Для многих людей добыча нефти похожа на бурение водяных скважин: под землей в очень глубоких местах есть огромные пространства, наполненные жидкостью, в которых хранится несколько тысяч тонн нефти. Достаточно пробурить слой земли с помощью бурового инструмента, и нефть выйдет сама. Ведь в Саудовской Аравии есть самоподъемные скважины. На самом деле нефть — это настоящий "нефть в камне". Давайте рассмотрим, из чего состоит нефть.
Это называется материей нефти (Kerogen), транскрибированное как кероген. Слои горных пород, содержащие этот кероген, называются источниками углеводородов (гидрокарбоновые породы), обычно их называют породы-матери или породы-источники нефти. Нефть добывается именно из таких горных пород.
Предшественник нефти и её превращение
Мы знаем, что уголь образуется из останков древних растений — это бесспорно, так как в угле можно найти структуры, напоминающие древесные волокна или жилки листьев. А что насчет нефти? Все видели грязь на дне водоемов, она черного цвета из-за наличия большого количества органических веществ. Эти органические вещества происходят от водных водорослей, которые после своей смерти оседают на дне. Если эти осадки быстро зарываются и изолируются от кислорода, в течение длительного геологического времени эти отложения оказываются под толстыми слоями осадочных пород. Под землей в условиях высоких температур и давления органические вещества постепенно превращаются в кероген.
Формирование керогена происходит в основном на ранних стадиях осадочного захоронения, когда температура земли не превышала 50°C. Примерно через несколько десятков миллионов лет, по мере того как осадочные породы зарываются всё глубже, температура земли возрастает (до 100-150°C), и степень зрелости керогена достигает определенного уровня, что приводит к его превращению в углеводороды (нефть и природный газ). Поскольку эти углеводороды легче окружающих горных пород, они начинают просачиваться вверх в поры породы-источника нефти. В пути они встречают непроницаемые слои и задерживаются, постепенно накапливаясь в этих слоях, образуя нефтяные месторождения. Таким образом, уголь образуется из растительных остатков, а нефть — в основном из органических отложений водных водорослей.
Смесь органических веществ в осадках в озерах состоит в основном из водорослей, бактерий, спор, пыльцы и смол, что приводит к образованию жидких углеводородов, в основном нефти. В морских осадках органическое вещество в основном происходит от планктона, водорослей, бактерий и небольшого количества наземных растений, что приводит к образованию преимущественно нефти с добавлением природного газа. На континентальных осадках органическое вещество чаще всего происходит от высших растений и их древесины, что приводит к образованию в первую очередь природного газа.
Понимание источников углеводородов в породах-источниках позволяет предсказать состав добываемой нефти и соотношение нефти и газа. Таким образом, грязь в озере в далеком будущем может стать нефтью. Цикл углерода не прерывается, и новые месторождения нефти постоянно формируются.
Почему нефть считается невозобновляемым ресурсом?
Это объясняется довольно просто: нефть образуется в течение сотен миллионов лет, и для человечества время, необходимое для формирования нефти, слишком велико, чтобы считать её возобновляемым ресурсом.
Как добывают нефть?
После геологических исследований и обнаружения месторождения нефти определяют местоположение, количество и глубину буровых скважин. Далее буровики начинают бурение. Наиболее распространенная техника бурения — это роторное бурение. Это система, включающая наземное оборудование (буровую установку, подъёмную систему) и набор буровых труб, инструментов и буров, с помощью которых происходит разрушение горных пород до целевого слоя. Это наиболее распространенный способ бурения.
Во время бурения в скважину устанавливают металлическую трубу, называемую обсадной трубой, которая по мере углубления уменьшается в диаметре. Внутри обсадной трубы прокладывается трубопровод для нефти, который транспортирует нефть наверх. На поверхности устанавливается оборудование, называемое выходным оборудованием, которое включает различные клапаны и трубопроводы, напоминающие "дерево", и это оборудование называется нефтяным оборудованием.
Способность извлекать нефть зависит от давления в подземных резервуарах нефти. Во многих месторождениях давление в подземных слоях высоко, и как только клапан на нефтяном оборудовании открывается, нефть начинает фонтанировать на поверхность — это так называемые самоподъемные скважины.
Изначально в подземных слоях нефти находилось большое давление, которое уравновешивалось с давлением верхних слоев. Как только порода сверху пробурена, равновесие нарушается, и нефть начинает двигаться вниз к отверстию скважины, где давление ниже. Часто нефть содержит природный газ, который практически неразрывно связан с нефтью в слоях, и, как в бутылке с газированной водой, при открытии газ пузырится, что помогает нефти выйти на поверхность.
После некоторого времени самоподъем снижается, и нефть перестает вытекать под собственным давлением. Тогда начинают использовать методы поддержания давления в резервуаре, такие как метод закачки воды. С помощью закачки воды в пласт нефти поддерживается необходимое давление, что позволяет продолжать добычу нефти. Когда давление недостаточно высоко, используют метод механического извлечения нефти, известный как метод глубинных насосов. Этот метод предполагает использование насосов, которые извлекают нефть из подземных резервуаров.
Добыча нефти из сланцев
Самым сложным способом добычи является добыча сланцевой нефти. Сланцевые отложения, называемые сланцевым керогеном или сланцевой нефтью, представляют собой породы, содержащие органические вещества, которые можно преобразовать в нефть только с помощью искусственного нагрева. Для этого используется метод гидроразрыва, при котором в сланцевые пласты закачивается смесь химических веществ и воды под высоким давлением. Это создает трещины в породах, через которые нефть или газ поступают в скважины и поднимаются на поверхность. Однако этот метод требует значительных объемов пресной воды, что является значительной проблемой в условиях дефицита воды.
Преимущества и недостатки сланцевой нефти
Сланцевые нефти и сланцевые породы обладают высоким содержанием органических веществ, что способствует высокой выходности нефти, но требует больших затрат на добычу.
>