Бажениты

Введение

О баженовской свите

— Баженовская свита — это пачка (свита) горных пород, выявленных в Западной Сибири на глубинах более двух километров. Она распространена на территории более миллиона квадратных километров, при этом имеет сравнительно небольшую толщину — двадцать-тридцать метров.

Уникальной особенностью «баженовки», определяющей ее промышленную ценность, является высокая насыщенность нефтью. К тому же она отличается высоким качеством (типа марки Brent) — легкая, малосернистая и без других вредных примесей, поэтому требует меньше затрат на первичную и глубокую переработку. На больших глубинах, где распространены бажениты, высокие температуры (100–130 градусов по Цельсию и больше), высокое давление, это повышает опасность аварий и даже пожаров, но и дебит скважин здесь должен быть больше.

По геологическому строению баженовский нефтегазоносный комплекс кардинально отличается от всех других в разрезе бассейна. Для образования залежи нефти и/или газа, как известно, необходимо два условия: наличие резервуара-коллектора, способного вмещать флюиды, и ловушки, способной улавливать и удерживать углеводороды. Баженовская свита представлена плотными глинистыми породами, которые считаются нефтематеринскими (содержат аномально высокое количество преобразованного органического вещества, генерировавшего нефть). Но любые глинистые породы — это прежде всего экран, флюидоупор для залежей углеводородов. Каким образом в глинистой толще-экране могут находиться залежи, да еще в большом количестве (как выясняется) и огромными общими запасами (как предполагается), это пока толком не ясно. Удивительно и то, что и ее коллектор необычный. Это не просто трещины различной ориентировки, а в основном тонкие, менее миллиметра, параллельные, горизонтальные трещинки между такими же тонкими пластинками глин. Природа такого коллектора до сих пор неясна. Не познаны закономерности их пространственного размещения, нет научно обоснованного целенаправленного прогноза и поиска залежей, оценки реальных запасов. По нашему с академиком Андреем Трофимуком мнению, зоны такого типа коллекторов — это своеобразные «пузыри» в породе, места разгрузки тангенциального напряжения, горизонтального сжатия отложений.

Освоение запасов баженовской свиты выглядит привлекательнее ряда альтернативных направлений, ориентированных на поддержание нефтедобычи, — северного шельфа восточнее Урала, как и новых слабо освоенных районов Восточной Сибири. Ведь в регионе, где эта свита простирается, уже есть вся необходимая инфраструктура, поэтому можно рассчитывать на меньшие затраты и меньший ущерб для окружающей среды. Вероятность обнаружения таких «пузырей» и залежей, связанных с ними, перспективна в районах с повышенным температурным градиентом. Это прежде всего Мансийская синеклиза с Красносельским, Салымским, Сургутским районами и территориями, прилегающими к ним. Вместе с тем я далек от эйфории. Звучащие сейчас цифры — 100 миллиардов тонн запасов — кажутся фантастическими. Вообще, вести конкретный разговор о том, сколько нефти можно получить от освоения баженовского комплекса, некорректно, пока не разработана методика прогноза «коллекторов-пузырей», их число и пространственное нахождение. Необходимы систематические измерения тангенциальных напряжений в бурящихся скважинах, картографические данные позволят прогнозировать перспективные зоны распространения «коллекторов-пузырей». Но для этого, в свою очередь, нужен соответствующий прибор, глубинный тензометр, которого у нефтяников нет, а его создание даже не стоит на повестке дня. Желательно, чтобы нефтяные компании, государство проявили интерес к этой проблеме.

Водоросли превращаются в нефть

Ученые  из Кемеровского института угля и  углехимии СО РАН разработали модель, которая описывает процесс образования нефти из жиров древнейших водорослей, и получили ее экспериментальное подтверждение.

То, что нефть образуется из останков водорослей, а именно из их жиров, сегодня  уже общепринятая точка зрения среди  геохимиков. Однако до сих пор не ясно, как это происходит. Прояснить  механизм образования нефти из жиров  водорослей взялись геохимики Кемеровского института угля и углехимии СО РАН.

Водорослевая  клетка - это в основном белки  и углеводы, которые после отмирания  растения довольно быстро разрушаются  микроорганизмами. Жиров и жироподобных веществ в клетке водоросли немного, но они очень устойчивы к различного рода воздействиям. Следовательно, в образовании нефти может участвовать не все вещество водорослей, а лишь его часть - жиры и жироподобные вещества.

Когда водоросли отмирают, выделяется большое  количество кислорода, который окисляет жиры. В результате еще в мембранах  клеток отмирающих водорослей образуются неустойчивые соединения, которые превращаются в макромолекулы - протонефть, считает кандидат химических наук Юрий Васильевич Рокосов, один из авторов исследования. Однако, чтобы нефть "дошла", она должна пройти испытание в недрах Земли. При температуре 500^оС, давлении 300 Мпа и обязательно в присутствии воды протонефть мгновенно (конечно, по геологическим меркам) превращается в высококачественный продукт, готовый к использованию.

Кемеровские геохимики воспроизвели процесс  образования протонефти в своей лаборатории. Для эксперимента ученые выбрали два жироподобных вещества: первое было получено из натуральной льняной олифы, а второе - природное - из высохшего залива Ала-Куль озера Балхаш. В условиях, близких к природным, подопытные вещества превратились в углеводороды протонефти. Такие же углеводороды исследователи обнаружили в баженитах - морских отложениях, сходных с черными сланцами. Бажениты распространены в Западной Сибири - одной из крупнейших нефтегазоносных провинций мира, и геохимики рассматривают эти породы как наиболее вероятный источник западносибирской нефти.

Вот так, "горючее" живой клетки - жиры - после отмирания водорослей, в  своей "загробной" жизни, превращается в другой вид горючего - нефть. Ученые из Кемерова считают, что крупные месторождения нефти образуются, скорее всего, из жиров водорослей и только в экстремальных условиях. [7]

Баженовска свита – губка с нефтю

Член-корреспондент АН СССР И. НЕСТЕРОВ, директор Западно-Сибирского научно-исследовательского геологоразведочного нефтяного института.

Почти все известные нефтяные и газовые  месторождения залегают в прогибах земной коры, там, где послойно расположены  осадочные породы: песчаники, известняки, глины, пласты соли…

Классическая  модель залежи выглядит так: между слоями глины, известняка или соли — непроницаемыми покрышками — лежит пласт песчаника  или проницаемого известняка, наполненный  нефтью или газом. Нефть и газ  находятся только в пористых породах. В глины и соль они проникнуть не могут. Глины и нефть — это  в определенном смысле лед и пламень, то есть вещества несовместимые.

И вдруг  однажды на Салымском месторождении нефть забила из слоя глины. Да в каких количествах! В разведочной скважине Р-41 был зафиксирован приток нефти 1700 кубометров в сутки! И это при том, что замер сделали не сразу, а когда фонтан уже слегка ослабел.

Сначала тюменские геологи не поверили своим  глазам и предположили, что нефть  бьет все-таки не из слоя глины, а что  происходит перетек из других горизонтов в тот, где залегают глины. Одни указывали на пласт, лежащий на 100 метров выше глин, другие на тот, что ниже. Но факты неоспоримо говорили о том, что нефть поступает из глинистых отложений, так называемой баженовской свиты.

Свита — геологический термин, обозначающий совокупность залегающих пластов горных пород, объединенных по какому-либо признаку. Баженовской ее «назвали потому, что глинистые отложения такого типа впервые были обнаружены вблизи поселка Баженовка Омской области.

Необычайное явление, конечно, заинтересовало специалистов. В течение нескольких лет ученые нашего Западно-Сибирского научно-исследовательского геологоразведочного нефтяного института и сотрудники «Главтюменьгеологии» присматривались к этому нестандартному нефтяному коллектору, всесторонне исследовали его. Трудно бывает отказаться от привычного, устоявшегося взгляда на вещи, подойти к нестандартной ситуации без всякой предубежденности. Ну, а кроме этого, приходилось добиваться разрешения пробурить экспериментальные скважины на одном участке, на другом — в местах, вовсе не предусмотренных планами.

Породы  баженовской свиты — мы назвали их баженитами — были детально изучены. Они бывают Двух видов: рыхлые и плотные. Рыхлые почти совсем не помогли нам что-либо узнать о строении баженитов. Когда их поднимают из скважины на поверхность, они тут же разрушаются, превращаются в мучнистую бесструктурную массу. Основную информацию исследователи получили, изучая плотные разновидности баженитов. Под микроскопом хорошо видны горизонтальные линзочки органического вещества и нефти, переслаивающиеся тонкими пластинками глины. Общая картина пестрая: чередование светлого и темного, глинистых прослоек, нефти и органического вещества, заключенного между ними.

Считается, что нефть обычно рождается в  материнской толще, затем перемещается в недрах по трещинам и пустотам, наконец попадает в ловушку — в коллектор — и скапливается там. С баженовской нефтью все происходит иначе.

Изучение  баженитов показало, что баженовская нефть образовалась здесь же, на месте, и в то же время, когда образовался коллектор. Она ниоткуда не пришла, она местная, и это обстоятельство указывает на необычность ее происхождения. Общепринятая теория образования и происхождения нефти и газа этого объяснить не может.

Баженовская свита признана новым типом залежей нефти и газа. Это еще один продуктивный горизонт Тюмени, и он, безусловно, послужит дополнительным резервом при добыче ценного горючего ископаемого.

Гипотеза  происхождения баженитов такова. Более 100 миллионов лет назад на территории нынешнего Тюменского края плескалось теплое море. Берега его были покрыты пышными лесами, воды обильно заселены морскими животными и растениями. В таких условиях на дне постепенно накапливались и уплотнялись илы.

Однако  время от времени холодные течения  из соседнего арктического бассейна проникали в это море, резко  меняли привычную обстановку и несли  гибель всей массе теплолюбивых микроорганизмов  и животных. На дне моря отлагались слои, обогащенные органическим веществом.

Затем происходило очередное тектоническое  поднятие в земной коре, холодный поток  прерывался, баженовское море вновь прогревалось…

Так происходило много раз, и на морском  дне, чередуясь, отлагались минеральные  и органические вещества. С течением времени они превратились в пласты, состоящие из тонких глинистых прослоек, обогащенных органикой. Находясь на небольших глубинах, эти породы обладали свойствами обычных глин. Но, если они  погружались на глубину более  километра, в пласте начинались перемены. Под действием высокой температуры  и давления твердые органические компоненты претерпевали фазовые превращения: переходили в жидкое или газообразное состояние. В результате резко увеличивался объем, а следовательно, и давление. Происходил разрыв окружающей породы — она раздвигалась. В глинах возникали миниатюрные полости, которые и становились мини-ловушками для органического горючего вещества. Рождался баженит— порода, начиненная линзочками с нефтью и газом.

Со  временем пласт баженнта претерпевал различные изменения, и сегодня геологи находят линзы мощностью (толщиной) до десятков метров, залегающие среди битуминозных глин одного с ними возраста. Встречаются полностью замкнутые линзы, другие образуют взаимосвязанные системы. Это и есть баженовская свита, устройство которой мы так долго не могли понять. Да, пожалуй, и сейчас еще нельзя сказать, что в этом поразительном природном явлении удалось все понять и объяснить.

Например, такое. Обычный нефтяной коллектор  — жесткий, он не меняет своего объема ни во время эксплуатации, ни после  се окончания. Из него, как правило, удается извлечь не более 40 процентов  содержимого. Повышение коэффициента отдачи — главная проблема нефтяников всего мира. В борьбе за каждый процент  в ход идут всевозможные ухищрения: в нефтяной пласт закачивают реки воды, вводят специальные химические реагенты…

А баженовка сама отдает 90 процентов нефти! Можно предположить, что это происходит благодаря сжимаемости пласта. Этот коллектор подобен губке, из которой отжимают жидкость. В практике мировой нефтедобычи подобное встречается впервые.

В баженовской свите зафиксированы необычайно высокие пластовые давления: они часто превышают гидростатическое на 150—200 атмосфер. Причем после отбора первых 20—30 тысяч кубометров нефти давление надает на 70—80 атмосфер, а далее уменьшается очень медленно. Это, видимо, тоже говорит о податливости, сжимаемости коллектора-губки.

Но  не следует думать, что баженовка в некотором смысле подобна футбольной камере и что достаточно ее проткнуть скважиной, и начнет фонтанировать газ или нефть. Вовсе нет, «мягкий» коллектор довольно капризен. Тяжелый буровой раствор, который обычно подают в скважину во время бурения, нередко забивает пласт. Частицы раствора проникают в пласт, оттесняют нефть и закупоривают проходы для нее. Приходится подбирать специальный эмульсионный раствор, плотность которого обеспечит равновесие давления к системе «баженовская свита — скважина». Вскрыть баженовскую свиту скважиной — это очень тонкая операция, надо подобрать раствор, повысить давление и в нужный момент сбросить его, повторить так несколько раз, чтобы раскачать нефтеносный пласт и заставить его открыть дорогу горючей жидкости. Капризная баженовка, шутят геологи, реагирует даже на характер бурового мастера.

Нефть из залежей баженовской свиты — высококачественная, из нее можно получить до 60 процентов светлых продуктов — наиболее ценных. В этой нефти мало серы и различных солей, она почти безводная. Значит, ее не надо перед транспортировкой очищать от солей, обезвоживать. А ведь эти процессы значительно увеличивают себестоимость нефти.

Итак, баженовская нефть почти не нуждается в принудительной откачке и обработке перед транспортированием. Она может стать самой дешевой нефтью в Тюмени.

Некоторые устойчивые свойства баженитов облегчают поиск и разведку нефтяных залежей этого типа. Породы баженовской свиты отличаются высоким удельным электрическим сопротивлением. Над залежами обычно встречаются зоны с повышенным давлением в порах породы, и они больше поглощают сейсмические волны.