Все знают, что нефть — это углеводороды. Но из чего она образовалась? Правда ли, что из динозавров? И сколько миллионов лет нефти, из которой сегодня делают бензин и сотни других важных окружающих нас вещей? Разбираемся, какие запасы нефти залегают в России и сколько их осталось, почему их до сих пор не добыли, а также, как это связано с существами, которые жили миллионы лет назад. 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.
Обычно «палеозоем» называют период в истории Земли, который длился от 541 до 252 миллионов лет назад. В эту эпоху жизнь на планете была обильной и экзотичной – по меркам более поздних эпох, включая нашу. Ключевым элементом фауны были трилобиты – водные животные, по строению более близкие к очень крупным насекомым, чем к привычным нам моллюскам и ракообразным. Эти членистоногие в длину достигали метра и были главным водным животным вплоть до Великого пермского вымирания, 252 миллиона лет назад, то есть как раз всю эпоху палеозоя.
В геологии океаны, моря и другие водоёмы – это важнейшая составляющая всех процессов. Именно там зарождаются все горные породы, которые в будущем будут содержать нефть. Именно туда древние реки со всех континентов ежедневно на протяжении всей истории планеты сносили тонны осадочного материала. В условиях древних теплых морей, богатых питательными веществами, численность и разнообразие водорослей, зоопланктона, различных живых древних организмов и растений были огромными. Подробнее об этих геологических процессах можно посмотреть в видеолекции эксперта Научно-Технического Центра «Газпром нефти» Александра Буторина.
Нефть «времен трилобитов» возникала, в основном, все же не из них, а из останков водорослей. Но рядом с этой нефтью с самого начала было и множество твердых пород – образовавшихся из панцирей трилобитов и моллюсков. Дело в том, что, как и современные лангусты, трилобиты скидывали свой чрезвычайно плотный панцирь, состоящий из биокарбонатов, ежегодно, при каждом завершении цикла роста.
Поэтому осталось их очень много, и сами эти панцири в России и сегодня находят от Санкт-Петербурга вплоть до каменных столбов на Лене, в Якутии. Вся эта зона тогда была теплым морским мелководьем, и очень активно нарабатывала органические останки – нынешнюю нефть «Палеозоя». Из них формировались карбонаты – очень прочные осадочные породы, чья плотность выше железобетона, из которого строят небоскребы.
По оценкам специалистов, геологические ресурсы палеозоя могут достигать 26 млрд тонн углеводородов. Для сравнения, в 2019 году в России всего было добыто 560 млн тонн. Так почему палеозойская нефть Западной Сибири всё еще под землей и пока практически не добывается? Потому что она находится на глубине до 4,5 км и до сегодняшнего дня практически не изучалась, так как нефтяникам были доступны более близкие к поверхности Земли запасы. Залежи палеозойской нефти Западной Сибири часто находятся в пластах, лежащих под большим углами к плоскости – не горизонтальных, но и не вполне вертикальных.
Это означает, что их нельзя разрабатывать ни вертикальными, ни горизонтальными скважинами – неизбежно придется «ветвить» ствол скважины, подобно тому, как ветки отходят от дерева. Хорошо, что это технически возможно. Именно такие скважины дистанционно строят из Центра управления бурением «ГеоНавигатор», который расположен в Санкт-Петербурге. Подробнее о его работе можно узнать из этого видео.
Флорида Грабовская, менеджер проекта «Палеозой» Центра индустриальной интеграции «Газпромнефть-Технологические партнерства»: «Палеозойский комплекс пород слагает фундамент Западно-Сибирской плиты, который представлен горно-складчатыми сооружениями, погребёнными под мощной толщей пород осадочного чехла. Поверхность фундамента осложнена системой выступов и впадин, пересечена многочисленными разломами, а толщи пород фундамента, в отличие от расположенного выше осадочного чехла, сильно дислоцированы и смяты в различные по формам складки, с крутыми углами падения слоёв».
Среди западносибирских активов «Газпром нефти» есть несколько месторождений, обладающих доказанными перспективными запасами нефти в пластах, относящихся к палеозою. Уже несколько лет успешная разработка залежей в этих породах идёт на месторождениях компании в Томской области — Арчинском и Урманском. Создать комплексную технологию прогноза нефтеносности отложений доюрского комплекса планируется к 2022 году. В 2023-м будут проводиться её тестирование на поисковых участках и оценка эффективности. В 2024–2025 годах планируется приступить к тиражированию нового подхода в новых поисковых зонах. Что думают эксперты о перспективах разработки этих запасов? Читайте в информационном проекте «Палеозой».
Доманиковая нефть: самая неизученная
Доманиковые отложения выходят на поверхность в Республике Коми на ручье Доманик (именно по этому ручью они получили свое название), хотя на глубине располагаются практически по всей территории Волго-Уральского и Тимано-Печорского бассейнов. Отложения возникли еще в верхнем девоне — 383–359 миллиона лет тому назад. Они формировались в морских условиях. А сушу в верхнем девоне — часть этих земель тогда не была покрыта водой — уже заселили первые земноводные.
Кстати, именно в Республике Коми в 2019 году найдено древнейшее известное науке четвероногое позвоночное – пермастега. Оно жило 372 миллиона лет назад в верхнем девоне. Тогда в местных теплых болотах обитала не только она, но и морские скорпионы огромных размеров – до пары метров в длину. В отличие от современных скорпионов они, как считается, не были ядовитыми, а жертв убивали зазубренным хвостом с длинным острым шипом на конце.
В то время на этой территории на мелководье и болотах жили насекомые самых разных форм и габаритов, а кроме того — еще и гигантские хищные многоножки. В отличие от современных образцов (небольших, хотя и ядовитых), те достигали нескольких метров в длину и были по-настоящему опасны даже для самых крупных животных того времени. Доманиковые породы содержат плотные скелеты моллюсков, рыб, фрагменты водорослей и битумы, а в очень мелких несвязанных порах может содержаться нефть или газ, которые образовались на месте из органики, в основном из водорослей. Часто нефть доманика имеет зелёный цвет, скорее всего, из-за наличия хлорофилла
Вмещающие породы содержат не только карбонаты, но и кремнезём — формы внешнего скелета древних раковин тентакулит и радиолярий. Запасы доманика можно встретить на глубинах от 1350 до 3550 метров, а это примерно шесть Останкинских телебашен вниз. По оценкам специалистов геологические ресурсы доманиковых отложений содержат от 60 млрд до колоссальных 200 млрд тонн углеводородов. Так почему никто еще не добыл такой огромный приз?
Все дело в геологическом строении пород доманика. Проницаемость этих пород, то есть способность пропускать нефть или газ, очень мала – менее 0,01 миллидарси. Для сравнения: традиционные нефтяные месторождения могут иметь породы с проницаемостью в десятки миллидарси, что на несколько порядков больше. То есть нефть буквально заточена в сверхплотных породах. О проницаемости мы подробно рассказывали в нашем материале о стереотипах, касающихся нефти. Какие еще есть сложности? Например, доманиковые запасы – это не один пласт, а целый набор небольших участков, расположенных один над другим на разной глубине. И чтобы получить из них нефть, нужно каким-то образом собрать их все. Для такой задачи стандартные методы не подходят.
Есть и хорошие новости. Все эти запасы распространены на территории Волго-Уральской и Тимано-Печорской нефтегазоносных провинций, там, где уже есть развитая инфраструктура для добычи и транспортировки нефти. Кроме того, эти территории с более мягким климатом, чем в Западной Сибири, и полевые работы можно проводить практически круглый год.
Джулия Заграновская, эксперт по оценке запасов Научно-технического центра «Газпром нефти»: «Хотя отложения доманика распространены на большой территории Волго-Уральской и Тимано-Печорской нефтегазоносных провинций, чаще всего они оставались неизученными. Раньше образцы пород (керны) целенаправленно не отбирались из этих отложений, так как считалось, что в нефтематеринских породах мы не встретим больших скоплений подвижных углеводородов. Очень важными для изучения отложений доманика являются геохимические и петрофизические исследования. До сих пор детально не изучена структура порового пространства. На сегодняшний момент уже отобрано 240 метров керна из отложений доманика, в результате изучения которого мы получим ответы на многие вопросы».
О том, что такое керн и как он помогает нефтяникам в исследованиях можно узнать из видеолекции эксперта Научно-Технического Центра «Газпром нефти» Оксаны Мельниковой. «Газпром нефть» занимается изучением запасов доманика с 2018 года на двух лицензионных участках в Оренбургской области — Савицком и Похвистневском. В 2020 году компания пробурила первую поисково-оценочную скважину на Савицком лицензионном участке, а также завершила там сейсморазведочные работы. Вся собранная информация поможет нефтяникам точнее оценить перспективы доманиковой нефти. Технологии для рентабельной разработки этих запасов планируется создать к 2027 году.
Ачимовская толща: нефть с глубин древних морей
Ачимовская толща расположена в Западной Сибири на огромной области в 920 тыс. км2. Это практически две территории Испании или четыре – Великобритании. Ее запасы сформировались в начале мелового периода, примерно 145 миллионов лет назад. Именно тогда континенты стали принимать привычные нам очертания. Суперконтинент Пангея распался на Лавразию и Гондвану, которые также начали разделяться на более мелкие части. Этот процесс значительно сказался на климате, что привело к повышению уровня океана. По оценке ученых, тогда он был на целых 200 метров выше, чем сейчас.
В то время на Земле доминировали динозавры и голосеменные растения. Правда, распространенная фраза «нефть – это останки динозавров» здесь не совсем верна, как, собственно, и для других месторождений. В планетарной биомассе все позвоночные вместе взятые занимают не более процента, и точно такая же ситуация была и тогда. Более 90% всей биомассы приходится на растения – и именно они сложили собой подавляющее большинство углеводородов даже мелового периода.
Откуда в Западной Сибири вообще взялось столько нефти? Дело в том, что как раз в меловом периоде почти на всей этой территории было море, которое миллионы лет копило в себе органические вещества. Именно эти запасы и дали нам сегодня более 800 месторождений нефти и природного газа Западной Сибири. Но не все запасы нефти на этой территории одинаково хороши для разработки. Большинство изученных месторождений Западной Сибири формировались на относительном мелководье древнего моря. Но ачимовская толща не из их числа.
Её отложения формировались из осадочных пород, которые «скатывались» с мелководного шельфа в самые глубины. В процессе этого сползания осадочные породы многократно перемешивались и переслаивались. Поэтому получились не традиционные однородные залежи углеводородов, а отдельные нефтяные «осколки», разбросанные на глубине от 1500 до 4000 метров. Такие не соберешь не только вертикальной скважиной, но даже высокотехнологичной горизонтальной.э А собирать на самом деле есть чего. Ресурсный потенциал ачимовской толщи Западно–Сибирского нефтегазоносного бассейна – до 66 млрд тонн углеводородов.
Помимо неоднородности у ачимовских пластов есть еще одна особенность – очень высокое давление. Не стоит пытаться добывать такую нефть обычным оборудованием, ведь оно просто не выдержит колоссальных 600 атмосфер. Это примерно в 300 раз больше, чем давление в автомобильной шине, а еще при таких значениях разрывает метановые баллоны. Поэтому нефтяникам требуется сверхнадежное оборудование и технологии для работы с такими запасами.
Азамат Тимиргалин, эксперт Научно-технического центра «Газпром нефти»: «Если разбираться, почему в ачимовских пластах такое высокое давление, то тут можно выделить две основные причины. Первая — это большая глубина залегания ачимовки. Есть нормальный градиент изменения пластового давления — примерно каждые 10 метров давление растёт на 1 атмосферу и, например, на глубине 4000 метров составит около 400 атмосфер.
Вторая причина — это аномальное поведение давления на севере Западной Сибири. Из-за этого на глубинах 4000 метров давление оказывается больше, доходя до 600 атмосфер. Причины аномально высокого пластового давления не до конца изучены, но есть некоторые гипотезы — это происходит из-за уплотнения глинистых отложений, процессов преобразования горных пород и содержащихся в них веществ под действием высоких давлений и температур и так далее. Кроме того, в ачимовской толще особенное строение залежей, которое способствует удержанию избыточного давления. Ее запасы находятся в изолированных линзах, похожих на закупоренный сосуд».
Поиск технологий для рентабельной разработки ачимовской нефти — сложная задача. Для ее решения «Газпром нефть» открыла 5 лет назад центр компетенций «Большая Ачимовка», где реализуется несколько десятков технологических проектов. В том числе в 2018 году создана 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.
Большие надежды «Газпром нефть» возлагает и на создаваемый технологический центр «Ачим» в ЯНАО. Планируется, что он станет общеотраслевой площадкой для объединения ресурсов и компетенций государства, нефтесервисных компаний, научного сообщества и бизнеса. Всё с той же большой целью — совместно найти инструменты для коммерчески эффективного доступа к ачимовским запасам. Больше интересной информации, инфографик и мнений экспертов о перспективах разработки ачимовской нефти можно прочитать в специальных проектах «Ачимовские горизонты» и «Ачимовка. Нефть будущего».
Баженовская свита: нефть эпохи динозавров
Баженовская свита — это достаточно тонкий слой осадочных пород, распластанный на миллионе квадратных километров в Западной Сибири. В зависимости от района залегания его толщина меняется и в среднем составляет около 30 метров. А ещё это крупнейший в мире источник «трудной» нефти. Баженовская свита формировалась в глубоководном морском бассейне в конце юрского и начале мелового периодов примерно 145 миллионов лет назад. В чем же её отличие от ачимовской толщи, про которую мы рассказывали выше?
Во-первых, баженовская свита формировалась из глубоководного морского ила, а ачимовка — из песчано-глинистых отложений, которые сносило на глубину с мелководного шельфа. Ачимовская толща, по сути, это традиционные пласты более сложного строения с низкой пористостью и проницаемостью, месторождения в которых формируются согласно общеизвестным законам. Баженовская свита — это нечто совсем иное, нетрадиционный природный резервуар, где лёгкая нефть может содержаться в практически непроницаемых породах, и который нельзя описать с помощью устоявшихся научных подходов. Оба вида сложных запасов расположены недалеко друг от друга, в пределах нескольких десятков метров.
Бажен сформирован остатками морских организмов (в основном планктона) и продуктами их жизнедеятельности, которые были не переработаны бактериями, а захоронены под толщей вышележащих пород. В процессе геологического развития эти органические остатки сперва образовали твёрдое органическое вещество — кероген, представляющий собой некоторое подобие каменного угля. Затем, когда отложения баженовской свиты погрузились на большую глубину, сложные органические соединения керогена, попав в условия высокой температуры и давления, стали распадаться на более простые молекулы углеводородов. Другими словами, под действием высокой температуры и давления из керогена начала образовываться нефть. Поэтому баженовскую свиту относят к нефтематеринским породам.
Процесс перехода твёрдого органического вещества (керогена) в жидкое сопровождается увеличением его объёма, что вызывает рост пластового давления. Из-за этого происходит микроразрыв породы, в результате которого новообразованные углеводороды сперва «насыщают» практически непроницаемые породы баженовской свиты, а затем по разломам и другим каналам в земной коре мигрируют в другие пласты, образуя месторождения. Большинство ученых признаёт, что баженовская свита является главным источником углеводородов в Западной Сибири.
Отложения баженовской свиты накапливались очень медленно, приблизительно 8 миллионов лет. За это время происходило множество событий, менялись жизненные циклы морских обитателей, их видовой состав, даже происходили крупные извержения вулканов. Каждое событие проявилось в виде отдельного тонкого слоя, в результате чего отложения баженовской свиты приобрели сланцеватый характер. Глубинные процессы, происходящие в недрах, наложили свои отпечатки, что только усложнило её и без того непростое строение. Таким образом, история геологического развития сделала из баженовской свиты «слоёный пирог», где глины могут соседствовать с прослоями кремнезёма, карбонатных пород, вулканического пепла и другими отложениями.
Сложное геологическое строение, отсутствие надёжной научно-методической базы и наличие нескольких возможных источников углеводородов (легкая нефть и ещё не преобразованный в углеводороды кероген) стали причинами высоких неопределённостей при оценке ресурсной базы баженовской свиты. Разброс оценок настолько велик, что имеет смысл указывать только их диапазон от 600 млн до 175 млрд тонн условного нефтяного эквивалента. Каждый раз необходимо уточнять, какой вид ресурса в какого типа породах имеется в виду.
Баженовская нефть — очень непредсказуемая. В отдельных районах при разработке она сама бьёт фонтаном, а в других её не получается добыть даже с применением самых современных технологий. Впервые геологи получили нефтяной фонтан из баженовской свиты еще в начале 1960-х годов на Салымском месторождении в ХМАО, но уже в середине 1970-х стало ясно, что такое развитие событий является скорее редким исключением, чем правилом. Основной объём баженовской нефти содержится в очень мелких порах, которые практически не сообщаются между собой, то есть нефть буквально зажата в микроскопических изолированных друг от друга ячейках породы.
Алексей Алексеев, эксперт «Газпромнефть – Технологические партнерства»: «Нефть баженовской свиты часто называют аналогом американской сланцевой нефти, что не совсем верно. Надо отметить, что сам термин «сланцевая нефть» является в большей мере коммерческим, чем геологическим, и применяется в отношении нефти, добываемой из нефтегазоматеринских пород, к которым как раз и относятся баженовская свита и все американские «сланцевые» формации. Можно сказать, что добыча сланцевой нефти в Западной Сибири началась в 1970-х годах за 30 лет до официального начала ее получения в США».
Перспективы у баженовской свиты — гигантские. Но для её рентабельной разработки нужны технологии, которые должны учитывать её особенности. Крупные запасы бажена расположены на уже освоенных месторождениях с развитой инфраструктурой, и не нужно всё строить с нуля. А ещё сама нефть бажена очень высокого качества. Она лёгкая, малосернистая и низковязкая.
Баженовская свита, как и другие источники трудной нефти, могут дать вторую жизнь нефтедобывающим регионам России, добыча традиционных запасов углеводородов в которых падает. Поэтому одна из ключевых целей освоения бажена — продлить жизнь действующих месторождений, загрузив уже существующую развитую инфраструктуру. Кроме этого, запрос на развитие технологий её разработки формирует высокотехнологичный промышленный заказ от создания новых материалов до электроники и тяжелого машиностроения.
«Газпром нефть» занимается баженом с 2013 года. Для исследования и апробации методов его освоения компания создаёт в ХМАО технологический полигон, где работает совместно с партнерами. В 2017 году проекту по разработке бажена был присвоен статус национального. В 2020 году «Газпром нефть» за счёт развития отечественных технологий сократила стоимость добычи нефти баженовской свиты с 30 тысяч рублей за тонну на старте проекта до 13 тысяч рублей за тонну. Начало коммерческой добычи нефти из баженовской свиты ожидается к 2025 году.
Подведём итоги. Нефти в России всё ещё очень и очень много. И далеко не вся она из динозавров. Нефтяники всерьёз нацелились на её гигантские, но трудноизвлекаемые запасы, которых в России сегодня две трети от всех разведанных запасов вообще. Простые подсчеты показывают, что за их счёт нефтедобычу можно поддерживать на текущем уровне еще век-два. «А что случится дальше?» — спросит читатель. С высокой вероятностью — появятся новые технологии, которые позволят добраться до новых энергоресурсов.
