tykkelsen. Videnskabelige begreber, hvis vi sammenligner dem med en medalje, har, ud over deres egne videnskabelige og anvendte aspekter, endnu en - psykologisk, forbundet med at overvinde tænkningens træghed og revidere den mening, der havde udviklet sig på det tidspunkt om dette fænomen.

Den psykologiske hindring kan kaldes syndromet for videnskabelig dogmatisme, eller den såkaldte "sunde fornuft". At overvinde dette syndrom, som er en mærkbar bremse på videnskabelige fremskridt, består i at kende oprindelsen til dets udseende.

Ideerne om langsom dannelse og akkumulering af olie og gas og, som en konsekvens heraf, om udtømning og uerstattelighed af kulbrintereserver (HC) i Jordens indre dukkede op i midten af forrige århundrede sammen med olie- og gasgeologiens rudimenter.. De var baseret på det spekulative koncept om olieproduktion som en proces forbundet med udpressning af vand og kulbrinter under nedsænkning og den stigende komprimering af sedimentære bjergarter med dybde.

Langsomt nedsynkning og gradvis opvarmning, der fandt sted over mange millioner år, gav anledning til illusionen om meget langsom olie- og gasdannelse. Det er blevet et aksiom, at den ekstremt lave hastighed for dannelse af kulbrinteforekomster er uforlignelig med hastigheden af olie- og gasudvinding under feltdrift. Her var der en udskiftning af ideer om hastighederne af kemiske reaktioner under ødelæggelsen af organisk stof (OM) og dets omdannelse til mobile gas-flydende kulbrinter, hastighederne for nedsynkning af sedimentære lag og deres katagenetiske omdannelse på grund af langsom, hovedsagelig ledende, opvarmning. De enorme hastigheder af kemiske reaktioner er blevet erstattet af de relativt lave udviklingshastigheder af sedimentære bassiner. Det er denne omstændighed, der ligger til grund for konceptet om varigheden af olie- og gasdannelsen og som følge heraf udtømningen, uerstatteligheden af olie- og gasreserverne i en overskuelig fremtid.

Synspunkterne på langsom oliedannelse fik universel anerkendelse og blev brugt som grundlag for både økonomiske begreber og teorier om olie- og gasdannelse. Mange forskere introducerer, når de vurderer omfanget af kulbrinteproduktion, begrebet "geologisk tid" i beregningsformlerne som en faktor. Men tilsyneladende bør disse synspunkter, baseret på nye data, diskuteres og revideres [4, 9−11].

En vis afvigelse fra traditionen kan allerede ses i teorien om iscenesættelse af oliedannelse og ideen om hovedfasen af oliedannelse (GEF), foreslået i 1967 af NB Vassoevich [2]. Her er det for første gang vist, at generationstoppen falder på en relativt smal dybde og derfor et tidsinterval bestemt af den tid, moderlaget er i temperaturzonen på 60–150 °C.

Yderligere undersøgelse af manifestationen af iscenesættelse viste, at de vigtigste bølger af olie- og gasdannelse bryder op i smallere toppe. Så S. G. Neruchev et al. Etablerede flere maksima for både GFN-zonen og GZG. De tilsvarende generationstoppe svarer i effekt til intervaller på kun et par hundrede meter. Og dette indikerer en signifikant reduktion i varigheden af genereringen af chokbølger og på samme tid en signifikant stigning i dens hastighed [6].

Høje rater af HC-generering følger også af den moderne model af denne proces. Olie- og gasdannelse i det sedimentære bassin betragtes som en selvudviklende flertrins kemisk proces, udtrykt ved vekslen mellem nedbrydning (destruktion) og syntesereaktioner og forløber under påvirkning af både den "biologiske" (solenergi) lagret af organiske forbindelser og energien fra Jordens endogene varme, og som vist af resultaterne af superdyb boring, kommer det meste af varmen ind i bunden af litosfæren og bevæger sig i litosfæren ved konvektion. Andelen af varme forbundet med radioaktivt henfald udgør mindre end en tredjedel af dens samlede mængde [8]. Det antages, at i zoner med tektonisk kompression er varmestrømmen omkring 40 mW / m², og i spændingszoner når dens værdier 60−80 mW / m²… De maksimale værdier er fastsat i sprækkerne i midten af havet - 400-800 mW / m²… De lave værdier observeret i unge lavninger som det sydlige kaspiske hav og Sortehavet er forvrænget på grund af ultrahøje sedimentationshastigheder (0,1 cm/år). Faktisk er de også ret høje (80-120 mW/m²) [8].

Nedbrydning af OM og syntese af kulbrinter som kemiske reaktioner forløber ekstremt hurtigt. Reaktionerne af ødelæggelse og syntese bør betragtes som revolutionære vendepunkter, der fører til udseendet af olie og gas, med deres efterfølgende koncentration i reservoiret mod den generelle baggrund af langsom evolutionær nedsynkning og opvarmning af de sedimentære lag. Dette faktum blev overbevisende bekræftet af laboratorieundersøgelser af kerogen pyrolyse.

For nylig er man begyndt at bruge udtrykket "anastrofi", foreslået af den svenske kemiker H. Balchevsky, for at beskrive de hurtigt opståede fænomener med omdannelsen af et stof fra en tilstand til en anden. Dannelsen af kulbrinteforbindelser fra nedbrydende organisk stof, som sker i et spring med en enorm hastighed, bør klassificeres som anastrofisk.

Det moderne scenarie for olie- og gasdannelse er tegnet som følger. Det organiske stof i de sedimentære lag i det aftagende bassin gennemgår en række transformationer. På stadiet af sedimentogenese og diagenese nedbrydes hovedgrupperne af biopolymerer (fedtstoffer, proteiner, kulhydrater, lignin), og forskellige typer geopolymerer akkumuleres i sedimentet og skaber kerogen i sedimentære bjergarter. Samtidig er der en hurtig syntese (geoanastrofi) af kulbrintegasser, som kan ophobes under de første tætninger, skabe gashydratlag i bundlaget eller permafrostområderne og danne naturgasudløb på overfladen eller i bunden af reservoirer (fig.. 1).

Ris. 1. Skema for gashydratdannelse i Paramushir-delen af Okhotskhavet (ifølge [5]): 1 - sedimentært lag; 2 - konsoliderede lag; 3 - danner gashydratlag; 4 - gaskoncentrationszone; 5 - retning af gasmigration; 6 - bundgasudtag. Lodret skala i sekunder

På stadiet af katagenetisk transformation af sedimentære bjergarter finder termodestruktion af geopolymerer og termokatalytisk anastrofi af petroleumscarbonhydrider fra oxygenholdige fragmenter af lipid- og isoprenoidforbindelser frigivet fra kerogenformer af dispergeret organisk materiale sted [31]. Som et resultat dannes der flydende og gaskulbrinter, som danner migrerende kulbrinteopløsninger, der passerer fra moderlagene til reservoirhorisonter og væskeledende forkastninger.

HC-løsninger, der mætter naturlige reservoirer, enten koncentrerer sig i deres hævede dele i form af individuelle ophobninger af olie og gas, eller når de bevæger sig opad langs tektoniske forkastninger, falder de ind i zoner med lavere temperaturer og tryk, og der danner de aflejringer af forskellige typer, eller, med en høj intensitet af processen, kommer de ud på dagoverfladen i form af naturlige olie- og gasmanifestationer.

En analyse af placeringen af olie- og gasfelter i CIS-bassinerne (Fig. 2) og verden indikerer utvetydigt, at der er et globalt niveau på 1-3 km koncentration af olie- og gasansamlinger og omkring 90 % af alle kulbrintereserver er forbundet med det.

Ris. 2. Dybdefordeling af olie- og gasreserver i CIS-bassinerne (ifølge A. G. Gabrielyants, 1991)

mens genereringskilderne er placeret på dybder fra 2 til 10 km (fig. 3).

Ris. 3. Typificering af bassiner i henhold til forholdet mellem hovedzonen for oliedannelse og hovedintervallet for koncentration af olie- og gasaflejringer (ifølge A. A. Fayzulaev, 1992, med ændringer og tilføjelser)

Pool typer: jeg- splittet; II - tæt; III - forenet. Pools navn: 1 - Det sydlige Kaspiske Hav; 2 - Wien; 3 - Den Mexicanske Golf; 4 - Pannonisk; 5 - Vestsibirisk; 6 - Perm, 7 - Volga-Uralsky. Lodret zoneinddeling: 1 - øvre transitområde: 2 - øjenzonen for olieophobning: 3 - nedre transitzone; 4 - GFN (olieproduktionscentre); 5 - GFG (gasproduktionscentre); 6 - migrationsretning for kulbrinter; 7 - det område, der afspejler de geologiske reserver af kulbrinter eller antallet af forekomster, %

Placeringen af generationscentrene bestemmes af bassinets temperaturregime, og positionen af olie- og gasaflejringer bestemmes primært af de termobariske betingelser for kondensering af kulbrinteopløsninger og tabet af energi ved migrationsbevægelser. Den første betingelse er individuel for individuelle pools, den anden er generelt universel for alle pools. I et hvilket som helst bassin skelnes der således fra bunden og op ad flere genetiske zoner med HC-adfærd: den nedre eller hovedzone for HC-generering og HC-opløsningsdannelse, den nedre HC-opløsnings-transitzone, den vigtigste HC-opløsnings-akkumuleringszone i reservoiret og den øvre HC-opløsnings transitzone og deres udgang til dagoverfladen. Derudover optræder en zone af gashydrater i toppen af bassinet i dybvandede marine sedimentære bassiner og bassiner i de subpolære områder.

Det overvejede scenarie for olie- og gasdannelse gør det muligt at kvantificere hastigheden af HC-dannelse i olie- og gasbassiner, der gennemgår intense nedsynkninger og derfor under betingelser med intensiv moderne HC-dannelse. Den mest slående indikator for intensiteten af olie- og gasdannelse er naturolie og gasshows i moderne sedimentationsbassiner. Naturlig nedsivning af olie er blevet etableret i mange dele af verden: ud for kysten af Australien, Alaska, Venezuela, Canada, Mexico, USA, i Den Persiske Golf, Det Kaspiske Hav, ud for øen. Trinidad. De samlede mængder af olie- og gasproduktion er betydelige. Så i Santa Barbaras havbassin ud for Californiens kyst kommer op til 11 tusind l / s olie fra kun en del af bunden (op til 4 millioner tons / år). Denne kilde, der har fungeret i mere end 10 tusind år, blev opdaget i 1793 af D. Vancouver [15]. Beregninger udført af FG Dadashev og andre viste, at i området af Absheron-halvøen kommer milliarder af kubikmeter gas og flere millioner tons olie om året ud på dagens overflade. Disse er produkter af moderne olie- og gasdannelse, ikke fanget af fælder og permeable, vandfyldte formationer. Derfor bør den forventede skala for HC-generering øges mange gange.

De enorme gasdannelseshastigheder er utvetydigt bevist af de tykke lag af gashydrater i de moderne sedimenter i Verdenshavet. Der er allerede etableret mere end 40 regioner med gashydreringsdistribution, som indeholder mange billioner kubikmeter gas. I Okhotskhavet observerede A. M. Nadezhny og V. I. Bondarenko dannelsen af et gashydratlag med et areal på 5000 m²indeholdende 2 billioner m³ kulbrintegas [5]. Hvis aflejringernes alder anses for 1 million år, overstiger gasstrømningshastigheden 2 millioner m³/ år [5]. Intens nedsivning forekommer i Beringhavet [14].

Observationer ved felterne i det vestlige Sibirien (Verkhnekolikeganskoye, Severo-Gubkinskoye, etc.) viste en ændring i sammensætningen af olier fra brønd til brønd, forklaret med HC-tilstrømning langs skjulte revner og brud (fig. 4) fra en dybere kilde til HC generation, hvilket entydigt indikerer tilstedeværelsen af i zonerne for kulbrintetransit, fejl og revner af skjult karakter (spøgelsesfejl), som dog er ret godt sporet på tidsseismiske linjer.

Ris. 4. Model over dannelsen af et oliereservoir i BP-formationen₁₀, Severo-Gubkinskoye-feltet (det vestlige Sibirien)

jeg - profilsektion; II - generaliserede kromatogrammer af olieprøver. Olieaflejringer: 1 - "primær"; 2 - "sekundære" kompositioner; 3 - bevægelsesretning for kulbrinter fra genereringskilden; 4 - antal brønde; 5 - revne; 6 - kromatogrammer (- en - n-alkaner, b - isoprenoidalkaner). MED - mængden af kulstof i molekylet

Olieprøver fra brønde placeret i forstyrrelseszonen har en lavere densitet, et højere udbytte af benzinfraktioner og højere værdier af pristan-fytan-isoprenaner-forholdet end prøver fra den centrale del af reservoiret, som er i zonen med mindre indflydelse af den stigende væskestrøm og reflekterende olier fra tidligere tilstrømning. Studiet af moderne former for hydrotermisk og kulbrinteudsivning på havbunden gjorde det muligt for V. Ya. Trotsyuk at udskille dem i en særlig gruppe af naturfænomener, som han kaldte "strukturer af væskegennembrud" [13].

Den høje hastighed af kulbrintedannelse er utvetydigt bevist af eksistensen af gigantiske forekomster af gas og olie, især hvis de er begrænset til fælder dannet i kvartærtiden.

Dette bevises også af de gigantiske mængder af tunge olier i de øvre kridt-lag i Athabasca-feltet i Canada eller i de oligocæne klipper i Orinoco-bassinet i Venezuela. Elementære beregninger viser, at 500 milliarder tons svær olie fra Venezuela krævede 1,5 billioner tons flydende kulbrinter til deres dannelse, og når Oligocæn varede mindre end 30 millioner år, skulle kulbrintetilstrømningen have oversteget 50 tusinde tons/år. Det har længe været kendt, at olieproduktionen blev genoprettet efter et par år fra forladte brønde på gamle felter i Baku- og Grozny-regionerne. Desuden er der aktive brønde i de udtømte forekomster af Grozny-felterne Starogroznenskoye, Oktyabrskoye, Malgobek, hvis samlede olieproduktion længe har oversteget de oprindelige indvindelige reserver.

Opdagelsen af de såkaldte hydrotermiske olier kan tjene som bevis på høje hastigheder af oliedannelse [7]. I en række moderne sprækkedepressioner i Verdenshavet (Californienbugten osv.) i kvartære sedimenter under påvirkning af højtemperaturvæsker er manifestationer af flydende olie blevet etableret, dens alder kan estimeres fra flere år til 4000 -5000 år [7]. Men hvis hydrotermisk olie betragtes som en analog af en laboratoriepyrolyseproces, skal hastigheden estimeres som det første tal.

Sammenligning med andre naturlige væskesystemer, der oplever vertikal bevægelse, kan tjene som indirekte bevis på høje bevægelseshastigheder af kulbrinteopløsninger. De enorme hastigheder af udstrømning af magmatiske og vulkanogene smelter er ret indlysende. For eksempel sker det moderne udbrud af Etna med en lavahastighed på 100 m/t. Det er interessant, at der i rolige perioder siver op til 25 millioner tons kuldioxid ind i atmosfæren fra vulkanens overflade gennem skjulte forstyrrelser i løbet af et år. Udstrømningshastigheden af højtemperatur-hydrotermiske væsker fra midt-ocean-ryggene, som forekommer i mindst 20-30 tusind år, er 1-5 m³/Med. Dannelsen af sulfidaflejringer i form af såkaldte "sorte rygere" er forbundet med disse systemer. Malmlegemer dannes med en hastighed på 25 millioner tons/år, og varigheden af selve processen er estimeret til 1-100 år [1]. Af interesse er konstruktionerne af OG Sorokhtin, som mener, at kimberlitsmelter bevæger sig langs litosfæriske sprækker med en hastighed på 30-50 m/s [11]. Dette gør det muligt for smelten at overvinde klipperne i den kontinentale skorpe og kappe op til 250 km tyk på kun 1,5-2 timer [12].

Ovenstående eksempler indikerer for det første betydelige hastigheder af ikke kun dannelsen af kulbrinter, men også bevægelsen af deres opløsninger gennem transitzonerne i jordskorpen langs systemerne med skjulte revner og forstyrrelser i den. For det andet behovet for at skelne mellem meget langsomme nedsynkningshastigheder af sedimentære lag (m / mio. år), langsomme opvarmningshastigheder (fra 1 ° С / år til 1 ° С / mio. år) og omvendt meget hurtige hastigheder af kulbrinte selve generationsprocessen og flytte dem fra generationskilden til fælder i naturlige reservoirer eller til bassinets dagoverflade. For det tredje udvikler selve processen med transformation af OM til HC, som har en pulserende karakter, sig også i temmelig lang tid over millioner af år.

Alt ovenstående vil, hvis det viser sig at være sandt, kræve en radikal revision af principperne for udvikling af olie- og gasfelter beliggende i moderne, intensivt genererende kulbrintebassiner. Baseret på produktionshastighederne og antallet af felter bør udviklingen af sidstnævnte planlægges på en sådan måde, at tilbagetrækningshastigheden er i et vist forhold til mængden af HC-input fra produktionskilderne. Under denne betingelse vil nogle indskud bestemme produktionsniveauet, mens andre vil være på naturlig genopfyldning af deres reserver. Mange olieproducerende regioner vil således fungere i hundreder af år, hvilket giver en stabil og afbalanceret produktion af kulbrinter. Dette princip, i lighed med princippet om udnyttelse af skovjord, skulle blive det vigtigste i udviklingen af olie- og gasgeologi i de kommende år

Olie og gas er vedvarende naturressourcer, og deres udvikling bør bygges på grundlag af en videnskabeligt funderet balance mellem kulbrinteproduktionsmængder og muligheden for tilbagetrækning under feltdrift

Se også: Tavs fornemmelse: olie syntetiseres af sig selv på brugte marker

Boris Alexandrovich Sokolov (1930-2004) - Korresponderende medlem af det russiske videnskabsakademi, doktor i geologiske og mineralogiske videnskaber, professor, leder af afdelingen for geologi og geokemi af fossile brændstoffer, dekan for Geologisk Fakultet (1992-2002) i Moskva State University. MV Lomonosov, vinder af IM Gubkin-prisen (2004) for en række værker "Skabelsen af et evolutionært-geodynamisk koncept for en væskedynamisk model for oliedannelse og klassificering af olie- og gasbassiner på en geodynamisk basis."

Guseva Antonina Nikolaevna (1918−2014) - kandidat for kemiske videnskaber, petroleumsgeokemiker, ansat ved Institut for Geologi og Geokemi af Fossile Fuels fra det geologiske fakultet ved Moskva State University. M. V. Lomonosov.

Bibliografi

1. Butuzova G. Yu. Om forholdet mellem hydrotermisk malmdannelse med tektonik, magmatisme og historien om udviklingen af riftzonen i Det Røde Hav // Litol. og nyttigt. fossil. 1991. Nr. 4.

2. Vassoevich N. B, Theory of sedimentary-migration origin of oil (historisk gennemgang og nuværende tilstand) // Izv. USSRs Videnskabsakademi. Ser. geol. 1967. Nr. 11.

3. Guseva AN, Leifman IE, Sokolov BA Geokemiske aspekter af skabelsen af en generel teori om olie- og gasdannelse // Tez. rapport II All-Union. Carbon Geochemistry Council. M., 1986.

4. Guseva A. N Sokolov B. A. Olie og naturgas - hurtigt og konstant dannede mineraler // Tez. rapport III All-Union. møde. om kulstofgeokemi. M., 1991. bind 1.

5. Nadezhny AM, Bondarenko VI Gashydrater i Kamchatka-Pryparamushir-delen af Okhotskhavet // Dokl. USSRs Videnskabsakademi. 1989. T. 306, nr. 5.

6. Neruchev S. G., Ragozina E. A., Parparova G. M. et al. Olie- og gasdannelse i sedimenter af Domanik-typen. L., 1986.

7. Symo neit, BRT, Modning af organisk stof og oliedannelse: hydrotermisk aspekt, Geokhimiya, no. 1986. D * 2.

8. Smirnov Ya. B., Kononov VI Geotermisk forskning og superdyb boring // Sov. geol. 1991. Nr. 8.

9. Sokolov BA Selvoscillerende model af olie- og gasdannelse Vestn. Skiver, un-det. Ser. 4, Geologi. 1990. Nr. 5.

10. Sokolov BA Om nogle nye udviklingsretninger for olie- og gasgeologi // Mineral. res. Rusland. 1992. Nr. 3.

11. Sokolov BA, Khann VE Teori og praksis for olie- og gasefterforskning i Rusland: resultater og opgaver // Izv. USSRs Videnskabsakademi. Ser. geol. 1992. Nr. 8.

12. Sorokhtin OG Dannelse af diamantholdige kimberlitter og beslægtede bjergarter ud fra pladetektonikkens synspunkt // Geodynam. analyse og mønstre for dannelse og placering af mineralforekomster. L., 1987. S. 92−107.

13. Trotsyuk V. Ya Oliekildeklipper af sedimentære bassiner i vandområder. M., 1992.

14. Abrams M. A. Geofysisk og geokemisk bevis for undergrunden for kulbrintelækage i Beringhavet, Alaska // Marine and Petroleum Geologv 1992. Vol. 9, nr. 2.