Om muligheten for rask moderne generering av olje og gass

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Tilbake i 1993 beviste russiske forskere at olje og gass er fornybare ressurser. Og du trenger ikke å trekke ut mer enn det som genereres som et resultat av naturlige prosesser. Først da kan byttet betraktes som ikke-barbarisk.

Det er generelt akseptert i noen sammenligninger å bruke bildet av to sider av samme medalje. Sammenligningen er figurativ, men ikke helt nøyaktig, siden medaljen også har en ribbe som bestemmer tykkelsen. Vitenskapelige konsepter, hvis vi sammenligner dem med en medalje, har, i tillegg til sine egne vitenskapelige og anvendte aspekter, en til - psykologisk, assosiert med å overvinne treghet med tenkning og revidere oppfatningen som hadde utviklet seg på den tiden om dette fenomenet.

Den psykologiske hindringen kan kalles syndromet for vitenskapelig dogmatisme, eller den såkalte «sunn fornuft». Å overvinne dette syndromet, som er en merkbar bremse på vitenskapelig fremgang, består i å vite opprinnelsen til utseendet.

Ideene om langsom dannelse og akkumulering av olje og gass og, som en konsekvens, om uttømming og uerstattelighet av hydrokarbonreserver (HC) i jordens indre dukket opp i midten av forrige århundre sammen med rudimentene til olje- og gassgeologi.. De var basert på det spekulative konseptet oljegenerering som en prosess knyttet til utpressing av vann og hydrokarboner under nedsenking og økende komprimering av sedimentære bergarter med dybde.

Langsom innsynkning og gradvis oppvarming, som fant sted over mange millioner år, ga opphav til en illusjon av svært langsom olje- og gassdannelse. Det har blitt et aksiom at den ekstremt lave dannelseshastigheten for hydrokarbonforekomster er uforlignelig med hastigheten for olje- og gassutvinning under feltdrift. Her var det en substitusjon av ideer om hastigheten på kjemiske reaksjoner under ødeleggelsen av organisk materiale (OM) og dets omdanning til mobile gass-flytende hydrokarboner, hastigheten for innsynkning av sedimentære lag og deres katogenetiske transformasjon på grunn av sakte, hovedsakelig ledende, oppvarming. De enorme hastighetene for kjemiske reaksjoner har blitt erstattet av de relativt lave utviklingshastighetene til sedimentære bassenger. Det er denne omstendigheten som ligger til grunn for konseptet om varigheten av olje- og gassdannelsen, og følgelig utmatting, uerstattelig av olje- og gassreserver i overskuelig fremtid.

Synet på langsom oljedannelse fikk universell anerkjennelse og ble brukt som grunnlag for både økonomiske begreper og teorier om olje- og gassdannelse. Mange forskere, når de vurderer omfanget av hydrokarbongenerering, introduserer konseptet "geologisk tid" i beregningsformlene som en faktor. Imidlertid bør tilsynelatende, basert på nye data, disse synspunktene diskuteres og revideres [4, 9−11].

En viss avvik fra tradisjon kan sees allerede i teorien om iscenesettelsen av oljedannelse og ideen om hovedfasen av oljedannelse (GEF), foreslått i 1967 av NB Vassoevich [2]. Her vises det for første gang at generasjonstoppen faller på en relativt smal dybde og derfor et tidsintervall bestemt av tiden foreldrelaget er i temperatursonen på 60–150 °C.

Ytterligere studier av manifestasjonen av iscenesettelse viste at hovedbølgene av olje- og gassdannelse bryter opp i smalere topper. Så, S. G. Neruchev et al. Etablerte flere maksima for både GFN-sonen og GZG. De tilsvarende generasjonstoppene tilsvarer i kraft intervaller på bare noen få hundre meter. Og dette indikerer en betydelig reduksjon i varigheten av genereringen av sjokkbølger og samtidig en betydelig økning i hastigheten [6].

Høye forekomster av HC-generering følger også av den moderne modellen av denne prosessen. Olje- og gassdannelse i det sedimentære bassenget betraktes som en selvutviklende flertrinns kjemisk prosess, uttrykt ved veksling av dekomponering (ødeleggelse) og syntesereaksjoner og fortsetter under påvirkning av både den "biologiske" (solenergien) lagret av organiske forbindelser og energien til jordens endogene varme, og, som vist av resultatene av superdyp boring, kommer mesteparten av varmen inn i bunnen av litosfæren og beveger seg i litosfæren ved konveksjon. Andelen av varme knyttet til radioaktivt forfall utgjør mindre enn en tredjedel av den totale mengden [8]. Det antas at i soner med tektonisk kompresjon er varmestrømmen omtrent 40 mW / m², og i spenningssoner når verdiene 60−80 mW / m²… Maksimalverdiene er etablert i riftene i midthavet - 400-800 mW / m²… De lave verdiene observert i unge depresjoner som Sør-Kaspia og Svartehavet er forvrengt på grunn av ultrahøye sedimentasjonshastigheter (0,1 cm / år). Faktisk er de også ganske høye (80-120 mW / m²) [8].

Dekomponering av OM og syntese av hydrokarboner som kjemiske reaksjoner går ekstremt raskt. Reaksjonene av ødeleggelse og syntese bør betraktes som revolusjonerende vendepunkter som fører til utseendet av olje og gass, med deres påfølgende konsentrasjon i reservoaret mot den generelle bakgrunnen av langsom evolusjonær innsynkning og oppvarming av sedimentære lag. Dette faktum ble overbevisende bekreftet av laboratoriestudier av kerogenpyrolyse.

Nylig, for å beskrive de raskt forekommende fenomenene med transformasjon av et stoff fra en tilstand til en annen, har begrepet "anastrofi", foreslått av den svenske kjemikeren H. Balchevsky, begynt å bli brukt. Dannelsen av hydrokarbonforbindelser fra nedbrytende organisk materiale, som skjer i et hopp med en enorm hastighet, bør klassifiseres som anastrofisk.

Det moderne scenariet for olje- og gassdannelse er tegnet som følger. Det organiske stoffet i de sedimentære lagene i det synkende bassenget gjennomgår en rekke transformasjoner. På stadiet av sedimentogenese og diagenese brytes hovedgruppene av biopolymerer (fett, proteiner, karbohydrater, lignin) ned og ulike typer geopolymerer akkumuleres i sedimentet og skaper kerogen i sedimentære bergarter. Samtidig skjer det en rask syntese (geoanastrofi) av hydrokarbongasser, som kan samle seg under de første tetningene, skape gasshydratlag i bunnlaget eller permafrostområdene og danne naturgassutløp på overflaten eller i bunnen av reservoarene (fig.. 1).

Ris. 1. Plan for gasshydratdannelse i Paramushir-delen av Okhotskhavet (i henhold til [5]): 1 - sedimentært lag; 2 - konsoliderte lag; 3 - danner gasshydratlag; 4 - gasskonsentrasjonssone; 5 - retning av gassmigrering; 6 - bunn gassuttak. Vertikal skala i sekunder

På stadiet med katagenetisk transformasjon av sedimentære bergarter finner termodestruksjon av geopolymerer og termokatalytisk anastrofi av petroleumshydrokarboner fra oksygenholdige fragmenter av lipid og isoprenoidforbindelser frigjort fra kerogenformer av dispergert organisk materiale sted [31]. Som et resultat dannes det flytende og gass-hydrokarboner, som danner migrerende hydrokarbonløsninger, som passerer fra moderlagene til reservoarhorisonter og væskeledende forkastninger.

HC-løsninger som metter naturlige reservoarer, enten konsentrerer seg i deres hevede deler i form av individuelle ansamlinger av olje og gass, eller når de beveger seg oppover langs tektoniske forkastninger, faller de inn i soner med lavere temperaturer og trykk og der danner de avsetninger av ulike typer, eller, med høy intensitet av prosessen, kommer de ut på dagoverflaten i form av naturlige olje- og gassmanifestasjoner.

En analyse av plasseringen av olje- og gassfelt i CIS-bassengene (Fig. 2) og verden indikerer entydig at det er et globalt nivå på 1-3 km konsentrasjon av olje- og gassansamlinger og ca. 90 % av alle hydrokarbonreserver. er knyttet til det.

Ris. 2. Dybdefordeling av olje- og gassreserver i CIS-bassengene (ifølge A. G. Gabrielyants, 1991)

mens generasjonskildene er lokalisert på dybder fra 2 til 10 km (fig. 3).

Ris. 3. Typifisering av bassenger i henhold til forholdet mellom hovedsonen for oljedannelse og hovedintervallet for konsentrasjon av olje- og gassforekomster (i henhold til A. A. Fayzulaev, 1992, med endringer og tillegg)

Bassengtyper: Jeg- splittet; II - Lukk; III - forent. Bassengnavn: 1 - Sør-Kaspiahavet; 2 - Wien; 3 - Mexicogolfen; 4 - Pannonisk; 5 - Vestsibirsk; 6 - Perm, 7 - Volga-Uralsky. Vertikal soneinndeling: 1 - øvre transittområde: 2 - øyesonen for oljeakkumulering: 3 - nedre transittsone; 4 - GFN (oljegenerasjonssentre); 5 - GFG (gassgenereringssentre); 6 - migrasjonsretning for hydrokarboner; 7 - området som gjenspeiler de geologiske reservene av hydrokarboner eller antall forekomster, %

Plasseringen av generasjonssentrene bestemmes av temperaturregimet til bassenget, og posisjonen til olje- og gassforekomster bestemmes først og fremst av de termobariske forholdene for kondensering av hydrokarbonløsninger og tap av energi ved migrasjonsbevegelse. Den første betingelsen er individuell for individuelle bassenger, den andre er generelt universell for alle bassenger. I ethvert basseng, fra bunnen og opp, skilles det altså ut flere genetiske soner for HC-adferd: den nedre eller hovedsonen for HC-generering og HC-løsningsdannelse, den nedre HC-løsningens transittsone, den viktigste HC-løsningen akkumuleringssone i reservoaret og den øvre HC-løsningens transittsone, og deres utgang til dagoverflaten. I tillegg, i dypvanns marine sedimentære bassenger og bassenger som ligger i de subpolare områdene, vises en sone med gasshydrater på toppen av bassenget.

Det vurderte scenariet for olje- og gassdannelse gjør det mulig å kvantifisere hastigheten på HC-dannelse i olje- og gassbassenger som gjennomgår intense innsynkninger og derfor under forhold med intensiv moderne HC-dannelse. Den mest slående indikatoren på intensiteten av olje- og gassdannelse er naturolje- og gassshow i moderne sedimentasjonsbassenger. Naturlig siver av olje er etablert i mange deler av verden: utenfor kysten av Australia, Alaska, Venezuela, Canada, Mexico, USA, i Persiabukta, Det Kaspiske hav, utenfor øya. Trinidad. De totale volumene av olje- og gassproduksjon er betydelige. Så, i havbassenget til Santa Barbara utenfor kysten av California, kommer opptil 11 tusen l / s olje fra bare en del av bunnen (opptil 4 millioner tonn / år). Denne kilden, som har virket i mer enn 10 tusen år, ble oppdaget i 1793 av D. Vancouver [15]. Beregninger utført av FG Dadashev og andre viste at i området på Absheron-halvøya kommer milliarder av kubikkmeter gass og flere millioner tonn olje per år ut på dagens overflate. Dette er produkter fra moderne olje- og gassdannelse, ikke fanget av feller og permeable, vannfylte formasjoner. Følgelig bør det forventede omfanget av HC-generering økes mange ganger.

De enorme gassdannelseshastighetene er utvetydig bevist av de tykke lagene av gasshydrater i de moderne sedimentene i verdenshavet. Mer enn 40 regioner med gasshydreringsdistribusjon er allerede etablert, som inneholder mange billioner kubikkmeter gass. I Okhotskhavet observerte A. M. Nadezhny og V. I. Bondarenko dannelsen av et gasshydratlag med et areal på 5000 m²inneholder 2 billioner m³ hydrokarbongass [5]. Hvis alderen på forekomstene regnes som 1 million år, overstiger gassstrømningshastigheten 2 millioner m³/ år [5]. Intens siver forekommer i Beringhavet [14].

Observasjoner ved feltene i Vest-Sibir (Verkhnekolikeganskoye, Severo-Gubkinskoye, etc.) viste en endring i sammensetningen av oljer fra brønn til brønn, forklart av HC-tilstrømning langs skjulte sprekker og brudd (fig. 4) fra en dypere kilde til HC generasjon, som entydig indikerer tilstedeværelsen av i sonene for hydrokarbontransitering, forkastninger og sprekker av skjult karakter (spøkelsesfeil), som imidlertid er ganske godt sporet på tidsseismiske linjer.

Ris. 4. Modell av dannelsen av et oljereservoar i BP-formasjonen₁₀, Severo-Gubkinskoye-feltet (Vest-Sibir)

Jeg - profilseksjon; II - generaliserte kromatogrammer av oljeprøver. Oljeforekomster: 1 - "hoved"; 2 - "sekundære" komposisjoner; 3 - bevegelsesretning for hydrokarboner fra generasjonskilden; 4 - antall brønner; 5 - sprekk; 6 - kromatogrammer (en - n-alkaner, b - isoprenoidalkaner). MED - mengden karbon i molekylet

Oljeprøver fra brønner som ligger i forstyrrelsessonen har lavere tetthet, høyere utbytte av bensinfraksjoner og høyere verdier av pristan-fytan-isoprenaner-forholdet enn prøver fra den sentrale delen av reservoaret, som er i sonen med mindre påvirkning av den stigende væskestrømmen og reflekterende oljer fra tidligere tilstrømning. Studiet av moderne former for hydrotermisk og hydrokarbonlekkasje på havbunnen tillot V. Ya. Trotsyuk å skille dem ut i en spesiell gruppe naturfenomener, som han kalte "strukturer for væskegjennombrudd" [13].

Den høye graden av hydrokarbondannelse er utvetydig bevist av eksistensen av gigantiske forekomster av gass og olje, spesielt hvis de er begrenset til feller dannet i kvartæren.

Dette er også bevist av de gigantiske volumene av tungoljer i de øvre krittlagene i Athabasca-feltet i Canada eller i de oligocene bergartene i Orinoco-bassenget i Venezuela. Elementære beregninger viser at 500 milliarder tonn tungolje fra Venezuela krevde 1,5 billioner tonn flytende hydrokarboner for dannelsen, og når Oligocen varte i mindre enn 30 millioner år, burde tilstrømningshastigheten for hydrokarboner ha overskredet 50 tusen tonn/år. Det har lenge vært kjent at oljeproduksjonen ble gjenopprettet etter noen år fra forlatte brønner på gamle felt i Baku- og Grozny-regionene. Dessuten er det aktive brønner i de oppbrukte forekomstene til Grozny-feltene Starogroznenskoye, Oktyabrskoye, Malgobek, hvis totale oljeproduksjon lenge har overskredet de opprinnelige utvinnbare reservene.

Oppdagelsen av de såkalte hydrotermiske oljene kan tjene som bevis på høye oljedannelsesrater [7]. I en rekke moderne riftdepresjoner i verdenshavet (Californiabukta, etc.) i kvartære sedimenter under påvirkning av høytemperaturvæsker, er det etablert manifestasjoner av flytende olje, dens alder kan estimeres fra flere år til 4000 -5000 år [7]. Men hvis hydrotermisk olje betraktes som en analog av en laboratoriepyrolyseprosess, bør hastigheten estimeres som det første tallet.

Sammenligning med andre naturlige væskesystemer som opplever vertikal bevegelse kan tjene som indirekte bevis på høye bevegelseshastigheter for hydrokarbonløsninger. De enorme utstrømningene av magmatiske og vulkanogene smelter er ganske åpenbare. For eksempel skjer det moderne utbruddet av Etna med en lavahastighet på 100 m / t. Det er interessant at i rolige perioder siver opptil 25 millioner tonn karbondioksid inn i atmosfæren fra overflaten av vulkanen gjennom skjulte forstyrrelser i løpet av ett år. Utstrømningshastigheten for hydrotermiske væsker med høy temperatur fra midthavsryggene, som forekommer i minst 20-30 tusen år, er 1-5 m³/Med. Dannelsen av sulfidavleiringer i form av såkalte "svarte røykere" er forbundet med disse systemene. Malmlegemer dannes med en hastighet på 25 millioner tonn/år, og varigheten av selve prosessen er estimert til 1–100 år [1]. Av interesse er konstruksjonene til OG Sorokhtin, som mener at kimberlittsmelter beveger seg langs litosfæriske sprekker med en hastighet på 30–50 m/s [11]. Dette gjør at smelten kan overvinne bergarter i den kontinentale skorpen og mantelen som er opptil 250 km tykk på bare 1,5–2 timer [12].

Eksemplene ovenfor indikerer for det første betydelige hastigheter for ikke bare generering av hydrokarboner, men også bevegelsen av deres løsninger gjennom transittsonene i jordskorpen langs systemene med skjulte sprekker og forstyrrelser i den. For det andre, behovet for å skille mellom svært langsomme nedsynkningshastigheter av sedimentære lag (m / mln år), langsomme oppvarmingshastigheter (fra 1 ° С / år til 1 ° С / mln år) og omvendt veldig høye hydrokarbonhastigheter selve generasjonsprosessen og flytte dem fra generasjonskilden til feller i naturlige reservoarer eller til dagoverflaten i bassenget. For det tredje utvikler selve prosessen med transformasjon av OM til HC, som har en pulserende karakter, seg i ganske lang tid over millioner av år.

Alt det ovennevnte, hvis det viser seg å være sant, vil kreve en radikal revisjon av prinsippene for utvikling av olje- og gassfelt i moderne, intensivt genererende hydrokarbonbassenger. Basert på produksjonsratene og antall felt, bør utbyggingen av sistnevnte planlegges på en slik måte at uttakshastigheten er i et visst forhold til HC-tilførselen fra produksjonskildene. Under denne betingelsen vil noen forekomster bestemme produksjonsnivået, mens andre vil være på naturlig påfyll av reservene. Dermed vil mange oljeproduserende regioner operere i hundrevis av år, og gi en stabil og balansert produksjon av hydrokarboner. Dette prinsippet, i likhet med prinsippet om skogsarealutnyttelse, bør bli det viktigste i utviklingen av olje- og gassgeologien i årene som kommer

Olje og gass er fornybare naturressurser og deres utvikling bør bygges på grunnlag av en vitenskapelig begrunnet balanse av hydrokarbonproduksjonsvolumer og muligheten for uttak under feltdrift

Se også: Stille følelse: olje syntetiseres av seg selv i brukte felt

Boris Alexandrovich Sokolov (1930-2004) - Korresponderende medlem av det russiske vitenskapsakademiet, doktor i geologiske og mineralogiske vitenskaper, professor, leder for avdelingen for geologi og geokjemi for fossilt brensel, dekan ved Geologisk fakultet (1992-2002) i Moskva State University. MV Lomonosov, vinner av IM Gubkin-prisen (2004) for en serie arbeider "Skapelse av et evolusjonært-geodynamisk konsept av en fluiddynamisk modell for oljedannelse og klassifisering av olje- og gassbassenger på geodynamisk basis."

Guseva Antonina Nikolaevna (1918−2014) - kandidat for kjemiske vitenskaper, petroleumsgeokjemiker, ansatt ved Institutt for geologi og geokjemi av fossilt brensel ved det geologiske fakultetet ved Moskva statsuniversitet. M. V. Lomonosov.

Bibliografi

1. Butuzova G. Yu. Om forholdet mellom hydrotermisk malmdannelse med tektonikk, magmatisme og historien om utviklingen av riftsonen i Rødehavet // Litol. og nyttig. fossil. 1991. Nr. 4.

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

3. Guseva AN, Leifman IE, Sokolov BA Geokjemiske aspekter ved opprettelsen av en generell teori om olje- og gassdannelse // Tez. rapportere II All-Union. Carbon Geochemistry Council. M., 1986.

4. Guseva A. N Sokolov B. A. Olje og naturgass - raskt og konstant dannede mineraler // Tez. rapportere III All-Union. møte. om karbongeokjemi. M., 1991. Vol. 1.

5. Nadezhny AM, Bondarenko VI Gasshydrater i Kamchatka-Pryparamushir-delen av Okhotskhavet // Dokl. USSRs vitenskapsakademi. 1989. T. 306, nr. 5.

6. Neruchev S. G., Ragozina E. A., Parparova G. M. et al. Olje- og gassdannelse i sedimenter av Domanik-typen. L., 1986.

7. Symo neit, BRT, Modning av organisk materiale og oljedannelse: hydrotermisk aspekt, Geokhimiya, nr. 1986. D * 2.

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

9. Sokolov BA Selvoscillerende modell av olje- og gassdannelse Vestn. Skiver, un-det. Ser. 4, Geologi. 1990. Nr. 5.

10. Sokolov BA Om noen nye utviklingsretninger for olje- og gassgeologi // Mineral. res. Russland. 1992. Nr. 3.

11. Sokolov BA, Khann VE Teori og praksis for olje- og gassleting i Russland: resultater og oppgaver // Izv. USSRs vitenskapsakademi. Ser. geol. 1992. Nr. 8.

12. Sorokhtin OG Dannelse av diamantholdige kimberlitter og relaterte bergarter fra platetektonikkens ståsted // Geodynam. analyse og mønstre for dannelse og plassering av mineralforekomster. L., 1987. S. 92−107.

13. Trotsyuk V. Ya Oljekildebergarter i sedimentære bassenger i vannområder. M., 1992.

14. Abrams M. A. Geofysisk og geokjemisk bevis for undergrunnen for hydrokarbonlekkasje i Beringhavet, Alaska // Marine and Petroleum Geologv 1992. Vol. 9, nr. 2.