O možnosti rychlé moderní generace ropy a zemního plynu

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Již v roce 1993 ruští vědci dokázali, že ropa a plyn jsou obnovitelné zdroje. A nemusíte extrahovat více, než je generováno v důsledku přírodních procesů. Teprve pak lze kořist považovat za nebarbarskou.

V některých srovnáních je obecně přijímáno použití obrázku dvou stran téže medaile. Přirovnání je obrazné, ale ne zcela přesné, jelikož medaile má také žebro, které určuje tloušťku. Vědecké koncepty, srovnáme-li je s medailí, mají kromě svých vlastních vědeckých a aplikovaných aspektů ještě jeden - psychologický, spojený s překonáním setrvačnosti myšlení a revizí názoru, který se o tomto fenoménu do té doby vytvořil.

Psychologickou překážku lze nazvat syndromem vědeckého dogmatismu, nebo tzv. „selského rozumu“. Překonání tohoto syndromu, který je znatelnou brzdou vědeckého pokroku, spočívá v poznání původu jeho vzhledu.

Myšlenky o pomalém vzniku a akumulaci ropy a plynu a v důsledku toho o vyčerpání a nenahraditelnosti zásob uhlovodíků (HC) v nitru Země se objevily v polovině minulého století spolu se základy geologie ropy a zemního plynu.. Byly založeny na spekulativním konceptu výroby ropy jako procesu spojeného s vytlačováním vody a uhlovodíků během ponoření a rostoucím zhutňováním sedimentárních hornin s hloubkou.

Pomalé klesání a postupné zahřívání, probíhající po mnoho milionů let, dalo vzniknout iluzi velmi pomalé tvorby ropy a plynu. Stalo se axiomem, že extrémně nízká rychlost tvorby uhlovodíkových ložisek je nesrovnatelná s rychlostí těžby ropy a plynu při provozu v terénu. Zde došlo k záměně představ o rychlostech chemických reakcí při destrukci organické hmoty (OM) a její přeměně na mobilní plynokapalné uhlovodíky, rychlostech sesedání sedimentárních vrstev a jejich katagenetické přeměně v důsledku pomalé, převážně vodivé, topení. Obrovská rychlost chemických reakcí byla nahrazena relativně nízkou rychlostí vývoje sedimentárních pánví. Právě tato okolnost je základem koncepce trvání tvorby ropy a plynu a následně vyčerpání, nenahraditelnosti zásob ropy a plynu v dohledné době.

Názory na pomalou tvorbu ropy získaly všeobecné uznání a byly použity jako základ pro ekonomické koncepty a teorie tvorby ropy a plynu. Mnoho výzkumníků při posuzování rozsahu produkce uhlovodíků zavádí do výpočtových vzorců jako faktor pojem „geologický čas“. Zdá se však, že na základě nových údajů by tyto názory měly být diskutovány a revidovány [4, 9−11].

Určitý odklon od tradice lze spatřovat již v teorii stagingu tvorby ropy a myšlence hlavní fáze tvorby ropy (GEF), navržené v roce 1967 NB Vassoevičem [2]. Zde se poprvé ukazuje, že generační vrchol spadá do relativně úzké hloubky a tedy do časového intervalu určeného dobou, po kterou je mateřská vrstva v teplotním pásmu 60–150 °C.

Další studium projevu stagingu ukázalo, že hlavní vlny tvorby ropy a plynu se rozpadají do užších vrcholů. S. G. Neruchev a kol., tedy stanovili několik maxim jak pro zónu GFN, tak pro GZG. Odpovídající generační špičky výkonově odpovídají intervalům pouhých několika set metrů. A to svědčí o výrazném zkrácení doby trvání generování rázových vln a zároveň o výrazném zvýšení její rychlosti [6].

Z moderního modelu tohoto procesu vyplývá také vysoká míra tvorby HC. Tvorba ropy a plynu v sedimentární pánvi je považována za samovyvíjející se vícestupňový chemický proces, vyjádřený střídáním rozkladných (destrukčních) a syntézních reakcí a probíhající za působení jak „biologické“(sluneční) energie uložené v organických sloučeninách. a energie endogenního tepla Země, a jak ukazují výsledky superhlubokého vrtání, většina tepla vstupuje do základny litosféry a pohybuje se v litosféře konvekcí. Podíl tepla souvisejícího s radioaktivním rozpadem tvoří méně než jednu třetinu jeho celkového množství [8]. Předpokládá se, že v zónách tektonické komprese je tepelný tok asi 40 mW / m²a v zónách napětí jeho hodnoty dosahují 60-80 mW / m²… Maximální hodnoty jsou stanoveny ve středooceánských trhlinách - 400-800 mW / m²… Nízké hodnoty pozorované v mladých depresích, jako je jižní Kaspické moře a Černé moře, jsou zkreslené kvůli ultra vysokým rychlostem sedimentace (0,1 cm/rok). Ve skutečnosti jsou také poměrně vysoké (80-120 mW / m²) [8].

Rozklad OM a syntéza uhlovodíků jako chemické reakce probíhají extrémně rychle. Reakce destrukce a syntézy by měly být považovány za revoluční zlomy vedoucí ke vzniku ropy a plynu s jejich následnou koncentrací v ložisku na obecném pozadí pomalého evolučního sestupu a zahřívání sedimentárních vrstev. Tato skutečnost byla přesvědčivě potvrzena laboratorními studiemi pyrolýzy kerogenu.

V poslední době se pro popis rychle se vyskytujících jevů přeměny látky z jednoho skupenství do druhého začal používat termín „anastrofie“, který navrhl švédský chemik H. Balchevsky. Tvorba uhlovodíkových sloučenin z rozkládající se organické hmoty, ke které dochází skokem obrovskou rychlostí, by měla být klasifikována jako anastrofická.

Moderní scénář tvorby ropy a plynu je nakreslen následovně. Organická hmota sedimentárních vrstev poklesové pánve prochází řadou přeměn. Ve fázi sedimentogeneze a diageneze dochází k rozkladu hlavních skupin biopolymerů (tuky, bílkoviny, sacharidy, lignin) a různé typy geopolymerů se hromadí v sedimentu a vytvářejí kerogen v sedimentárních horninách. Současně dochází k rychlé syntéze (geoanastrofii) uhlovodíkových plynů, které se mohou hromadit pod prvními těsněními, vytvářet vrstvy hydrátů plynu ve spodní vrstvě nebo v oblastech permafrostu a vytvářet výstupy zemního plynu na povrchu nebo na dně nádrží (obr. 1).

Rýže. 1. Schéma tvorby hydrátu plynu v paramuširské části Okhotského moře (podle [5]): 1 - sedimentární vrstva; 2 - zpevněné vrstvy; 3 - vrstva hydrátu formovacího plynu; 4 - zóna koncentrace plynu; 5 - směr migrace plynu; 6 - spodní vývody plynu. Vertikální měřítko v sekundách

Ve fázi katagenetické přeměny sedimentárních hornin probíhá termodestrukce geopolymerů a termokatalytická anastrofie ropných uhlovodíků z kyslíkatých fragmentů lipidových a izoprenoidních sloučenin uvolňovaných z kerogenových forem dispergované organické hmoty [31]. V důsledku toho vznikají kapalné a plynné uhlovodíky, které tvoří migrující uhlovodíkové roztoky, přecházející z mateřských vrstev do horizontů rezervoárů a poruch vedení tekutin.

HC roztoky, které nasycují přírodní rezervoáry, se buď soustřeďují ve svých vyvýšených částech v podobě jednotlivých nahromadění ropy a plynu, nebo při pohybu vzhůru po tektonických zlomech spadají do zón nižších teplot a tlaků a tam tvoří ložiska různého typu, nebo při vysoké intenzitě procesu vystupují na denní povrch v podobě projevů přírodní ropy a plynu.

Analýza umístění nalezišť ropy a zemního plynu v pánvích SNS (obr. 2) a ve světě jednoznačně ukazuje, že na globální úrovni je koncentrace ropy a zemního plynu na úrovni 1-3 km a přibližně 90 % všech zásob uhlovodíků jsou s tím spojeny.

Rýže. 2. Hloubkové rozložení zásob ropy a plynu v povodích SNS (podle A. G. Gabrielyants, 1991)

zdroje výroby se nacházejí v hloubkách od 2 do 10 km (obr. 3).

Rýže. 3. Typizace pánví podle poměru hlavní zóny tvorby ropy a hlavního intervalu koncentrace ložisek ropy a plynu (podle A. A. Fayzulaeva, 1992, se změnami a doplňky)

Typy bazénů: já- nejednotný; II - zavřít; III - sjednocený. Název bazénů: 1 - Jižní Kaspické moře; 2 - Vídeň; 3 - Mexický záliv; 4 - panonský; 5 - Západní Sibiř; 6 - Perm, 7 - Volha-Uralsky. Vertikální zónování: 1 - horní tranzitní prostor: 2 - oční zóna hromadění oleje: 3 - dolní tranzitní zóna; 4 - GFN (centra výroby ropy); 5 - GFG (centra výroby plynu); 6 - směr migrace uhlovodíků; 7 - plocha odrážející geologické zásoby uhlovodíků nebo počet ložisek, %

Poloha generačních center je dána teplotním režimem pánve a poloha ložisek ropy a zemního plynu je určena především termobarickými podmínkami kondenzace uhlovodíkových roztoků a ztrátou energie migračního pohybu. První podmínka je individuální pro jednotlivé bazény, druhá je obecně univerzální pro všechny bazény. V každém povodí se tedy zdola nahoru rozlišuje několik genetických zón chování HC: spodní nebo hlavní zóna tvorby HC a tvorby roztoků HC, dolní zóna tranzitu HC roztoku, hlavní zóna akumulace HC roztoku v nádrž a horní tranzitní zóna roztoku HC a jejich výstup na denní povrch. Navíc v hlubinných mořských sedimentárních pánvích a pánvích nacházejících se v subpolárních oblastech se na vrcholu pánve objevuje zóna hydrátů plynu.

Uvažovaný scénář tvorby ropy a plynu umožňuje kvantifikovat rychlost tvorby HC v ropných a plynových pánvích procházejících intenzivním poklesem, a tedy v podmínkách intenzivní moderní tvorby HC. Nejvýraznějším ukazatelem intenzity tvorby ropy a zemního plynu jsou přírodní projevy ropy a plynu v moderních sedimentačních nádržích. Přirozený únik ropy byl zaveden v mnoha částech světa: u pobřeží Austrálie, Aljašky, Venezuely, Kanady, Mexika, USA, v Perském zálivu, Kaspickém moři, mimo ostrov. Trinidad. Celkové objemy těžby ropy a plynu jsou významné. Takže v mořské pánvi Santa Barbara u pobřeží Kalifornie pochází až 11 tisíc l / s ropy pouze z jedné části dna (až 4 miliony tun / rok). Tento zdroj, fungující více než 10 tisíc let, objevil v roce 1793 D. Vancouver [15]. Výpočty, které provedl FG Dadashev a další, ukázaly, že v oblasti poloostrova Absheron vycházejí na povrch miliardy kubických metrů plynu a několik milionů tun ropy ročně. Jedná se o produkty moderní tvorby ropy a plynu, které nejsou zachyceny pastmi a propustnými, vodou naplněnými formacemi. V důsledku toho by se očekávaný rozsah tvorby HC měl mnohonásobně zvýšit.

Obrovské rychlosti tvorby plynu jednoznačně dokládají silné vrstvy hydrátů plynů v moderních sedimentech Světového oceánu. Již bylo vytvořeno více než 40 oblastí distribuce hydratace plynu, které obsahují mnoho bilionů metrů krychlových plynu. V Okhotském moři A. M. Nadezhny a V. I. Bondarenko pozorovali tvorbu vrstvy hydrátu plynu o ploše 5000 m²obsahující 2 biliony m³ uhlovodíkový plyn [5]. Pokud je stáří ložisek uvažováno 1 milion let, pak průtok plynu přesahuje 2 miliony m³/ rok [5]. V Beringově moři dochází k intenzivním průsakům [14].

Pozorování na polích západní Sibiře (Verkhnekolikeganskoye, Severo-Gubkinskoye atd.) ukázala změnu složení olejů od studny k studni, vysvětlenou přítokem HC podél skrytých trhlin a zlomů (obr. 4) z hlubšího zdroje HC. generace, což jednoznačně ukazuje na přítomnost v zónách tranzitu uhlovodíků zlomů a trhlin skrytého charakteru (ghost-faults), které jsou však poměrně dobře sledovatelné na časových seismických liniích.

Rýže. 4. Model vzniku ložiska ropy v souvrství BP₁₀, Severo-Gubkinskoye pole (západní Sibiř)

já - profilová část; II - zobecněné chromatogramy vzorků olejů. Ložiska ropy: 1 - "hlavní"; 2 - "sekundární" kompozice; 3 - směr pohybu uhlovodíků z výrobního zdroje; 4 - počet studní; 5 - prasknout; 6 - chromatogramy (A - n-alkany, b - isoprenoidní alkany). S - množství uhlíku v molekule

Vzorky ropy z vrtů umístěných v zóně poruch mají nižší hustotu, vyšší výtěžnost benzinových frakcí a vyšší hodnoty poměru pristan-fytanisoprenany než vzorky z centrální části nádrže, která je v zóně méně. vliv vzestupného proudění tekutiny a odrážející oleje dřívějšího přítoku. Studium moderních forem hydrotermálních a uhlovodíkových průsaků na mořském dně umožnilo V. Ya Trotsyukovi vyčlenit je do zvláštní skupiny přírodních jevů, které nazval „struktury průniku tekutin“[13].

Vysokou rychlost tvorby uhlovodíků jednoznačně dokládá existence gigantických ložisek plynu a ropy, zejména pokud jsou omezena na pasti vzniklé ve čtvrtohorách.

Svědčí o tom i gigantické objemy těžkých olejů ve svrchních křídových vrstvách pole Athabasca v Kanadě nebo v oligocénních horninách venezuelské pánve Orinoko. Elementární výpočty ukazují, že 500 miliard tun těžké ropy z Venezuely si vyžádalo ke svému vzniku 1,5 bilionu tun kapalných uhlovodíků, a když oligocén trval necelých 30 milionů let, měl přítok uhlovodíků přesáhnout 50 tisíc tun/rok. Již dlouho je známo, že těžba ropy byla po několika letech obnovena z opuštěných vrtů na starých polích v oblastech Baku a Groznyj. Kromě toho existují aktivní vrty ve vyčerpaných ložiskách grozných polí Starogroznenskoje, Oktyabrskoye, Malgobek, jejichž celková těžba ropy již dávno převyšuje počáteční vytěžitelné zásoby.

Objev tzv. hydrotermálních olejů může sloužit jako důkaz vysoké míry tvorby oleje [7]. V řadě novodobých riftových prohlubní Světového oceánu (Kalifornský záliv aj.) v kvartérních sedimentech se vlivem vysokoteplotních tekutin ustálily projevy kapalné ropy, její stáří lze odhadovat na několik let až 4000 -5000 let [7]. Pokud je však hydrotermální olej považován za analog laboratorního pyrolýzního procesu, rychlost by měla být odhadnuta jako první číslo.

Srovnání s jinými přírodními fluidními systémy, které zažívají vertikální pohyb, může sloužit jako nepřímý důkaz vysoké rychlosti pohybu uhlovodíkových roztoků. Obrovská rychlost výlevů magmatických a vulkanogenních tavenin je zcela zřejmá. Například k moderní erupci Etny dochází s rychlostí lávy 100 m/h. Zajímavostí je, že v klidných obdobích během jednoho roku prosakuje do atmosféry z povrchu sopky skrytými poruchami až 25 milionů tun oxidu uhličitého. Rychlost odtoku vysokoteplotních hydrotermálních tekutin středooceánských hřbetů, která se vyskytuje po dobu nejméně 20-30 tisíc let, je 1-5 m³/S. S těmito systémy je spojena tvorba sulfidických usazenin v podobě tzv. „černých kuřáků“. Rudná tělesa vznikají rychlostí 25 milionů tun/rok a trvání samotného procesu se odhaduje na 1–100 let [1]. Zajímavé jsou konstrukce OG Sorokhtina, který se domnívá, že taveniny kimberlitu se pohybují po litosférických trhlinách rychlostí 30–50 m/s [11]. To umožňuje tavenině překonat horniny kontinentální kůry a pláště o tloušťce až 250 km za pouhé 1,5–2 hodiny [12].

Výše uvedené příklady naznačují zaprvé významné rychlosti nejen tvorby uhlovodíků, ale také pohybu jejich roztoků tranzitními zónami v zemské kůře podél systémů skrytých trhlin a poruch v ní. Za druhé, potřeba rozlišovat mezi velmi pomalými rychlostmi klesání sedimentárních vrstev (m / mln let), pomalými rychlostmi ohřevu (od 1 ° С / rok do 1 ° С / mln let) a naopak velmi rychlými rychlostmi uhlovodíků generační proces a jejich přesun od zdroje generování do pastí v přírodních nádržích nebo na denní povrch pánve. Za třetí, samotný proces přeměny OM na HC, který má pulzující charakter, se také vyvíjí poměrně dlouhou dobu v průběhu milionů let.

Vše výše uvedené, pokud se ukáže jako pravdivé, bude vyžadovat radikální revizi principů rozvoje nalezišť ropy a zemního plynu umístěných v moderních intenzivně generujících uhlovodíkových pánvích. Na základě měr výroby a počtu polí by měl být jejich rozvoj plánován tak, aby rychlost těžby byla v určitém poměru s rychlostí příkonu HC z výrobních zdrojů. Za těchto podmínek budou některá ložiska určovat úroveň produkce, zatímco jiná budou na přirozeném doplňování svých zásob. Mnoho oblastí produkujících ropu tak bude fungovat stovky let a bude poskytovat stabilní a vyváženou produkci uhlovodíků. Tento princip, obdobný principu těžby lesní půdy, by se měl v příštích letech stát nejdůležitějším v rozvoji geologie ropy a zemního plynu

Ropa a plyn jsou obnovitelné přírodní zdroje a jejich rozvoj by měl být postaven na základě vědecky podložené bilance objemů výroby uhlovodíků a možnosti těžby během provozu v terénu

Viz také: Tichý pocit: ropa je syntetizována sama na vyčerpaných polích

Boris Alexandrovič Sokolov (1930-2004) - člen korespondent Ruské akademie věd, doktor geologických a mineralogických věd, profesor, vedoucí katedry geologie a geochemie fosilních paliv, děkan Geologické fakulty (1992-2002) Moskvy Státní univerzita. MV Lomonosov, laureát Ceny IM Gubkina (2004) za sérii prací „Vytvoření evolučně-geodynamického konceptu fluidně-dynamického modelu tvorby ropy a klasifikace ropných a plynových pánví na geodynamickém základě“.

Guseva Antonina Nikolaevna (1918−2014) - kandidát chemických věd, ropný geochemik, pracovník katedry geologie a geochemie fosilních paliv Geologické fakulty Moskevské státní univerzity. M. V. Lomonosov.

Bibliografie

1. Butuzova G. Yu. O vztahu tvorby hydrotermálních rud s tektonikou, magmatismem a historii vývoje riftové zóny Rudého moře // Litol. a užitečné. fosilní. 1991. č. 4.

2. Vassoevich N. B, Teorie sedimentárně-migračního původu ropy (historický přehled a současný stav) // Izv. Akademie věd SSSR. Ser. geol. 1967. č. 11.

3. Guseva AN, Leifman IE, Sokolov BA Geochemické aspekty tvorby obecné teorie vzniku ropy a plynu // Tez. zpráva II všesvaz. Rada pro uhlíkovou geochemii. M., 1986.

4. Guseva A. N Sokolov B. A. Ropa a zemní plyn - rychle a neustále vznikající minerály // Tez. zpráva III Všesvaz. Setkání. o uhlíkové geochemii. M., 1991, svazek 1.

5. Nadezhny AM, Bondarenko VI Plyn hydráty v kamčatsko-pryparamuširské části Ochotského moře // Dokl. Akademie věd SSSR. 1989. T. 306, č. 5.

6. Neruchev S. G., Ragozina E. A., Parparova G. M. et al. Tvorba ropy a plynu v sedimentech typu Domanik. L., 1986.

7. Symo neit, BRT, Zrání organické hmoty a tvorba oleje: hydrotermální aspekt, Geokhimiya, no. 1986. D * 2.

8. Smirnov Ya. B., Kononov VI Geotermální výzkum a superhlubinné vrty // Sov. geol. 1991. č. 8.

9. Sokolov BA Samooscilační model tvorby ropy a plynu Vestn. Podložky, ne-to. Ser. 4, Geologie. 1990. č. 5.

10. Sokolov BA O některých nových směrech rozvoje geologie ropy a zemního plynu // Minerál. res. Rusko. 1992. č. 3.

11. Sokolov BA, Khann VE Teorie a praxe vyhledávání ropy a zemního plynu v Rusku: výsledky a úkoly // Izv. Akademie věd SSSR. Ser. geol. 1992. č. 8.

12. Sorokhtin OG Vznik diamantonosných kimberlitů a příbuzných hornin z hlediska deskové tektoniky // Geodynam. analýza a vzorce tvorby a umístění ložisek nerostů. L., 1987. S. 92-107.

13. Trotsyuk V. Ya. Ropné zdroje hornin sedimentárních pánví vodních oblastí. M., 1992.

14. Abrams M. A. Geofyzikální a geochemické důkazy pro podpovrchové úniky uhlovodíků v Beringově moři, Aljaška // Marine and Petroleum Geologv 1992. Vol. 9, č. 2.