Биосферная концепция нефтегазообразования и новая научная картина мира

Часть пятая, заключительная, в которой излагаются выводы и следствия Биосферной концепции нефтегазообразования, важные для реформирования мировой нефтегазовой отрасли и углеводородной энергетики, поставивших мир на край глобальной экологической катастрофы

Азарий Баренбаум, 27 июня 2018, 10:00 — REGNUM  

Окончание доклада ведущего научного сотрудника Лаборатории газонефтеконденсатоотдачи пластов Института проблем нефти и газа РАН, кандидата физико-математических наук Азария Александровича Баренбаума «Решение междисциплинарных проблем на примере Биосферной концепции нефтегазообразования» на заседании секции «Дегазация Земли» Московского общества испытателей природы 20 февраля 2018 года в ИА REGNUM.

* * *

Основные выводы Биосферной концепции нефтегазообразования

Завершая изложение ключевых для Биосферной концепции решений проблем источника, стока и обмена, кратко сформулируем основные выводы, относящиеся к решению собственно проблемы нефтегазообразования.

1. Нефтегазообразование — геохимический процесс, связанный с региональным круговоротом углерода биосферы и воды через земную поверхность, в настоящее время пребывающем в устойчивом динамическом равновесии.

2. При нарушении равновесия, вследствие изменения климата и/или хозяйственной деятельности людей, время восстановления равновесия в биосферном цикле углерода составляет около 40 лет. За то же время восполняются запасы углеводородов континентальных эксплуатируемых месторождений нефти и газа.

3. Значительная часть углеводородов нефти генерируется в поликонденсационных реакциях синтеза на породных катализаторах. Образуются углеводороды нефти преимущественно в верхних этажах земной коры, где подвергаются процессам биодеградации.

* * *

Основные следствия Биосферной концепции

Согласно общей схеме решения проблем, обязательной стадией разработки Биосферной концепции является объяснение на ее основе проблемных вопросов происхождения нефти и газа, подтверждающих эту концепцию в целом.

Таких фактов много, приведем лишь несколько примеров.

1. Явление дегазации недр

Данное явление детально изучалось Георгием Ивановичем Войтовым более 30 лет назад. Результаты измерений разгрузок в атмосферу газов для разных геоструктурных зон Земли приведены на Рис. 45.

Сторонники неорганической гипотезы образования углеводородов полагают, что эти газы поступают из глубоких недр Земли, включая земное ядро. Однако такие взгляды противоречат данным о внутреннем строении нашей планеты, сформировавшимся в физике Земли, планетологии, космохимии, метеоритике и других науках.

Заметим, что СО2, СН4, Н2 и N2 — это газы, которые мы наблюдали в наших экспериментах. Сами газы и их соотношение объяснимы участием воды в синтезе углеводородов по реакции СО2 + Н2О в верхних этажах земной коры Биосферной концепцией.

Этот вывод относится также к газам, разгружающимся через крупные разломы земной коры, включая срединные океанические хребты (Рис. 46).

По данным Владимира Леонидовича Сывороткина (МГУ им. М.В. Ломоносова), эти газы преимущественно состоят из водорода. Мы полагаем, что их источником является распад не метеогенных, а морских вод, участвующих в геологическом цикле круговорота.

2. Антропогенный фактор

Речь пойдет о роли хозяйственной деятельности людей в современном образовании углеводородов. Название «Биосферная» наша концепция получила ещё и потому, что человек — часть биосферы, и рассматривать биосферные процессы без человека невозможно. Добывая из недр уголь, нефть и газ и сжигая их на поверхности, человек активно вмешивается в происходящий на планете круговорот вещества. И вмешательство это отнюдь не малое.

В настоящее время в мире ежегодно добывается нефти — 3,3 млрд тонн, природного газа — 2,3 трлн кубометров, каменного угля — 3,3 млрд тонн.

При сжигании этих топлив в атмосферу выбрасывается 2,5×1016 г СО2 в год, который поступает в биосферный цикл круговорота, что составляет приблизительно 10% от скорости круговорота в биосферном цикле 2,7×1017 г в год.

Геохимическая система биосферы посредством круговорота стремиться удалить избыток углерода из атмосферы, перераспределяя его между всеми резервуарами биосферного цикла.

При этом в результате разработки традиционных скоплений нефти и газа в биосферный цикл круговорота дополнительно поступает углерод из цикла с периодом ~106 лет, а при разработке месторождений угля и сланцев — углерод, который ранее участвовал в цикле с периодом ~109 лет.

Это обстоятельство Биосферная концепция учитывает в теоретической модели (1) изменением двух коэффициентов, обведенных кружками на Рис. 47.

Однако для этого «нового» углерода нет необходимых ловушек. Биосфера ищет выход из создавшегося положения и находит его, увеличивая содержание подвижного углерода в резервуарах как над земной поверхностью (Рис. 14), так и под ней. В последнем случае восстановленный углерод (метан и тяжелые углеводороды) частично заполняет освободившиеся ловушки разрабатываемых месторождений нефти и газа, а также легкий СН4 входит в состав метаногидратов, которые в биосферном цикле круговорота играют роль ловушек углеводородов химического типа.

Процесс начинается с того, что углерод в виде СО2 поступает в атмосферу, откуда перераспределяется по всем другим резервуарам биосферы в соответствии с решением системы уравнений (1), преобразуясь в углеводороды. Лучше всего этот процесс изучен для воздуха атмосферы (Рис. 48).

Из графика видно, как шло накопление СО2 в атмосфере и насколько возросло содержание углерода в воздухе атмосферы в послевоенный период. График отражает рост атмосферного СО2 как за счет естественных процессов (дегазация, вулканическая активность и т.п.), так и в результате деятельности людей. Вклад последнего фактора в послевоенный период примерно на порядок больше.

Поскольку все резервуары углерода в биосфере связаны между собой, то это всего лишь часть общего потока, который перераспределен по разным системам.

3. Происхождение аквамаринных газогидратов

Газогидраты в настоящее время рассматриваются как основной резервуар углеводородов на нашей планете. По разным оценкам, на их долю приходится 53% всех мировых запасов углеводородов. Почти 98% газогидратов являются аквамаринными, в которых углерод в виде СН4 образует с молекулами воды клатратную структуру.

Время жизни аквамаринных метаногидратов небольшое, поскольку наблюдения показывают, что их скопления меняются за время порядка нескольких лет. Количество метана в газогидратах оценивается от 1018 до 1020 грамм. Однако в этих оценках существует очень большой разброс.

В 2007 году я опубликовал работу, где пришел к выводу, что аквамаринные метаногидраты возникают при подземном стоке с континентов метеогенных вод. Перенося растворенный СО2, эти воды образуют углеводороды, прежде всего СН4, которые откладываются в виде газогидратов на уровне шельфа и континентального склона.

Подземный сток воды с континентов очень значительный, можно считать, что ~1/3 сноса воды с континентов в океан идёт подземным путем. На слайде 52 приведены данные по интенсивности подземного стока вод с континентов, и там же показаны места, где обнаружены скопления аквамаринных газогидратов (по состоянию на начало 2000-х годов).

В настоящее время связь скоплений метаногидратов с подземным стоком вод с континентов получает дополнительные подтверждения.

При добыче нефти и газа сегодня широко используются методы гидроразрыва пластов, которые уничтожают естественные ловушки углеводородов. В результате большая часть углерода, поступающего под земную поверхность, накапливается в виде СН4 в аквамаринных газогидратах, а не пополняет эксплуатируемые месторождения нефти и газа. Аквамаринные газогидраты в настоящее время являются главными ловушками углерода биосферы вообще.

Из решения системы уравнений круговорота (1) для современной эпохи (Рис. 12) следует, что между скоростями роста содержания углерода в атмосфере и его накопления в газогидратах существует связь (Рис. 51).

Эта связь позволяет уточнить общее содержание углерода в метаногидратах и современную скорость их образования.

4. Пополнение разрабатываемых месторождений

Как я отмечал ранее, обнаружение именно этого феномена четверть века назад привело к рождению в России новой нефтегазовой парадигмы и разработке Биосферной концепции.

В настоящее время этот феномен наблюдается на многих месторождениях как нефтяных, так и газовых. Ниже приведены несколько примеров.

Запасы газа на Шебелинском газоконденсатном месторождении перекрыты в полтора раза, и этот рост продолжается.

На Рис. 53 приведены графики разработки трех крупнейших нефтяных месторождений нашей страны и газоконденсатного месторождения Украины.

После 30−40 лет разработки все месторождения показывают темп подтока углеводородов в залежи на уровне 20% максимальной добычи.

Рис. 54 показывает изменение со временем состава добытых нефтей из двух основных горизонтов Ромашкинского месторождения, а на Рис. 55 показано, как менялся в разные годы уровень осадков на территории Татарстана.

В годы перекрытия этих данных отмечается увеличение изобутан-бутанового отношения в нефтях Ромашкинского месторождения с ростом количества осадков.

Заметим, что эти изменения проявляются только в скважинах-«миллионерах», которые дают основной прирост добычи нефти. Эти скважины на Миннибаевской площади, являющейся типичной ловушкой, показаны на Рис. 56. Все они расположены на разломах, где более интенсивно происходит образование углеводородов.

5. Ситуация в Центральном экономическом районе

Расчеты показывают, что в Центральном экономическом районе сжигается ежегодно нефти, газа и угля около 100 млрд тонн, что соответствует в нефтяном эквиваленте крупному нефтяному месторождению. Возникает естественный вопрос: куда девается образовавшийся от их сжигания СО2?

Согласно Биосферной концепции, этот СО2 с метеогенными водами поступает под поверхность в осадочный чехол, где активно участвует в разложении воды и образовании Н2, СН4 и более тяжелых углеводородов. С этим процессом мы связываем резко усилившуюся в последние годы дегазацию недр в европейской части страны, установленную Владимиром Николаевичем Лариным.

На космических фотографиях хорошо видны белые круги, а также «структуры проседания», превращающиеся в заполненные водой озёра. Через них идет интенсивная дегазация водорода, метана и др. газов. Образование таких структур заметно участилось в последние 10−15 лет.

Наши исследования показывают, что Русская платформа в отношении наличия на ней крупных ловушек углеводородов значительной степени не изучена. Мы полагаем, что в ближайшем будущем здесь можно обнаружить крупные месторождения углеводородов.

* * *

Рекомендации

Биосферная концепция позволяет предложить более эффективный подход к использованию углеводородного потенциала недр, основанный на внедрении сберегающих технологий добычи и потребления нефти и газа.

Подход включает реализацию трех взаимосвязанных рекомендаций:

1) введение в эксплуатацию (для местных нужд) всех, пусть даже мелких месторождений, за счет налоговых послаблений;

2) снижение темпов извлечения углеводородов из залежей до уровня, приближающегося к их естественному пополнению, и

3) адекватная логистика, при которой основная часть углеводородов потребляется в пределах того же гидрологического бассейна, что и их добыча.

Умеренное по темпам извлечение нефти и газа из залежей (без нарушения подземной циркуляции вод) не должно существенно влиять на нефтегазоносность регионов, повышая темп восстановления месторождений. Но произойдет это тогда, когда извлекаемые углеводороды будут потребляться (сжигаться) преимущественно в пределах того же гидрогеологического бассейна, где добываются.

Практика транспортировки нефти и газа на тысячи километров от мест добычи ведет к перераспределению мировых ресурсов углеводородов. Интенсивно потребляющие углеводороды промышленно-развитые страны аккумулируют нефть и газ на своей территории, тогда как страны-доноры, специализирующиеся на добыче и экспорте углеводородов, свои ресурсы истощают.

Главная рекомендация, которой я хочу завершить свое сообщение, сводится к тому, что необходимо прекратить порочную практику добычи нефти и газа, уничтожающую их месторождения. К месторождениям нефти и газа следует относиться так же бережно, как к колодцам воды. Если воду из колодца вычерпывать очень интенсивно, он мелеет. То же самое происходит с месторождениями нефти и газа, только за более длительное время. При этом обмелевшие колодцы не уничтожают, а ждут, пока они снова заполнятся водой. С залежами нефти и газа, однако, поступают иначе — «старые» месторождения забрасывают, а взамен них занимаются поиском «новых», нередко труднодоступных и трудно извлекаемых источников углеводородов.

Биосферная концепция открывает возможность перехода к новым технологиям освоения месторождений нефти и газа как пополняемых источников углеводородного сырья.

Если Вы заметите ошибку в тексте, выделите её и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отослать информацию редактору.
×

Сброс пароля

E-mail *
Пароль *
Имя *
Фамилия
Регистрируясь, вы соглашаетесь с условиями
Положения о защите персональных данных
E-mail