Энергетические ресурсы. Нефть

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ. Нефть

Структура энергетических ресурсов:

Для второй половины 20 века характерен интенсивный рост потребления энергоресурсов, так с 1950 по 2000год мировое использование энергоресурсов выросло с 4 до 14,6 млрд. тут (тонна условного топлива). В настоящее время на одного жителя потребляется не менее 60*109 Дж, что соответствует сжиганию 2 т угля или 10 баррелей нефти. Около 80% потребляемой энергии приходится на невозобновляемые источники, 20% на возобновляемые (гидроэлекторостанции, ветровые, гидротермальные, приливные и т. д.установки).

Основными источниками энергии являются:

•  Горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, природный газ, горючие сланцы)

•  Ядерное топливо (уран, торий, литий, дейтерий)

•  Внутреннее тепло Земли (геотермальная энергия)

•  Энергия Солнца (энергия потоков ветра, океанских течений, волн, биотопливо)

•  Гравитационная энергия (приливная энергия, энергия падающей воды)

В настоящее время основным энергоносителем остаются горючие полезные ископаемые. Их объединяют общим названием - каустобиолиты:

•  уголь,

•  нефть и

•  природный газ,

Нефть

Основные свойства нефти

Нефть и газ относятся к нефтяному ряду каустобиолитов. Нефтяной ряд включает:

•  нефть и ее производные (озокериты, асфальты и др.),

•  газы, т. е. вещества образование и условия залегания которых связаны с процессами миграции.

В зависимости от состава выделяют метановые (парафиновые), нафтеновые (асфальтовые – самые распространенные) и ароматические (бензольные) углеводороды

Элементный состав (%) каустобиолитов:

•  С-82-87,

•  H-11-14,5,

•  S-0,01-6 (редко до 8),

•  N-0,001-1,8,

•  О-0,005-0,35 (редко до 1,2) и др.

Всего более 50 элементов, при этом средний химический состав нефти условный.

По плотности нефть подразделяется на:

•  очень лёгкую— до 0,80 г/см³;

•  лёгкую — 0,80-0,84 г/см³;

•  среднюю — 0,84-0,88 г/см³;

•  тяжёлую — 0,88-0,92 г/см³;

•  очень тяжёлую — более 0,92 г/см³.

Вязкость, мПа/с

•  1 С низкой вязкостью - < 1

•  2 Маловязкая - 1-5

•  3 С повышенной вязкостью - 5-25

•  4 Высоковязкая - > 25

Температура застывания (перестает быть флюидом и утрачивает способность течь) в интервале температур от - 60 до + 30 °С, что зависит от содержания парафина (чем его больше, тем выше температура застывания) и количества легких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже).

Происхождение нефти

Биогенная теория - формирование из остатков, :

•  остатки живых организмов накапливались на дне водных бассейнов, где они уплотнялись и обезвоживались. Далее в анаэробных условиях происходили разнообразные биохимические процессы нефтеобразования в условиях высоких температур и давлений.

Неорганическая теория (теория «абиогенного синтеза»). Автором этой теории был . Он считал, что нефть образуется из глубинных флюидов, циркулирующих в земных глубинах. Возможны механизм он описывал следующим образом: во время горообразования вода просачивается вниз по трещинам, в недрах встречается с карбидами железа, вступает с ними в реакцию под действием высоких температур и давления. В результате образуются оксиды железа и углеводороды, по тем же разломам насыщенные углеводородами флюиды поднимаются в верхние слои и заполняют породы-коллекторы - образуются месторождения нефти и газа.

•  3.3. Геологические условия формирования месторождений нефти

•  В породах различного возраста (от кембрийских до плиоценовых, наиболее древние залежи нефти - на территории Северной Америки)

•  Основные мировые запасы нефти и газа - платформенные месторождения (соответственно 96% и 99 %) .

•  Основное количество гигантских месторождений и почти вся добыча нефти и газа - Восточно-Европейская, Западно-Сибирская, Северо-Американская, Аравийская, Африканская платформы.

Внутриматериковые депрессии и окраины материков:

•  1) Персидский залив – Северная Африка;

•  2) Мексиканский залив – Карибское море (включая прибрежные районы Мексики, США, Колумбии, Венесуэлы и о. Тринидад);

•  3) острова Малайского архипелага и Новая Гвинея;

•  4) Западная Сибирь;

•  5) северная Аляска;

•  6) Северное море (главным образом норвежский и британский секторы);

•  7) о. Сахалин с прилегающими участками шельфа.

•  Незначительная часть нефтегазоносных месторождений - складчатые области и эпиплатформенные внутриорогенные впадины

•  Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке, называют коллекторами.

•  Коллектора - терригенные и карбонатные породы

•  Нефть и газ занимают пустоты в коллекторах (пустотное пространство пород представлено порами, кавернами, трещинами, биопустотами)

•  Сверху и снизу коллектора перекрыты флюидоупорами - горными породами, не пропускающими флюиды

•  Вместе с нефтью и газом в пустотном пространстве находится вода

Геологические условия формирования месторождений нефти

•  Возраст вмещающих горных пород – от кембрийских до плиоценовых (наиболее древние залежи нефти, в палеозойских породах, на территории Северной Америки)

•  Основные мировые запасы нефти и газа содержатся в платформенных месторождениях: соответственно 96% и 99 % .

•  На Восточно-Европейской, Западно-Сибирской, Северо-Американской, Аравийской, Африканской платформах сосредоточено основное количество гигантских месторождений, которые дают почти всю добычу нефти и газа в мире.

Бóльшая часть нефтяных месторождений приурочена к внутриматериковым депрессиям и окраинам материков, таким как:

•  1) Персидский залив – Северная Африка;

•  2) Мексиканский залив – Карибское море (включая прибрежные районы Мексики, США, Колумбии, Венесуэлы и о. Тринидад);

•  3) острова Малайского архипелага и Новая Гвинея;

•  4) Западная Сибирь;

•  5) северная Аляска;

•  6) Северное море (главным образом норвежский и британский секторы);

•  7) о. Сахалин с прилегающими участками шельфа.

Незначительная часть нефтегазоносных месторождений приурочена к складчатым областям и эпиплатформенным внутриорогенным впадинам

Залежи нефти классифицируются по составу флюидов:

Ø  1. Нефтяные

Ø  2. Нефтяные с газовой шапкой

Ø  3. Нефтегазовые

Ø  4. Газовые с нефтяной оторочкой

Ø  5. Газоконденсатные

Ø  6. Газоконденсатно-нефтяные

Ø  7. Газовые

Залежи нефти и газа занимают пустоты в терригенных и карбонатных породах. Пустотное пространство пород представлено порами, кавернами, трещинами, биопустотами (внутриформенные и межформенные). Вместе с нефтью и газом в пустотном пространстве находится вода.

Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду, и отдавать их при разработке, называют коллекторами. Углеводороды в замкнутом пространстве коллектора образуют залежь. Горные породы, ограничивающие коллекторы называются флюидоупорами.

Нефтегазоносный комплекс - часть разреза осадочного бассейна, которая содержит скопления нефти и газа и характеризуется относительным единством условий накопления пород, формирования коллекторов, флюидоупоров, накопления и преобразования органического вещества, формирования гидродинамической системы.

Месторождение нефти и газа - совокупность залежей, контролируемых единым структурным элементом, и заключенных в недрах одной и той же площади.

Классификации запасов нефти.

Российская классификация

•  Запасы нефти и газа

–  Разведанные категории А, И, С1

–  Предварительно оцененные – С2

•  Ресурсы по степени их обоснованности:

–  Перспективные С3

–  Прогнозные – D1, D2

•  А – запасы детально изученные разведочным и эксплуатационным бурением и находящиеся в промышленной разработке

•  B – запасы, изученные разведочным бурением или находящиеся в опытно-промышленной эксплуатации

•  С1 – запасы по новым залежам, нефтегазоносность которых установлена на основании благоприятных показателей геологоразведки, а также запас части залежи, примыкающей к площадям категории B

•  С2 – запасы в известных нефтегазовых провинциях на неразведанных перспективных участках, нефтегазоностость которых установлена по данным промыслово-геофизических исследований

•  С3 – перспективные ресурсы площадей, подготовленных для бурения и находящиеся в пределах нефтегазоносного района

•  D1 – прогнозные ресурсы , оцениваемые в пределах крупных структур с доказанной промышленной нефтегазоносностью

•  D2 – прогнозные ресурсы , оцениваемые в пределах крупных региональных структур, промышленная нефтегазоносность которых еще не доказана.

Классификация SPE-PRMS

Наиболее распространенная в мировой нефтегазовой промышленности - управления ресурсами и запасами углеводородов SPE-PRMS (Petroleum Resources Management System). Классификация, разработанная в 1997 году Обществом инженеров-нефтяников (Society of Petroleum Engineers, SPE) совместно с Мировым нефтяным конгрессом (World Petroleum Congress, WPC) и Американской ассоциацией геологов-нефтяников (AAPG)

Стандарты SPE-PRMS оценивают вероятность присутствия нефти в месторождении и учитывают экономическую эффективность извлечения этих запасов (затраты на разведку и бурение, транспортировку, налоги, существующие цены на нефть и т. д.). Согласно этим критериям, выделяют три категории запасов - «доказанные», «вероятные» и «возможные» в зависимости от оценки шансов их извлечения.  Таким образом, у доказанных запасов шанс быть добытыми равняется 90%, у вероятных – 50%, а у возможных - самый низкий – 10%.

Классификация SEC.

Стандарты SEC разработаны американской Комиссией по рынку ценных бумаг (Securities and Exchange Commission, SEC).  Основные критерии, по которым оцениваются месторождения, являются достоверность существования запасов и срок действия лицензии на разработку месторождения. 

Классификация нефтяных месторождении по их запасам

•  мелкие - до 10 млн. тонн нефти;

•  средние - 10 - 100 млн. тонн нефти;

•  крупное - 100 - 1000 млн. тонн нефти

•  крупнейшие (гигантские) - 1 - 5 млрд. тонн нефти;

•  уникальные (супергигантские) - 5 млрд. тонн нефти и более

Запасы и центры добычи нефти

Доказанные запасы нефти в мире составляют примерно 140 млрд. т, ежегодная добыча - около 3.5 млрд. т.

Основные потребители нефти это высокоразвитые страны. Экспортное производство сконцентрировано в небольшой группе развивающихся и переходных стран.

Доля США в общемировом потреблении нефти 25,4 %, - в мировой добыче – 9,9 %.

Япония, Южная Корея, Тайвань (не добывая нефти) - потребляют 11 % мирового производства. Китай добывает 4,8 % от мирового уровня производства нефти, потребляет 7,4 %.

Странами лидерами по добыче нефти являются Саудовская Аравия - около 25% общемировых запасов – (доказанные запасы более 35 млрд. тонн), Ирак - 11% общемировых (доказанные запасы 16 млрд. т нефти), Россия - 5,5% общемировых (доказанные запасы – около 8 млрд. тонн), США – 2,2% общемировых (доказанные запасы - около 4 млрд. тонн).

История использования нефти

Название нефти oleum petrae - «каменное масло» дали римляне, а затем это название перешло во многие языки.

По историческим данным первое упоминание об использовании нефти связано с шумерами (6 тысяч лет до н. э.). Древние египтяне, жители Междуречья и обитатели государств Ближнего Востока собирают нефть с поверхности воды. Они добывали нефтяной битум и использовали для строительства (кирпичи из смеси из глины, песка и гравия). Жидкую нефть применяли для освещения помещений, в качестве топлива и даже добавляют в состав для бальзамирования, а также лечили нарывы и боль в суставах. Нефть применялась в военных целях. Китайские воины бросали в ряды противников горшки с горящей нефтью. «Греческий» огонь (нефть, смола, селитра, канифоль и сера) известен в Европе с 7 века н. э. «Греческий огонь» нельзя было затушить ни водой, ни песком.

Геродот описывает древний способ добычи нефти из «известного колодца», расположенного недалеко от Ардерикки – селения у Евфрата. «Из колодца вычерпывают асфальт, соль и масло с помощью колодезного журавля, а вместо ведра прицепляют к нему пол винного бурдюка. Погрузив бурдюк, зачерпывают им жидкость и выливают в сосуд…» .

Первую скважину для получения нефти закладывают в Китае в 347 году н. э. Для этого в качестве труб использовались полые стебли бамбука. Буровой инструмент – долото и бамбуковые штанги – опускались в скважину на канатах толщиной 1-4 см, свитых из индийского тростника. Самые глубокие скважины достигали 240 метров.

Были созданы целые трубопроводы из бамбуковых трубок

На Ближнем Востоке нефть стала ходовым товаром в начале нашей эры. Иранские и арабские летописи свидетельствуют, что еще в 3–4 веках нефть, добываемая на Апшеронском полуострове, вывозилась в Персию, откуда распространялась и по другим странам. В 1264 году Марко Поло сообщает, что жители Апшеронского полуострова собирают нефть, просачивающуюся из земли.

В 1711 году греческий врач Эйрини д’Эйринис обнаруживает залежи природного асфальта в местечке Валь-де-Травер (современный город Невшатель в Швейцарии), где в 1719 году открывает битумную шахту, которая будет функционировать до 1986 года.

Начало современного этапа добычи нефти в США обычно датируют 1859 годом, когда начинается добыча нефти в США. Первая скважина глубиной 21 метр пробурена в штате Пенсильвания, а в 1865 году там же сооружен первый нефтепровод длиной в 6 км. Он был построен нефтепромышленником Сэмюэлем Ван Сикелем и соединял нефтяные скважины Ойл-Крик с железнодорожной станцией Миллер Фарм Стэйшн.  Пропускная способность нефтепровода составляла около 2 500 баррелей в сутки.

В 1862 году баррель становится официальной единицей объема, принятой у нефтяников. В США, где стремительно развивается нефтяной промысел, до появления железных цистерн нефть перевозят в деревянных бочках (barrel – бочка). Производители этих изделий решили делать бочки для нефти того же объема, что и бочки для сельди. Согласно указу, подписанному в 1492 году в Великобритании, объем бочки для сельди должен быть равен 42 галлонам (примерно 168 литрам).

В 1870 годом, Джон Рокфеллер открывает компанию Standard Oil, контролирующую 10% нефтедобычи в США. Ее доля вскоре достигнет 90%, что становится причиной разработки первого в мире антимонопольного законодательства. В 1896 году Генри Форд выпускает свой первый автомобиль с четырехтактным двигателем. С этого времени нефть рассматривается прежде всего как сырье для производства бензина.

С 1951 года в США нефть становится главным источником энергии. Уголь оказывается на втором месте.

В 1932 году были открыты месторождения нефти в Бахрейне, Кувейте и Саудовской Аравии, а в 1956 году в Алжире и Нигерии.

Важным событием второй половины 20 века в нефтяной промышленности было открытие в 1959 году открытие гигантского газового месторождения Гронинген (запасы – свыше 4,2 трлн куб. м газа) на побережье Нидерландов.  Именно с этого открытия и началась история нефти и газа Северного моря.

ﾂ 1960 году в Багдаде (Ирак) образуется Организация стран-экспортеров нефти (ОПЕК). Ее основателями становятся Иран, Ирак, Кувейт, Саудовская Аравия и Венесуэла

Добыча нефти в России.

Нефте - и газопроявления в Баку, на западном склоне Каспийского моря были известны с 10 в. На Северном Кавказе местные жители собирали нефть с помощью ведер (скважины глубиной до 1.5 м). С 14 в. Начался экспорт в страны Среднего Востока.

Первое упоминание о добыче нефти на севере России связано с ХVI веком, когда на дне реки р. Ухта (Тимано-Печорский район) были обнаружены скопления нефти. Образца этой жидкости были доставлена в Москву в 1597 г. В 1745 Федор Прядунов начал добычу нефти со дна реки Ухта и создал примитивный нефтеперегонный завод.

В 1823 году братья Дубинины открыли нефтеперерабатывающий завод в Моздоке.

Первая промышленная нефтяная скважина была заложена на Биби-Айбатском месторождении вблизи Баку в 1848 году ( на 10 лет раньше, чем в США). Она положила начало современной нефтяной промышленности.

В конце 19 века Братья Нобель и Ротшильды начали добычу нефти в Баку, была основана компания Шелл Транспорт и Трейдинг (Роял Датч/Шелл) для перевозки нефтепродуктов. В 1878 году был построен первый в России нефтепровод, соединивший нефтяные месторождения с нефтеперерабатывающим заводом (Баку)

В 1900 на долю этой компании приходилось более 30% мировой нефтедобычи и она занимала 1-е место в мире. 1907 году был построен магистральный нефтепровод Баку - Батуми диаметром 200 мм и длиной 835 км. Он продолжает эксплуатироваться до наших дней. На рубеже веков были построены нефтеперерабатывающих заводов (Ярославль, Нижний Новгород). 

После 1917 года нефтяная отрасль начала приходить в упадок. Братья Нобель продали свою долю.  В 1920 году была установлена государственная монополия и произошла национализация нефтяной промышленности России. Через год, в 1921 году был принят закон о концессиях, что позволило быстро восстановить нефтяную индустрию Советского государства. Был образован «Нефтесиндиката» – монопольная структура в Советской России, контролировавшей реализацию нефти как на внутреннем, так и внешнем рынках. В результате была восстановлена нефтедобыча и с 1923 года экспорт нефти вернулся на дореволюционный уровень. Каспий и Северный Кавказ оставались центром нефтяной промышленности до Второй мировой войны, хотя нефтепоисковые работы велись и в других регионах страны. После войны центр нефтедобычи переместился в Волго-Уральский регион, где в 1948 г было открыто Ромашкино – крупнейшее месторождение региона. В Волго-Уральском регионе освоено свыше 150 нефтяных месторождений (более 2800 залежей) и добыто 3 млрд т нефти и свыше 90 млрд попутного газа. С 50-ых он давал около 45% от общей добычи.

В начале 1960-х годов СССР занимал 2 место по объемам добычи нефти. Выброс больших объемов дешевой советской нефти привел к снижению цен на нефть Ближнего Востока. Пик добычи в Волго-Уральском регионе пришелся на 1975 год, далее она упала на две трети, что грозило резким снижением возможности экспорта.

Но к этому времени были открыты гиганты в Западной Сибири. Первые месторождения были разведаны в начале 1960-х годов (в 1965 г. был открыт супергигант Самотлор с извлекаемыми запасами около 2 миллиарда тонн). В последующие годы открывались все новые и новые месторождения, но средств в повышение эффективности и в разработку и внедрение новых технологий не вкладывали, в результате это вызвало падение производительности скважин, снижение пластового давлении и увеличение обводненности. Падение добычи с 1982 по 1986 годы потребовало увеличения финансирования, что и привело в 1988 году к выходу нефтяной отрасли СССР на новый рекордный уровень. Он стал крупнейшим нефтепроизводителем (опередив США и Саудовскую Аравию). 90-ые годы принесли падение добычи и лишь к 2000 году Россия сначал вышла на 3 место по объема добычи нефти (после Саудовской Аравии и США), а к 2007 году на второе место после СА

С 1990 по 1997 падение добычи

Современное состояние основных нефтагазоносных районов России

В Западной Сибири остаточные запасы составляют более 20 миллиардов тонн, но уровень добычи может быть в три раза больше, чем сейчас (плохие пластовые условия на уже разрабатываемых месторождениях, месторождения состоят из большего числа нефтеносных пластов).

Тимано-Печорский бассейн - большая часть запасов относится к категории трудноизвлекаемых и содержит тяжелую нефть. Остаточные разведанные запасы - 1,25 миллиардов тонн.

Восточная Сибирь - остаточные запасы составляют 0,45 милл. тонн, неразведанные запасы могут быть в несколько раз больше. Основной проблемой этого региона является удаленность от рынков сбыта и отсутствие транспортной инфраструктуры.

Сахалин обладает довольно значительными запасами, но их разработка в наши дни сдерживается высокой капиталоемкостью.

Самым перспективным районом считают шельфовую зону Северного Ледовитого океана.

Главнейшие открытия нефтяных месторождений

•  В 1932 году открыты месторождения нефти в Бахрейне, а в 1938 году в Кувейте и Саудовской Аравии

•  1938 год. Российские геологи во главе с доказали наличие значительных запасов нефти на территории между Волгой и Уралом.  Впоследствии этот нефтедобывающий район стали называть «Вторым Баку».

•  1948 году открыто знаменитое Ромашкинское месторождение на юге Республики Татарстан. Запасы нефти, оцениваемые сегодня в 12-14 млрд баррелей, залегают на глубине 0,6-1,8 км

•  1956 год. Открыты месторождения нефти в Алжире и Нигерии.

•  1959 год. Открыто гигантское газовое месторождения Гронинген (запасы – свыше 4,2 трлн куб. м газа) на побережье Нидерландов. С этого открытия началась история нефти и газа Северного моря.

•  1965 году в России открыто месторождение-супергигант Самотлор с начальными запасами нефти промышленных категорий свыше 47 млрд баррелей, промышленное освоение которого началось в 1969 году. С этого момента и по сегодняшний день на нем было пробурено 16 700 скважин и добыто свыше 17 млрд баррелей нефти.

•  1968 год. Открыты крупные нефтяные месторождения на территории Аляски. (в частности, гигантское нефтегазовое месторождение Прадхо-Бей). Извлекаемые запасы нефти составили свыше 10 млрд баррелей.

Крупнейшие экологические катастрофы на месторождениях нефти.

•  1905 год. В Баку происходит первый в истории масштабный пожар на нефтяных месторождениях. В ходе пожаров было уничтожено более половины производительных скважин в этом регионе.

•  1969 год. Первая крупная экологическая катастрофа, вызванная аварией на нефтедобывающей платформе у побережья Калифорнии.

•  1988 год. Крупнейшая в истории авария на нефтяной платформе: загорелась британская  Piper Alpha в Северном море. Погибают 167 человек из 228 находящихся на платформе.

•  1989 год. У побережья Аляски происходит крупнейшая в истории авария нефтяного танкера Exxon Valdez. В океан вылилось свыше 260 тыс. баррелей сырой нефти. В результате более двух тысяч километров побережья оказываются загрязненными.

•  1991 год. В ходе войны между Ираком и Кувейтом, иракцы поджигают кувейтские нефтяные скважины. Вылилось до 4 миллионов баррелей нефти.

•  2002 год. У побережья Испании терпит крушение танкер Prestige. Вылилось около 450 тыс. тонн сырой нефти, что в два раза больше, чем в 1989 году с Exxon Valdez.

•  2010 год. Авария 80 километрах от побережья штата Луизиана в Мексиканском заливе на нефтяной платформе Deepwaater Horizon на месторождении Макондо. Разлив крупнейший в США. Через повреждения труб скважины на глубине 1500 метров за 152 дня вылилось около 5 миллионов баррелей нефти, нефтяное пятно - 75 тысяч км2.