Все осведомлены о том, что нефть состоит из углеводородов. Но какова ее происхождение? Существует ли мнение, что она образовалась из динозавров? И сколько миллионов лет нефти, из которой сегодня производят бензин и множество других необходимых нам вещей? Рассмотрим, какие нефтяные ресурсы находятся в России, в каком объеме они доступны, почему они до сих пор не добыты, и как это связано с организмами, населявшими Землю миллионы лет назад.
Нефть палеозойского возраста: древнейший источник в Западной Сибири
Древнейшая нефть на Земле образовалась еще три миллиарда лет назад, но в большинстве частей планеты континентальная кора такой древности просто не сохранилась – почти все действительно старые месторождения уже утонули в мантии.
Эпохой палеозоя в истории Земли называют период, охватывающий время от 541 до 252 миллионов лет назад. В этот период жизнь на планете отличалась обилием и необычностью, особенно если сравнивать с более поздними эпохами, включая современную. Трилобиты, водные животные, строение которых ближе к крупным насекомым, чем к моллюскам и ракообразным, были ключевыми представителями фауны. Эти членистоногие могли достигать метра в длину и являлись доминирующими водными животными до Великого пермского вымирания, произошедшего 252 миллиона лет назад, то есть на протяжении всей палеозойской эры.
Эту статью можно послушать в аудиоформате в виде подкаста.
В геологии океаны, моря и другие водоемы играют ключевую роль во всех процессах. Именно в них формируются горные породы, которые впоследствии могут содержать нефть. Именно туда на протяжении всей истории планеты реки со всех континентов постоянно сносили огромные объемы осадочного материала. В условиях древних теплых морей, насыщенных питательными веществами, наблюдалась высокая численность и большое разнообразие водорослей, зоопланктона, различных древних живых организмов и растений. Подробнее об этих геологических процессах можно посмотреть в видеолекции эксперта Научно-Технического Центра «Газпром нефти» Александра Буторина.
Нефть, которую иногда называют «нефтью трилобитов», формировалась преимущественно не из остатков трилобитов, а из водорослей. Однако с самого начала рядом с ней находились и твердые породы, образованные из панцирей трилобитов и моллюсков. Трилобиты, подобно современным лангустам, ежегодно, по завершении цикла роста, сбрасывали свои очень плотные панцири, состоящие из биокарбонатов.
В результате их сохранилось значительное количество, и эти панцири обнаруживаются и сегодня на территории России – от Санкт-Петербурга до каменных столбов на Лене, в Якутии. В ту эпоху эта территория представляла собой теплое морское мелководье, где интенсивно накапливались органические остатки, которые сейчас известны как нефть «Палеозоя». Из них образовывались карбонаты – прочные осадочные породы, плотность которых превышает плотность железобетона, используемого в строительстве небоскребов.
Геологические запасы палеозойской эпохи, по мнению экспертов, способны охватить до 26 млрд тонн углеводородов. Для сопоставления, в 2019 году в России было добыто лишь 560 млн тонн. Таким образом, возникает вопрос: почему запасы палеозойской нефти Западной Сибири остаются неразведанными и практически не разрабатываются? Причина кроется в их залегании на глубине до 4,5 км, а также в том, что до настоящего времени они практически не подвергались изучению, поскольку нефтяникам были доступны более поверхностные месторождения.
Палеозойские нефтяные залежи Западной Сибири нередко располагаются в пластах, которые имеют наклонённое положение – не горизонтальное, но и не строго вертикальное.
Их разработка невозможна ни с помощью вертикальных, ни с помощью горизонтальных скважин – потребуется «ветвление» ствола скважины, аналогичное образованию ветвей у дерева. К счастью, это технически осуществимо. Именно такие скважины возводят дистанционно из Центра управления бурением «ГеоНавигатор», который находится в Санкт-Петербурге. Дополнительную информацию о его деятельности можно получить из этого видео.
Флорида Грабовская, руководитель проекта «Палеозой» в Центре индустриальной интеграции «Газпромнефть-Технологические партнерства»:
«Фундамент Западно-Сибирской плиты формируют породы палеозойского возраста. Он состоит из горно-складчатых структур, скрытых под значительной мощностью осадочных пород. Рельеф фундамента характеризуется чередованием выступов и впадин, а также наличие множества разломов. В отличие от осадочного чехла, расположенного выше, породы фундамента подверглись сильной деформации и дислокации, образовав складки различной формы с крутыми углами наклона слоев».
В числе западносибирских активов «Газпром нефти» находятся месторождения с доказанными перспективными запасами нефти, расположенной в породах палеозойского возраста. Разработка залежей в этих породах успешно продолжается на Арчинском и Урманском месторождениях в Томской области уже несколько лет. К 2022 году планируется разработать комплексную технологию прогнозирования нефтеносности отложений доюрского комплекса. В 2023 году будет проведено её тестирование на поисковых участках и оценена эффективность. В 2024–2025 годах планируется внедрение новой методики в новых поисковых зонах.
Каковы прогнозы экспертов относительно развития этих ресурсов? Узнайте в информационном проекте «Палеозой».
Доманиковая нефть: самая неизученная
В Республике Коми доманиковые отложения обнажаются на ручье Доманик, давшем им название, однако простираются на значительную глубину практически на всей территории Волго-Уральского и Тимано-Печорского бассейнов. Возникновение этих отложений относится к верхнему девону, приблизительно 383–359 миллионов лет назад. Их формирование происходило в морской среде. В то время часть этих земель находилась под водой, и на сушу, которая уже не была покрыта водой, проникли первые земноводные.
Именно в Республике Коми в 2019 году было сделано открытие древнейшего четвероногого позвоночного, известного науке – пермастеги. Этот вид обитал 372 миллиона лет назад, в девонский период. В то время в местных теплых болотах, помимо пермастеги, жили и морские скорпионы, достигавшие внушительных размеров – до двух метров в длину. В отличие от современных скорпионов, полагают, что они не обладали ядом, а добычу поражали зазубренным хвостом с длинным острым шипом.
В те времена на этой территории, представлявшей собой мелководье и болота, обитали насекомые разнообразных форм и размеров, а также гигантские хищные многоножки. В отличие от современных видов, которые хоть и ядовиты, но небольшие по размеру, древние многоножки достигали нескольких метров в длину и представляли серьезную угрозу даже для крупных животных того времени.
Доманиковые породы характеризуются наличием плотных скелетов моллюсков, остатков рыб, фрагментов водорослей и битумов. В микропорах, не связанных между собой, может накапливаться нефть или газ, образовавшиеся из органического вещества, преимущественно водорослей. Зелёный цвет нефти, добываемой из доманика, вероятно, обусловлен содержанием хлорофилла
В состав вмещающих пород входят не только карбонаты, но и кремнезём, формирующий внешний скелет окаменелых раковин тентакулит и радиолярий. Отложения доманика залегают на глубинах от 1350 до 3550 метров, что эквивалентно приблизительно шести высотам Останкинской телебашни.
По мнению экспертов, геологические запасы домеланковых отложений оцениваются в диапазоне от 60 до 200 миллиардов тонн углеводородов. Возникает вопрос: почему до сих пор не ведется разработка столь значительных ресурсов?
Причина заключается в геологическом строении пород, составляющих домника. Способность этих пород пропускать нефть или газ крайне низка – она составляет менее 0,01 миллидарси. В то время как у традиционных нефтяных месторождений проницаемость пород может достигать десятков миллидарси, что значительно выше. Таким образом, нефть оказывается заключенной в породах с крайне низкой пористостью. О проницаемости мы подробно рассказывали в нашем материале о стереотипах, касающихся нефти.
Какие еще существуют сложности? Доманиковые запасы, например, не образуют единый слой, а представляют собой совокупность небольших участков, находящихся один над другим на различной глубине. Извлечение нефти из них требует применения специальных технологий, поскольку стандартные методы неэффективны для решения подобной задачи.
Позитивные изменения также имеют место. Эти ресурсы расположены в пределах Волго-Уральской и Тимано-Печорской нефтегазоносных провинций, где уже существует развитая инфраструктура для добычи и транспортировки нефти. К тому же, климат в этих регионах мягче, чем в Западной Сибири, что позволяет проводить полевые работы на протяжении всего года.
Джулия Заграновская, специалист по оценке ресурсов Научно-технического центра «Газпром нефти»:
«Несмотря на широкое распространение отложений доманика в Волго-Уральской и Тимано-Печорской нефтегазоносных провинциях, они часто оставались без внимания. Ранее образцы пород (керны) не отбирались целенаправленно, поскольку существовало мнение, что в нефтематеринских породах не следует ожидать значительных концентраций свободных углеводородов. Геохимические и петрофизические исследования имеют большое значение для изучения отложений доманика. Детальное изучение структуры порового пространства до сих пор не проводилось. На данный момент уже получено 240 метров керна из отложений доманика, изучение которого позволит получить ответы на многие вопросы».
Информация о том, что представляет собой керн и какую роль он играет в работе нефтяных компаний при проведении исследований, содержится в видеолекции эксперта Научно-Технического Центра «Газпром нефти» Оксаны Мельниковой.
«Газпром нефть» ведет изучение запасов доманика с 2018 года на двух участках, расположенных в Оренбургской области – Савицком и Похвистневском. В 2020 году на Савицком участке была пробурена первая поисково-оценочная скважина и завершены сейсморазведочные работы. Полученные данные позволят более точно определить потенциал доманиковой нефти. Разработка технологий для рентабельной добычи этих запасов запланирована к 2027 году.
Более детальную информацию о доманиковой нефти и других трудноизвлекаемых ресурсах можно получить здесь
Ачимовская толща: нефтяной резервуар, образованный на дне древних морей
Ачимовская толща занимает обширную территорию в 920 тыс. км2 в Западной Сибири. Её площадь сопоставима с размерами двух территорий Испании или четырёх – Великобритании.
Запасы возникли в начале мелового периода, около 145 миллионов лет назад. В этот период континенты приобрели современную форму. Суперконтинент Пангея распался на Лавразию и Гондвану, которые впоследствии начали фрагментироваться. Этот процесс оказал существенное влияние на климат, что стало причиной повышения уровня мирового океана. По мнению ученых, в то время уровень океана был на 200 метров выше современного.
В ту эпоху Землей властвовали динозавры и голосеменные растения. Однако распространенное утверждение о том, что «нефть образовалась из останков динозавров», не совсем корректно, что, впрочем, справедливо и для других месторождений. Позвоночные животные составляли лишь незначительную часть планетарной биомассы – менее одного процента, и такая же ситуация наблюдалась в древние времена. Преобладающую часть, более 90% всей биомассы, составляли растения – и именно они стали основным источником углеводородов даже в меловом периоде.
Запасы нефти Западной Сибири связаны с тем, что в меловом периоде на этой территории располагалось море. Миллионы лет оно аккумулировало органические вещества, которые и стали основой для формирования более 800 месторождений нефти и природного газа. Однако не все нефтяные запасы в этом регионе пригодны для добычи.
В отличие от большинства исследованных месторождений Западной Сибири, формирование ачимовской толщи происходило не в условиях мелководья древнего моря.
Образование отложений происходило из осадочных пород, которые перемещались с мелководного шельфа в глубокие слои. В ходе этого процесса осадочные породы неоднократно перемешивались и переслаивались. В результате сформировались не типичные однородные пласты углеводородов, а отдельные нефтяные скопления, расположенные на глубине от 1500 до 4000 метров. Их добыча затруднительна не только вертикальными, но и передовыми горизонтальными скважинами.
Действительно, здесь есть, что собирать. Ресурсная база ачимовской толщи в Западно-Сибирском нефтегазоносном бассейне оценивается до 66 миллиардов тонн углеводородов.
Ачимовские пласты характеризуются не только неоднородностью, но и чрезвычайно высоким давлением. Использование стандартного оборудования для добычи такой нефти нецелесообразно, так как оно не рассчитано на колоссальное давление, достигающее 600 атмосфер. Это значение в 300 раз превышает давление в автомобильной шине и способно разрушить баллоны с метаном. В связи с этим, для разработки этих запасов необходимы сверхнадежное оборудование и специализированные технологии.
Азамат Тимиргалин, эксперт Научно-технического центра «Газпром нефти»:
«При рассмотрении вопроса о высоком давлении в ачимовских пластах можно выделить две ключевые причины. Первая из них — значительная глубина залегания ачимовской формации. В соответствии с обычным градиентом изменения пластового давления, давление увеличивается примерно на 1 атмосферу каждые 10 метров. Таким образом, на глубине 4000 метров оно может достигать около 400 атмосфер.
Второй причиной является нестандартное поведение давления на севере Западной Сибири. В результате этого на глубине 4000 метров давление превышает нормальное, достигая 600 атмосфер. Причины повышенного пластового давления пока не полностью выяснены, однако существуют определенные предположения: это может быть связано с уплотнением глинистых пород, изменениями в горных породах и веществах, содержащихся в них, под воздействием высоких давлений и температур, и другими факторами. Также, в ачимовской толще наблюдается специфическая структура залежей, которая приводит к удержанию избыточного давления. Ее запасы сконцентрированы в изолированных линзах, напоминающих герметичный сосуд».
Разработка технологий для экономически эффективного извлечения ачимовской нефти представляет собой непростую задачу. Для ее решения «Газпром нефть» пять лет назад запустила центр компетенций «Большая Ачимовка», где ведется реализация нескольких десятков технологических проектов. В частности, в 2018 году был создан первая в мире цифровая модель данного вида запасов, по сути — цифровой двойник территории более 1,5 млн кв. км. Для этого пришлось провести анализ крупнейшего в отрасли массива геологической информации. Цифровая модель представляет собой детализированный макет нескольких регионов, состоящий из более чем 150 карт, который учитывает геологические данные почти 4 тысяч скважин. Такая виртуальная карта поможет нефтяникам выделить наиболее перспективные зоны для дальнейшего изучения и разработки ачимовской толщи.
Газпром нефть» делает ставку на создание технологического центра «Ачим» в ЯНАО. Центр должен стать платформой для объединения усилий и опыта государственных структур, нефтесервисных компаний, ученых и представителей бизнеса. Основная задача — совместная разработка решений для рентабельной разработки ачимовских месторождений.
Подробные материалы, инфографику и мнения экспертов, посвященные перспективам добычи ачимовской нефти, доступны в специализированных публикациях «Ачимовские горизонты» и «Ачимовка. Нефть будущего».
Баженовская свита: месторождения нефти, сформировавшиеся в эпоху динозавров
Баженовская свита представляет собой неглубокий слой осадочных пород, занимающий обширную территорию в миллион квадратных километров Западной Сибири. Толщина этого слоя варьируется в зависимости от местоположения, однако в среднем составляет приблизительно 30 метров. Кроме того, она является крупнейшим в мире месторождением «трудной» нефти.
Баженовская свита образовалась в глубоководном морском бассейне в конце юрского и начале мелового периодов, около 145 миллионов лет назад. В чем же заключается разница между ней и ачимовской толщей, о которой мы говорили ранее?
Баженовская свита образовалась из глубоководного морского ила, а ачимовка – из песчано-глинистых отложений, перенесенных на большую глубину с мелководного шельфа. Ачимовская толща представляет собой, по своей сути, традиционные пласты более сложной структуры, характеризующиеся низкой пористостью и проницаемостью, где месторождения формируются в соответствии с общепринятыми закономерностями. Баженовская свита же является чем-то принципиально отличным – нетрадиционным природным резервуаром, в котором легкая нефть может находиться в практически непроницаемых породах, и который не поддается описанию с использованием стандартных научных методов. Оба типа сложных запасов находятся в непосредственной близости, разделенные расстоянием в несколько десятков метров.
Баженит образован за счет остатков морских организмов, главным образом планктона, и продуктов их жизнедеятельности, которые не были подвергнуты переработке бактериями и оказались погребены под слоями вышележащих пород. В ходе геологического развития эти органические остатки сначала превратились в твердую органическую массу – кероген, напоминающий каменный уголь. После этого, с погружением отложений баженовской свиты на значительную глубину, сложные органические соединения керогена, находясь под воздействием высокой температуры и давления, стали распадаться на более простые молекулы углеводородов. Иными словами, под действием высокой температуры и давления из керогена начало формироваться нефть. Именно поэтому баженовскую свиту классифицируют как нефтематеринскую породу.
Превращение твёрдого органического вещества (керогена) в жидкое приводит к увеличению его объёма, что вызывает повышение пластового давления. Это, в свою очередь, приводит к образованию микротрещин в породе, благодаря чему новообразованные углеводороды сначала заполняют практически непроницаемые породы баженовской свиты, а затем, перемещаясь по разломам и другим каналам в земной коре, мигрируют в другие пласты, формируя месторождения. Баженовская свита, по мнению большинства исследователей, является основным источником углеводородов в Западной Сибири.
Отложения баженовской свиты формировались крайне медленно, в течение примерно 8 миллионов лет. За этот период времени происходило множество изменений, включая трансформацию жизненных циклов морских организмов, изменение видового состава и крупные вулканические извержения. Каждое из этих событий отразилось в виде отдельного, тонкого слоя, что обусловило сланцеватую структуру отложений баженовской свиты. Глубинные процессы, протекавшие в земной коре, оставили свой след, ещё больше усложнив её структуру. В результате геологического развития баженовская свита напоминает «слоёный пирог», где глинистые слои могут чередоваться с прослоями кремнезёма, карбонатных пород, вулканического пепла и других осадочных пород.
Неопределённости в оценке ресурсной базы баженовской свиты обусловлены её сложным геологическим строением, недостатком надёжной научно-методической базы и множеством потенциальных источников углеводородов, включая лёгкую нефть и кероген, который ещё не преобразовался в углеводороды. Оценки сильно различаются, поэтому целесообразно указывать только их диапазон – от 600 млн до 175 млрд тонн условного нефтяного эквивалента. При каждой оценке требуется уточнять, какой тип ресурса содержится в конкретных породах.
Баженовская нефть характеризуется высокой непредсказуемостью. В некоторых районах при добыче она может самопроизвольно извергаться фонтаном, тогда как в других её извлечение затруднено, даже при использовании передовых технологий. Геологи впервые зафиксировали нефтяной фонтан из баженовской свиты еще в начале 1960-х годов на Салымском месторождении в ХМАО, однако к середине 1970-х стало очевидно, что подобное явление – скорее исключение, чем закономерность. Основные запасы баженовской нефти заключены в чрезвычайно мелкие поры, которые практически не связаны между собой, то есть нефть буквально удерживается в микроскопических, изолированных друг от друга, ячейках породы.
Алексей Алексеев, специалист «Газпромнефть – Технологические партнерства»:
«Нефть баженовской свиты нередко сравнивают с американской сланцевой нефтью, однако это не совсем точное соответствие. Важно подчеркнуть, что термин «сланцевая нефть» имеет больше коммерческого, чем геологического значения, и используется для обозначения нефти, извлекаемой из нефтегазоматеринских пород, к которым относятся и баженовская свита, и американские «сланцевые» месторождения. Фактически, разработка месторождений, подобных сланцевым, в Западной Сибири началась еще в 1970-х годах, на три десятилетия раньше, чем в США».
Баженовская свита обладает огромным потенциалом. Однако, для экономически эффективной добычи требуется применение технологий, адаптированных к её специфике. Значительные объёмы бажена сосредоточены в месторождениях, где уже ведётся добыча и имеется развитая инфраструктура, что исключает необходимость строительства новых объектов. Кроме того, нефть бажена отличается превосходным качеством: она характеризуется низкой плотностью, низким содержанием серы и небольшой вязкостью.
Баженовская свита, подобно другим источникам трудной нефти, способна возродить нефтедобывающие регионы России, где добыча традиционных запасов углеводородов снижается. В связи с этим, одной из основных задач освоения бажена является продление срока эксплуатации существующих месторождений за счет использования уже созданной развитой инфраструктуры. Помимо этого, потребность в развитии технологий её извлечения стимулирует создание высокотехнологичных промышленных заказов, охватывающих широкий спектр направлений – от разработки новых материалов до электроники и тяжелого машиностроения.
«Газпром нефть» ведет работы по извлечению нефти из баженовских формаций с 2013 года. Чтобы изучить и испытать способы его добычи, компания создала в ХМАО технологический полигон, где совместно работает с партнерами. В 2017 году проект по разработке баженовских месторождений получил статус национального. К 2020 году, благодаря развитию отечественных технологий, «Газпром нефть» снизила стоимость добычи нефти баженовской свиты с 30 тысяч рублей за тонну на начальном этапе реализации проекта до 13 тысяч рублей за тонну. Коммерческое начало добычи нефти из баженовской свиты запланировано на 2025 год.
Подробную информацию о перспективных технологиях для бажена можно найти тут.
А ещё здесь вы сможете отправиться в виртуальное путешествие к пластам баженовской свиты!
Подводя итоги, следует отметить, что в России по-прежнему сосредоточено огромное количество нефти. При этом значительная часть этих запасов не связана с останками динозавров. Российские нефтяники сосредоточили усилия на разработке трудноизвлекаемых ресурсов, которые составляют две трети от общего объема разведанных запасов в стране. Простые расчеты демонстрируют, что за счет этих ресурсов можно поддерживать текущий уровень добычи нефти в течение столетия-двух. «А что будет дальше?» — может спросить читатель. Вероятно, появятся новые технологии, которые позволят получить доступ к ранее недоступным источникам энергии.
Материал создан при участии Научно-технического центра «Газпром нефти».