Нефть & Газ. Учебный курс. Введение в нефтегазовый бизнес. Учебный курс (Т. А. Крылов, 2014)

1.1.1. Строение земной коры

Основную роль в формировании залежей нефти и газа играют осадочные породы, которые образовались в древние времена на месте морей. Земная кора, сложенная горными породами, по происхождению делится на два типа:

✓ вулканическая – образованная прорывами земной коры и, как следствие, извержениями частей жидкой мантии, которая находится в земле под большим давлением, на ее поверхность;

✓ осадочная – образованная останками животных и растений, которые, погибая, опускаются на дно морей, и, перемешиваясь с песком и илом, образуют материнский пласт, который впоследствии становится основой для образующейся в нем нефти.

Материнский пласт – это порода, непосредственно в которой происходит формирование массы углеводородов. Материнские пласты, из которых на сегодняшний день добываются углеводородные ресурсы, образовались от 60 до 2 миллионов лет назад. Это, как раз, время завершения обитания на Земле огромных млекопитающих и начала наступления ледника. Поэтому можно условно сказать, что сегодняшняя нефть, которую мы потребляем, сделана в некотором смысле из динозавров.

Первоначально, как сказано выше, останки животных и растений, опускаются на морское дно. На дне останки начинают разлагаться, и, под действием последующих отложений, опускаются все глубже и глубже, пока не достигают глубины в 3–4 километра. На такой глубине на осадочную породу действует огромное давление! Можно условно сказать, что каждые 10 метров в толще земли или воды дают увеличение давления примерно на одну атмосферу. Не трудно посчитать, что на глубине в три километра, на породу будет действовать давление примерно в 300 атмосфер!

На этой глубине под огромным давлением останки живых организмов, и вообще любые органические вещества, разлагаются на столь мелкие фракции, что переходят фактически в жидкое состояние. Именно на этом этапе происходит образование углеводородов – сложных органических соединений с различным сочетанием атомов углерода C и водорода H в его молекулах.

После этого начинается обратный процесс. Углеводороды очень подвижны, легче воды, имеют высокую текучесть, поэтому они легко поднимаются, т. е. диффундируют наверх. Достигая поверхности земли, сотни тонн углеводородов ежегодно попадают в атмосферу, где испаряются и их съедают миллиарды бактерий, населяющих воздушное пространство.

Несмотря на то, что большая часть углеводородов бесследно исчезает в атмосфере, некоторая их часть формирует запасы нефти и газа, которые мы впоследствии используем. Однако для формирования этих запасов необходимо несколько условий. Первое условие – это наличие материнского пласта, в котором образуются углеводороды. Второе – это наличие над ним пласта-коллектора, через который нефть диффундирует наверх. Виды структур пород-коллекторов представлены на рисунке ниже.

Породы-коллекторы обычно характеризуются пористостью и проницаемостью.

Пористость – это способность породы содержать в себе нефть и газ в структуре своего пористого пространства. Пористость бывает высокой и низкой. В противоположность точки зрения обычных людей, нефть в резервуаре-коллекторе находится именно в этих порах, которые задерживают в себе жидкие углеводороды подобно тому, как кухонная губка задерживает в себе воду после того, как Вы помоете ей посуду. Нефть не хранится в бассейнах, резервуарах или пещерах, как это думает большинство людей.

Проницаемость – это характеристика структуры протоков и каналов, которые соединяют поры в породе-коллекторе. Именно проницаемость позволяет мигрировать жидкой нефти, что дает нам возможность извлекать ее через скважины и обеспечивает постоянный приток, т. е. дебит нефти.

Третье условие образования залежи нефти – это наличие ловушки. Нефть, как уже говорилось, обладает меньшей плотностью, чем вода, и даже в глубоких залежах она будет проявлять тенденцию постоянно подниматься вверх под действием окружающих ее грунтовых вод. Существует несколько типов геологических структур, которые обеспечивают такую возможность миграции углеводородов.

Ловушка – это область, ограниченная непроницаемой породой, например, солью или сланцами. Когда миграция нефти и газа сквозь проницаемую породу-коллектор останавливается такой ловушкой, в земной коре формируется резервуар нефти и газа, называемый структурой, или месторождением. Месторождение – это вскрытая, разработанная структура. Общая схема ловушки с углеводородной структурой изображена на рисунке ниже.

1.1.3. Типы углеводородных ловушек

В геологии различают несколько типов углеводородных ловушек. Основные типы ловушек показаны на рисунке ниже.

Сводная, или купольная ловушка, возникает в областях, где пласты геологических пород вспучиваются под действием внутреннего давления. Одна из разновидностей сводных ловушек, солянокупольная ловушка возникает под действием роста соляного столба из глубинных скоплений воды. Соль деформирует и подпирает осадочные породы, в том числе и нефтегазоносные слои. По мере того, как нефтеносный слой принимает форму купола, углеводороды постепенно мигрируют в верхнюю его часть, как более легкие соединения, а вода опускается вниз. Месторождение принимает форму линзы с диаметром в несколько сотен метров или километров.

Тектоническая экранированная ловушка создается в результате поднятия части земной коры и образования тектонических разломов. В результате избыточного давления происходит отрыв и смещение пластов с перекрыванием одного пласта другим.

Литологическая антиклиналь, с выклинивание коллектора, формируется при волнообразной деформации поверхности земной коры, словно волны, расходящиеся по поверхности земли при вулканическом извержении. При этом возникает длинная, узкая складка породы-коллектора, выпуклостью направленная вверх. Такое месторождение имеет вытянутую форму.

Стратиграфическая, или структурная ловушка, образована смещением горных пород и перекрыванием породы-коллектора слоем непроницаемой породы.

1.1.4. Характеристики продуктивного пласта

Продуктивным пластом называют породу-коллектор, ограниченную ловушкой, в месте наибольшей концентрации и содержания углеводородного сырья. Существует три основных типа скоплений углеводородов в продуктивных пластах:

1. Сухой газ или газовый конденсат (нефть в таких случаях отсутствует);

2. Нефтяная залежь и «газовая шапка» (большое количество газа растворено в нефти, а его избыток располагается над нефтяной зоной);

3. Ненасыщенная нефть (в таких структурах нефть, как правило, достаточно вязкая, и недостаточное количество газа не дает возможность сформироваться «газовой шапке»);

На схеме пример нефтегазоносного месторождения.

Горизонтом называют глубину залегания продуктивного пласта, т. е. ту глубину, на которую бурят скважину.

Интервалом называют диапазон глубин, в котором размещается продуктивный пласт.

Существует пять основных признаков, которые позволяют геологам говорить о наличии нефтегазоносного продуктивного пласта:

1. Наличие насыщенной материнской породы с высоким содержанием органических соединений;

2. Наличие породы-коллектора с высокой пористостью и проницаемостью, необходимой для того чтобы обеспечить экономически обоснованный запас углеводородов для разработки месторождения и высокий дебит нефти, достаточный для обеспечения промышленной добычи;

3. Присутствие породы-покрышки, способной образовать ловушку и задерживать нефть;

4. Наличие ловушки – трехмерного образования из коллектора и покрышки, действующего как барьер для миграции нефти наверх или расползанию в стороны;

5. Правильная последовательность геологических событий, которая приводит к формированию углеводородов с последующим их задержанием и сохранением в ловушке.

2.1.1. Химический состав нефти

Сырая нефть – это смесь из многих химических веществ, однако углерод (С), водород (Н) и сера (S) составляют в ней более 95 %. Химическая валентность углерода – 4, валентность водорода – 1. Это означает, что один атом углерода может присоединить к себе четыре атома водорода. Если атомы углерода соединяются друг с другом по всем четырем электронным орбиталям, как бы образуя углеродную решетку, то получается каменный уголь, графит, или даже алмаз, в зависимости от силы давления, оказываемого на вещество.

Если говорить о нефти, то в ее состав входят тяжелые и легкие жидкие соединения углеводородов, а также газы. Так, газообразные углеводороды имеют от одного до пяти атомов углерода. Молекулы легкой нефти имеют шесть и более атомов углерода. Тяжелая нефть – это молекулы с 12-ю атомами углерода и более.

К углеводородным, или нефтяным газам принято относить Метан CH₄, Этан C₂H₆, Пропан C₃H₈, Бутан C₄H₁₀ и Пентан C₅H₁₂. Такие углеводородные соединения еще называют парафинами, или предельными углеводородами. Условные схемы нефтяных газов представлены на иллюстрации.

Формально, Пентан C₅H₁₂ принято относить к углеводородным газам, однако на практике этот газ достаточно тяжел. Поэтому в процессе добычи при атмосферном давлении и обычной температуре окружающей среды, этот газ имеет жидкую форму. Пентан является основным компонентом газового конденсата.

Газовый конденсат – это белая или светло-желтая смесь жидких углеводородов плотностью менее 0,78 г/см³, состоящая из молекул пентана и других высших легких фракций нефти, получаемая в результате их конденсации при нормальном давлении и температуре.

Помимо вышеописанных соединений, в состав нефти также могут входить нафтены – это циклические соединения, например Циклопентан C₅H₁₀ и Циклогексан C₆H₁₂, а также могут входить ароматики – например, Бензол C₆H₆, Толуол C₇H₈, Ксилол C₈H₁₀.

2.1.2. Физические свойства и классификация нефти

Разные сорта сырой нефти, такие как Brent, West Texas Intermediate, Alaska North Slope и другие, имеют разный состав. В частности, различия в содержании серы могут оказать значительное влияние на то, какой сорт нефти-сырца перерабатывающие заводы будут использовать в качестве своего сырья. Разные сорта нефти могут использоваться для максимизации выхода определенных продуктов, например, бензина.

Физические свойства и качественная характеристика нефти и нефтяных газов зависит от преобладания в них отдельных углеводородов или их смежных групп – так называемый, фракционный состав. В качестве основных физических свойств нефти выделяют плотность, вязкость, содержание газа.

В нефтегазовой промышленности принято квалифицировать нефть-сырец по следующим признакам:

✓ тяжелая и легкая – эти названия относятся к концентрации легких и тяжелых фракций углеводородов;

✓ сернистая и малосернистая – эти названия относятся к содержанию серы в нефти-сырце.

Легкая, или светлая нефть – это нефть-сырец, которая состоит из легких компонентов, например, природного бензина, и, следовательно, ее переработка проще и дешевле. Такая нефть считается высококачественной.

Тяжелая нефть – это нефть-сырец, которая состоит из тяжелых фракций, более длинных молекул углеводородов и обладает большей вязкостью. Такая нефть считается менее качественной. Завод по переработке светлой нефти не смог бы с легкостью справиться с тяжелой нефтью из-за разности их перегонных характеристик.

Сернистая нефть – это нефть с содержанием серы от 2 % до 5 %, и даже более. Сера рассматривается как загрязняющая примесь, главным образом, из-за вопросов защиты окружающей среды. Сера может превращаться в сероводород при переработке нефти. Это смертельно ядовитый газ. Кроме того, сероводород приводит к коррозии оборудования, поэтому от него стараются избавиться как можно скорее.

Малосернистая нефть – это нефть с содержанием серы менее 2 %. Эта нефть более качественная, требуется меньше усилий для ее очистки, и поэтому она дороже.

На мировых сырьевых рынках принято выделять следующие сорта нефти-сырца:

✓ West Texas Intermediate, WTI – Западно-техасская нефть, преимущественно торгуется на Нью-Йоркской бирже;

✓ Brent – эталонная смесь нескольких сортов нефти, получившая название «Брент», преимущественно торгуется на Лондонской бирже;

✓ Saudi Arabian Light, SAL – Саудоаравийская легкая нефть;

✓ Middle East Light, MEL – Ближневосточная легкая нефть;

✓ Arab Heavy и Arab Light – тяжелая и легкая аравийская нефть;

✓ Urals – эталонное название для российской нефти;

✓ Siberian Light – легкая сибирская нефть.

2.2.1. Международная классификация запасов

Международная классификация запасов углеводородного сырья, принятая в США и Западной Европе, и российская классификация, а точнее та, что была принята в бывшем СССР, сильно различаются между собой. Основная разница заключается в том, что советская классификация всегда отталкивалась в основном от степени геологической изученности того или иного объекта сырьевой базы, в то время как международная, или западная классификация учитывает также экономическую целесообразность извлечения из недр тех или иных углеводородных ресурсов. В таблице ниже приведена разбивка по типам ресурсов углеводородов в соответствии с их международной (западной) классификацией.

Данная классификация разработана в США государственной Комиссией по ценным бумагам и биржам (SEC – Securities and Exchange Commission), которая является основным законодательным органам по стандартам бухгалтерского учета в Соединенных Штатах.

Необходимо отметить, что, несмотря на то, что законодательные акты, принятые и утвержденные SEC, формально действуют исключительно в Соединенных Штатах, однако многие из них, например такие, как Общепринятые методы бухгалтерского учета (GAAP – General Agreed Accounting Principles), Закон Сарбейнса-Оксли (SOX – Sarbanes Oxley Act) и другие законы, получили широкое распространение не только в США, но и в других странах. Эти законы фактически негласно стали международными стандартами для участников рынка ввиду их четкости, наглядности, научной обоснованности и удобства пользования для всех заинтересованных сторон.

Далее расшифруем каждый из приведенных в таблице терминов:

✓ Доказанные запасы (Proved reserves) – это количества нефти и природного газа, которые могут быть извлечены с коммерческой прибылью при существующих ценах и затратах, на существующем оборудовании и технологиях;

✓ Доказанные освоенные запасы (Proved developed reserves) – это запасы, которые могут быть извлечены из существующих скважин на уже установленном оборудовании и при существующих технологиях, и считается, что есть, по крайней мере, 80 % вероятность извлечения указанного объема. К доказанным освоенным запасам также допускается относить дополнительные количества нефти и газа, которые можно извлечь, применяя закачку жидкости под давлением или другие прогрессивные технологии только после того, как получено экспериментальное подтверждение эффективности этой технологии на данной скважине;

✓ Извлекаемые запасы (Producing reserves) – это запасы, которые ожидается извлечь из нефти/газоносного горизонта с помощью скважины, полностью подготовленной и сданной в эксплуатацию;

✓ Готовые к извлечению запасы (Nonproducing reserves) – это запасы, которые существуют за контуром существующих скважин или на небольшой глубине под уровнем добычи существующих скважин, и которые ожидается начать извлекать в ближайшем будущем при минимальных затратах на подготовку;

✓ Доказанные неосвоенные запасы (Proved underdeveloped reserves) – это запасы, которые предполагается извлечь из новых скважин или неразбуренных месторождений, а также существующих скважин, если для их подготовки потребуются существенные затраты. Во всех случаях необходимо иметь надежные обоснования того, что после бурения эти запасы будут извлекаемы. Возможный дополнительный эффект увеличения добычи от применения прогрессивных технологий к неосвоенным запасам учитываться не должен;

✓ Недоказанные запасы (Unproved reserves) – это те объемы нефти и газа, промышленное извлечение которых из известных месторождений возможно в будущем при наличии определенных экономических и технических условий. Общепринятые методы бухгалтерского учета (GAAP) не требуют отражения в отчетности недоказанных запасов;

✓ Вероятные запасы (Probable reserves) – это те запасы, промышленная добыча которых скорее возможна, чем нет. Вероятные запасы включают:

✓ Запасы, которые будут подтверждены обычным последовательным бурением;

✓ Запасы, приращиваемые за счет уплотняющего бурения и промышленно осуществимых методов повышения нефтеотдачи.

Вероятные запасы – запасы, которые будут добыты с вероятностью более 50 %;

✓ Возможные запасы (Possible reserves) – это недоказанные запасы, в отношении которых анализ геологической и технологической информации дает меньше оснований для промышленной добычи. Возможные запасы включают запасы, которые могут существовать за территориями запасов, относящихся к группе вероятных, нефтегазоносные коллекторы, которые могут не иметь промышленного значения, запасы, приращиваемые при дальнейшем уплотняющем бурении, но зависящие от технических неопределенностей. Возможные запасы – запасы, которые будут добыты с вероятностью менее 50 %.

Помимо вышеизложенных определений, международные стандарты устанавливают также понятия резервуара и месторождения. Фактически, резервуар – это коллектор, ограниченный геологической ловушкой. Не следует путать резервуар и продуктивный пласт, поскольку последний представляет собой лишь ту часть резервуара, из которой физически возможно извлечь углеводородное сырье. Понятие «резервуар» шире, чем понятие «продуктивный пласт». Месторождение – это группа геологически однородных резервуаров. Комиссия по ценным бумагам и рынкам (SEC) дает следующие определения этих понятий:

✓ Резервуар (Reservoir) – пористая и проницаемая подземная формация, аккумулирующая извлекаемые объемы нефти и газа, и окруженная непроницаемой каменной стеной или водой и изолированная от других резервуаров.

✓ Месторождение (Field) – область, состоящая из одного или нескольких скоплений (Резервуаров) нефти или газа, относящихся к одной и той же геологической форме.

Конец ознакомительного фрагмента.