Залежи нефти непременно сопутствуются и другими веществами, такими как: газ и газоконденсат, вода. Газа может быть растворено от 1 до 400 кубических метров в кубическом метре нефти. Сам этот газ в основном состоит из метана, но ввиду трудности его подготовки (осушения, очищения и доводить до определенной теплоты сгорания) попутный газ очень редко используется в бытовых целях. Грубо говоря, если газ с промысла пустить в квартиру в газовую плиту, последствия могут быть от копоти на потолке до насмерть испорченной плиты и отравлений (например, сероводородом).
Преобразование исходного органического вещества в нефть - процесс длительный, сложный и еще до конца непонятый. Известно, что углеводороды нефтяного ряда образуются уже в телах живых организмов и их обнаруживают в современных осадках. Однако, как показал Н.Б. Вассоевич, процесс идет очень медленно, пока осадки не погрузятся на глубину более 2 км, будучи перекрыты более молодыми слоями, и не нагреются до 80-100°C. Лишь тогда наступит главная фаза нефтеобразования. На большей же глубине, порядка 6 км, и при более высокой, более 120°C температуре вместо нефти начнет образовываться газ. По более современным представлениям нефтеобразованию существенно способствуют (кроме погружения и роста температуры с глубиной) поступающие из мантии флюиды. И по существу процесс нефтеобразования завершается лишь тогда, когда капли нефти начнут собираться в более крупные скопления. А это происходит только при отжимании нефти вместе со связанной водой из материнской породы под весом вышележащих слоев, напором газа и при ее переходе в пористые породы-коллекторы, в частности пески и песчаники.
Схема 1
Необходимо иметь в виду, что вместе с нефтью и даже раньше нее из материнской породы отжимается и вода, притом в неизмеримо больших количествах. А породы-коллекторы обязательно являются водоносными. Вода может иметь в них различное происхождение - она может захороняться вместе с осадками (погребенные воды) или проникать с поверхности на выходе пластов на эту поверхность (инфильтрационные воды). Все нефтегазоносные осадочные бассейны являются одновременно артезианскими, и нефть и газ перемещаются, мигрируют не сами по себе, а вместе с водой, нефть по существу первоначально в виде нефтеводной смеси (капли нефти в воде). Но вскоре происходит отделение нефти и газа от воды, вследствие более низкого удельного веса нефть всплывает над водой и скапливается в залежи, стремясь занять в пласте-коллекторе наиболее высокое гипсометрическое положение. Необходимым условием сохранности сформированной залежи нефти или газа является наличие над пластами-коллекторами непроницаемых или слабопроницаемых пород - флюидоупоров, в просторечии обычно называемых покрышками. Наилучшими флюидоупорами служат соленосные образования.
1.2 Технология разведки нефти
Разведка месторождений углеводородов является самым важным звеном в общей системе добычи нефти. Если обратиться к более точному, научному определению, можно отметить, что разведка месторождений полезных ископаемых (геологоразведка) - это совокупность исследований и работ, осуществляемых с целью выявления и оценки запасов полезных ископаемых, в частности нефти. В ходе геологической разведки выявляются следующие параметры залежей полезных ископаемых:
· геологическое строение месторождения полезных ископаемых;
· пространственное расположение, условия залегания, формы, размеры и строение залежей;
· количество и качество полезных ископаемых;
· технологические свойства залежей и факторы, определяющие условия эксплуатации месторождения;
Само по себе, нефтяное месторождение влияет на изменение рельефа, состава почвы и свойств растений. Из этого следует, что все традиционные методы разведки нефтяных месторождений основываются на наблюдении, исследовании и анализе этих изменений.
Существует огромное количество геологоразведочных методов разведки месторождений нефти. Среди них следует отметить: геофизический и геологический методы, аналитический метод. Геофизический и геологоразведочный методы строятся в основном на работе непосредственно с горными породами, почвой, с температурой, давлением, в лице традиционной геологической съемки, составления геологических профилей, гидрогеологических и термо- и баро- исследований. Аналитический метод строится на решении задачи выявления аномалий углеводородов по прямым признакам их наличия в различных зонах рельефа и структурах почв. В основном, это различные химические исследования и опыты.
Среди особо перспективных и быстро прогрессирующих научных методов поиска и разведки нефтяных ресурсов следует выделить большую группу геоморфологических методов, среди них: ландшафтный метод, морфографический метод, морфометрический метод. Эти методы позволяют прогнозировать возможность нахождения залежей углеводородов на основе анализа карт и аэрокосмических снимков. Использование этих методов базируется на специализированном визуальном и компьютерном, дешифрировании аэро и космических снимков, снятых в различных масштабах и диапазонах спектров. К примеру, при использовании ландшафтных методов в качестве поисковых признаков используется оценка различных связей возможных залежей углеводородов с изменением фототона почвы, растительного покрова, цвета воды внутренних акваторий, тепловыми потоками, фиксируемыми в инфракрасном диапазоне. Данные ландшафтного анализа являются основой для дальнейшего морфографического и морфометрического анализа. Применение морфографических методов основано на качественном анализе рельефа, расчлененности рельефа, рисунка гидросети рельефа и других признаков тектонических структур, имеющих косвенное, но иногда вполне определенное отношение к возможным залежам углеводородов. Морфометрические методы позволяют представить качественные морфографические показатели в количественной форме: в виде цифровой информации, карт изолиний и т.д. Нужно отметить, что основным недостатком геоморфологических методов является расплывчатость их результатов. Ландшафтные методы обычно позволяют анализировать только приповерхностные залежи и плохо работают при прогнозе структур глубокого залегания. Все эти методы дают, с той или иной степенью вероятности, ответ на один вопрос: есть или нет в недрах Земли углеводороды. Но не отвечают на многие другие вопросы: какова мощность продуктивных пластов и глубина их залегания, каковы запасы и конкретные параметры качества углеводородного сырья, может ли прогнозируемая залежь считаться промышленной, перспективной для разработки или нет.
Недостатки традиционных методов разведки нефтяных месторождений побудили учёных создать некую систему определённых алгоритмов, в которых будет отражено выполнение конкретных задач по выявлению месторождений нефти. Так, был создан структурометрический анализ. Нужно отметить, что структурометрический анализ зародился много десятилетий назад как одна из разновидностей геоморфологических методов исследования аэрокосмических изображений земной поверхности. Первоначально этот метод использовался только для решения природоведческих, географических и экологических задач - всего трёх задач. Но в последние годы внимание исследователей было распространено и на задачи поиска и разведки углеводородов и других видов минерального сырья. Проведенные исследования позволили установить принципиально новый механизм целенаправленного выявления практически любых территориально распределенных или структурированных данных. В основе структурометрического метода лежит познание следов воздействия залегающих в теле Земли тел полезных ископаемых на земную поверхность. Эти залежи, как и все другие горные породы, излучают под действием энергии, исходящей из ядра Земли, акустические волны. За многие миллионы лет, прошедшие со времени образования залежей углеводородов, эти, казалось бы, маломощные акустические волны, действуя неустанно и непрерывно, приводят к существенной перестройке земных ландшафтов, формируя в первую очередь миллиарды образований центрального типа для которых в научной литературе укоренилось наименование «кольцевые структуры». Полевыми исследованиями было подтверждено, что в разных частях таких кольцевых форм наблюдается зональное изменение рельефа земной поверхности, уплотнение или разрыхление почв, изменение свойств грунтов и растительности. Используя эти начальные физические предпосылки, была разработана системная методология структурометрического анализа и создана универсальная комплексная компьютеризированная методика, позволяющая проводить научный анализ, прогнозировать размещение и устанавливать различные параметры нефтегазовых залежей и других объектов геологической среды, в том числе находящихся на больших глубинах, вплоть до 20-25 км. Суть ее заключается в нижеследующем. Каждая точка залежи углеводородного сырья, вибрируя под действием приходящей из недр Земли энергии, становится источником постоянно излучаемых акустических волн, идущих к поверхности Земли конусом. При этом максимальный «след» воздействия акустических волн проявляется по краям этого конуса, приводя к образованию на поверхности Земли кольцевой структуры. Этот след более или менее устойчиво прослеживается на аэрокосмических снимках, хотя зачастую он в одной зоне спектра будет читаться хорошо, а в другой - гораздо хуже. По снимку, прошедшему этап геометрической коррекции (т.е. точно соответствующему по масштабу и проекции топографической карте), можно установить, как глубоко залегает пласт, излучающий акустические волны. К примеру, если он лежит на глубине 5 км, то радиус кольцевой структуры будет около 7 км., при глубине 3 км. - радиус составит около 4 км., а при залегании на 1,5 км. - радиус будет приблизительно равняться 2 км. Именно этот принцип используется для определения глубины залегания залежей углеводородов. Поиск и тематическое дешифрирование кольцевых структур происходит путем сканирования практически каждой пиксели аэрокосмического изображения и установления для нее всех кольцевых структур, центром которых она является. Сравнивая рисунки кольцевых структур, имеющих одинаковый радиус (т.е. расположенных на одной глубине от земной поверхности), выявляют локальные закономерности изменения рисунка этих структур.
Рисунок кольцевых структур изменяется, если при сканировании «проходят» вначале по горным породам, не имеющим углеводородов, а потом «наталкиваются» на их залежь. Этот прием используется для выявления залежей углеводородов из окружающих горных пород. Но не всегда анализируемые кольцевые структуры будут представлять собой идеальные окружности. В условиях гористого рельефа кольцевая структура может иметь очень сложную форму, а радиусы ее по разным направлениям будут отличаться от нескольких сот метров до километра и более. Все используемые при структурометрическом анализе методы и приемы обработки исходных аэрокосмических изображений, автоматизированного дешифрования и картографического моделирования, образуют составные элементы разработанной нами комплексной компьютерной технологии, включающей применение различных программных продуктов, основные элементы которых не имеют аналогов в мировой практике - только в России.
Используя данную методику на этапе разведочных работ, можно более обоснованно выбирать места заложения контрольно-разведочных и промышленных буровых скважин (с учетом минимизации ущерба природной среде), оптимальных показателей геологического строения, составить точный прогноз залегания углеводородов и эколого-геофизических параметров участка.
Было подтверждено, что большим достоинством данной методики является то, что в результате ее применения потребителям передаются не исходные аэрокосмические изображения, по которым еще нужно искать залежи углеводородов, а тематические фотокарты, геологические разрезы и другие графические и табличные материалы, которые содержат весьма точную и самую разнообразную прогнозную информацию, которая может служить основой для организации поисковых и разведочных работ в любой точке Земного шара. Эта методика не требует выезда на местность, проведения предварительных полевых работ и может успешно работать вообще без геологической или иной информации. Применение этой методики распространяется не только на уже изученные или освоенные нефтяные месторождения, но и на совершенно неизученные территории Земли и космоса. Уникальность и особая привлекательность для. потребителей данной методики заключается в том, что, с одной стороны, она не имеет мировых аналогов, а с другой, - по своим экономическим показателям она на несколько порядков эффективнее всех существующих методов.
1.3 Экономика разведки нефти
Наиболее широким применением отличается традиционная схема поиска залежей углеводородного сырья, в размерах которой обязательно проводятся комплексные полевые геологические и геофизические работы, научно-исследовательские и картографические работы, которые завершаются буровыми работами.
Такие традиционные методы очень дороги: их среднемировая стоимость на поисковом этапе составляет от 3 тыс. до 5 тыс. долл./км2. На разведочном этапе при выборе места под бурение сейсмическим методом "3D» затраты составляют не менее 10 тыс. долл./км2. Выполнение этих работ растягивается на годы, и поэтому применение традиционных методов оказывается выгодным только в условиях разведки крупных и средних антиклинальных нефтегазоносных структур, залегающих на небольших глубинах.
Так как в последнее время наблюдается переход к поиску и освоению нестандартных, маломощных, в том числе залегающих на больших глубинах, залежей углеводородного сырья, традиционные подходы часто неэффективны, нередко дают сбои и приводят к неоправданным затратам.
Это доказывается мировой статистикой успешности поискового бурения (исчисляемой по доле в % продуктивных скважин от общего числа поисковых скважин). В нашей стране в 1981-1985 годах при использовании традиционной схемы поисковых работ успешность поискового бурения составила около 24%, в США (1986 год) - 19,8%, в континентальной Европе (1986 г.) - 23,8%.
Таким образом, к реальным затратам на бурение каждой продуктивной скважины, составляющим обычно 3-7 млн. долл., прибавляется 10-28 млн. долл., затрачиваемых на бурение сухих скважин, в которых ресурсы углеводородного сырья отсутствуют. Поэтому в поисковых и разведочных работах пробуют многие другие подходы. Быстро растет число используемых методов, что обусловлено стремлением к поиску более дешевых и точных методов разведки. Но эффективных и универсальных методов пока так и не было найдено, поэтому дешевизна применения метода оборачивается огромными потерями при проведении холостых буровых работ.
Технология бурения
Нефтедобыча представляет собой очень сложный и трудоёмкий технологический процесс. Это целая система, которая может рухнуть, убери из неё хоть один элемент. Сначала, бурят пробные скважины - так называемая, геологическая разведка территории, - а впоследствии уже и промышленные скважины - которые будут непосредственно эксплуатировать для добычи нефти. Нефтяная скважина представляет собой очень важный элемент при добыче нефти, поскольку именно от правильной её эксплуатации зависит успешность и эффективность добычи нефти. Обращаясь к более точному определению, можно отметить, что «скважиной» называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше ее длины, и предназначенная для добычи либо разведки нефти и попутного газа. (Рис. 1).