Нефть служит сырьем для производства практически всего, что окружает нас. Благодаря ей мы способны лечить людей, создавать высокоточное оборудование, покорять космос. При этом «черное золото» скрыто от нашего взора толщами земных пород. Как увидеть нефть в недрах земли и под глубинами морей? Возможно ли оценить ее качество, не прибегая к анализам? Стоит ли добывать нефть, найденную на дачном участке? Чем зима вредит и помогает нефтяному промыслу? Отвечают ученые горно-нефтяного факультета Пермского Политеха.
Можем ли мы увидеть нефть с поверхности?
Об этом рассказал кандидат технический наук, доцент кафедры геологии нефти и газа Пермского Политеха Сергей Кривощеков:
— Когда-то главным признаком наличия нефти был ее выход на поверхность. Рядом с таким местом пробурили первую нефтяную скважину в 1846 году в Баку. Позднее стали замечать, что месторождения нефти часто связаны с возвышениями. Действительно, такая форма рельефа может свидетельствовать о наличии выпуклой (антиклинальной) складки в земной коре, в которой собирается нефть. Помимо складки для формирования залежи нефти или газа еще необходимо наличие проницаемых горных пород (песок, песчаники, известняки, алевролиты и др.), в которых скапливается нефть, и непроницаемых горных пород, ограничивающих перемещение нефти и газа по вертикали (глины и глинистые сланцы, плотные карбонаты, соли и др.).
С начала XX века и по сегодняшний день перед началом бурения геологи проводят съемку местности: изучают пласты горных пород, выходящих на поверхность, — их состав, свойства, возраст, условия залегания. После окончания полевых исследований составляются геологические карты, показывающие, где и какие породы выходят на поверхность, какова вероятность содержания в них углеводородов. Дополнительную информацию позволяют получить аэрокосмические съемки рельефа с самолета или космических спутников. Разведка на удаленных территориях, где нет никакой наземной инфраструктуры, сейчас проводится при помощи высокоточных беспилотников.
Как рассмотреть глубь земных недр?
Геологическая съемка позволяет судить только о строении верхней части разреза пород. Чтобы заглянуть в глубину, используют геофизические методы, к которым относятся сейсмо-, электро-, грави- и магниторазведка.
— Сейсмический метод (сейсмика), пожалуй, главный в поисках нефти. Он основан на использовании закономерностей распространения упругих волн в земной коре. Чтобы вызвать их, обычно производят взрыв. На границе пластов волны с различной плотностью колебания частично отражаются, возвращаясь к поверхности Земли, а частично продолжают движение вглубь, до новой поверхности раздела. Отраженные сейсмические волны на поверхности земли улавливают сейсмоприемниками, по полученной картине делают выводы о строении глубоких недр, — объясняет ученый Пермского Политеха Сергей Кривощеков.
Прежде чем выявить конкретное место для бурения скважины, специалисты по геологоразведке строят разнообразные модели (петрофизическую, седиментационную, литологическую, геохимическую и др.), чтобы получить представление о том, как формировались геологические структуры, какими характеристиками может обладать предполагаемое месторождение, непроницаемая горная порода и заключенная в ней нефть.
Найти залежи нефти и газа и уточнить их характеристики помогают также исследования электрического, магнитного и гравитационного поля, регистрация на поверхности земли молекулярного следа углеводородов. Чтобы получить полную информацию, которая поможет оценить перспективность разработки месторождения, эти методы комбинируются.
Сейсморазведка под водой ведется морскими судами с использованием инновационных методов, таких как сейсмика высокого разрешения, акустическая съемка ультравысокого разрешения и работа с автономным телеуправляемым подводным аппаратом. Чтобы пробурить скважину на шельфе, используют специальные платформы: плавучие, полупогружные и стационарные. Морским буровым платформам приходится работать в условиях сильного волнения и ветра, что требует дополнительных мер по стабилизации и устойчивости. Они должны обеспечивать герметичность нефтепроводов для безопасности окружающей среды. Работа на морской буровой платформе требует специфических навыков и знаний, например, как действовать при шторме или аварии.
Какие технологии позволяют оценить объем залежей нефти?
На основании выполненных геологоразведочных работ определяются объекты подсчета запасов, для каждого из которых в специальных программных продуктах строится геологическая модель, характеризующая форму залежи, ее границы и внутренние неоднородности.
Существует достаточно много методик подсчета запасов, чаще всего на практике используют объемный метод. В формулу для определения количества запасов нефти и газа входят такие параметры, как площадь залежи, толщина пласта, коэффициенты пористости и нефтенасыщенности, плотность нефти. Количественное значение параметров, используемых при подсчете запасов, определяют по данным бурения скважин, результатам исследования образцов горных пород и пробам нефти. После выполнения подсчета запасы углеводородов поступают в собственность государства, которое передает право на их разработку нефтяной компании, обнаружившей залежи, и следит за их рациональным использованием, отмечает Сергей Кривощеков.
Я нашел нефть на своем участке. Можно ли ее добыть и продать?
— Сегодня обнаружить нефть на своем дачном участке маловероятно. Недропользователи борются даже за самые мелкие месторождения, поэтому все запасы, находящиеся на небольшой глубине, давно обнаружены. А те, которые залегают глубоко, на поверхности земли не проявляются, и для их обнаружения необходимо бурение очень глубоких скважин — более 500-1000 метров, — объясняет ученый кафедры геологии нефти и газа ПНИПУ.
Если выход нефти на вашей территории все же имел место, то самостоятельно организовать добычу нефти — сложно и очень дорого. Поэтому лучше всего о находке сообщить в органы власти. Тогда вам могут предложить выгодно продать свой участок, ведь по закону вам принадлежит только земля, а все, что под ней (недра и полезные ископаемые) — государству. Недропользование регулируется федеральным законом «О недрах».
Для добычи нефти необходимо приобрести лицензию на участок недр, заказать в специальном институте создание проекта на разведку и разработку месторождения, которые должны пройти защиту в государственных комиссиях. Только после этого можно будет приступить к бурению скважин. Для осуществления всех этих этапов требуются огромные инвестиции.
Можно ли определить характеристики нефти до ее добычи?
— Качество нефти определяется ее свойствами, которые изучают в лаборатории. Поэтому на месторождении обязательно отбираются образцы нефти – из самой верхней (устья) и самой нижней (забоя) точек первой скважины. Делается это потому, что нефть из глубин и устья имеют разные свойства из-за разницы давления. При этом пробы в точке забоя собирают реже, такой способ технически сложнее. Материал для анализа передается в лабораторию. И только потом на месторождении начинается массовое бурение скважин и добыча нефти, — рассказывает Инна Пономарева, доктор технических наук, профессор кафедры нефтегазовых технологий ПНИПУ.
Если же нефтяники не пробурили ни одной скважины, но уверены, что под землей есть нефть, ее свойства и качество считают аналогичными тем, что имеет сырье с нефтяных промыслов, расположенных рядом. Дело в том, что если месторождения расположены близко друг к другу, то они во многом схожи — в том числе по свойствам и качеству нефти. Нередко залежи нефти образуются целыми группами, поэтому ее часто ищут вблизи уже открытых мест добычи.
В чем сложность нефтедобычи в холодное время года?
Наиболее крупные месторождения нефти расположены в северных регионах России. Подавляющая часть технологических объектов нефтяных промыслов расположена под открытым небом. Это осложняет их эксплуатацию в холодное время года. Снег и сложный рельеф местности не радует нефтяников, которые занимаются разведкой месторождений, однако особую проблему для них не представляют. В большей степени это сказывается на логистике, условиях работы людей и оборудования.
— Главная профессия в нефтяном ремесле – оператор по добыче нефти. Будучи «хорошим хозяином», он ежедневно обходит вверенные ему скважины. Как правило, один обход составляет много километров, которые он преодолевает не только летом, но и зимой. Иногда на лыжах, иногда – на снегоходах. Определенно, оператором по добыче нефти может работать только сильный человек, — отмечает Инна Пономарева.
В зимний период снежные заносы осложняют внутрипромысловую логистику. Если нефть с месторождения вывозят автомобильным транспортом – снег может остановить работу промысла. Кроме того, одним из основных свойств нефти является ее вязкость, которая напрямую зависит от окружающей температуры. Чем ниже градус на улице — тем менее подвижной она становится. Перекачивать вязкую нефть очень сложно и затратно. Усугубляет ситуацию и выделение парафина из нефти, которое при низких температурах происходит интенсивнее.
Вода также сопровождает процесс добычи: ее закачивают в пласт для вытеснения нефти, воду добавляют в сырье для вымывания из солей и т.д. Низкие температуры, соответственно, влекут трудности.
Для предупреждения осложнений, вызванных низкими температурами, нефтяники готовятся к зиме заранее. Некоторое, наиболее чувствительное оборудование покрывается утеплителем, например — улучшенной стекловатой. На отдельных элементах даже устанавливают специальные нагреватели. В ряде случаев приходится добавлять в нефть специальные химические реагенты, которые способны разрушать кристаллизующийся в холоде парафин, образовывать пленку, мешающую ему прилипнуть к поверхности трубы, и предупреждать склеивание частиц парафина между собой. Перед отправкой нефти в магистральный трубопровод все добавки удаляют, промывая нефть пресной водой.
— Однако, как говорится, у природы нет плохой погоды. Зимой нефтяникам не портят жизнь болота, размытые дороги. Застывшие реки иногда используют как дополнительные транспортные артерии. Доставку некоторого тяжелого оборудования откладывают на зиму специально, — добавляет ученая Пермского Политеха.
Зона вечной мерзлоты покрывает более половины территории России. Наличие многолетнемерзлых грунтов осложняет сооружение и эксплуатацию объектов нефтяных и газовых промыслов. Несмотря на то, что нефтяные месторождения залегают гораздо глубже данной зоны, ее наличие откладывает свои отпечатки. Например, эксплуатация скважин должна осуществляться таким образом, чтобы не допустить нарушение хрупкого равновесия системы, например, «растепления» зоны вечной мерзлоты.
Современные технологии позволяют не только отыскать залежи нефти в толщах горных пород, но и оценить объем запасов и их качество. Поскольку недра и полезные ископаемые являются собственностью государства, самому добывать нефть (даже если нашел) не стоит. Этим занимаются нефтяные компании, которые продолжают процесс добычи и зимой, в сложных для сотрудников и оборудования условиях.