Как я писал в одной из своих первых статей, обязательным условием для формирования нефтяного месторождения является не только наличие нефтематеринской породы, но и наличие мощных пород-ловушек, которые накрывают коллектор - пористую породу, которая как губка удерживает нефть и/или газ.
Обычно в качестве покрышек выступают массивные глиняные и солевые толщи. Они устойчивы, но так как процесс образования нефти длится миллионы лет, с ними может произойти разные изменения, в том числе и разрушение в ходе геологических процессов.
Если все же покрышки были разрушены, то чисто газовые месторождения просто обречены. Легколетучий метан и другие газообразные углеводороды быстро выветриваются из коллектора.
Если же нарушена целостность нефтяных месторождений, то в них проходят более сложные процессы.
Первой улетучивается газовая шапка, в результате чего снижается пластовое давление. После снижения давления нефть начинает "кипеть", потому что растворенные при большом давлении газовые фракции испаряются - этан, пропан, бутан.
С точки зрения человеческой жизни это происходит долго - тысячи лет. С геологической - мгновенно.
Затем за дело берется "сладкая парочка" - кислород и микроорганизмы. Кислород окисляет нефть, а немногочисленные бактерии начинают ее «есть». Нельзя сказать, что нефть для них является основной "пищей», но многие ей совсем не брезгуют. В результате этого происходит два процесса – медленный химический распад и гораздо более быстрый биологический. При этом и химический, и биологический распад затрагивают в первую очередь лёгкие фракции нефти. Более тяжелые фракции - асфальтены и мальтены (образующие битум) слабо поддаются влиянию как кислорода, так и бактерий с их ферментами. Результатом такой многомиллионной разрушительной эпопеи является обычно месторождение нефти, практически полностью состоящее из битума.
Он образуется в два этапа. Сначала образуется высоковязкая мальта, а позже и сам битум. Наверняка все его видели, так как гудрон, их которого делают дорогу, по сути и является битумом. Только битум имеет природное происхождение, а гудрон является остатком перегонки нефти.
Битума на земле много. Даже не так - его очень много, просто колоссальное количество, гораздо больше, чем традиционной нефти. По разным подсчетам запасы их достигают от нескольких сотен миллиардов тонн, до триллиона и более тонн. При этом они широко разбросаны по странам мира.
Но больше всего их в двух местах - в Венесуэле, бассейне реки Ориноко (Битуминозные пески Ориноко) и в Канаде - нефтеносные пески Атабаски.
В основе битумных песков Канады лежат гигантские месторождения легкой нефти, сформированные в осадочном бассейне Западной Канады.
И все было прекрасно, копилась она миллионы лет и ждала, когда придут нефтяники. Но произошло непредвиденное. Примерно 75 миллионов лет назад, во время мелового периода начался рост Скалистых гор. Они переместили месторождения легкой нефти на восток, к границе Альберты и Саскачевана. Попутно разрушая породы-покрышки, обнажая нефтеносные пласты. А также переместили серьезные объемы насыщенной кислородом воды. Активно начался процесс, который я описал выше - начался процесс испарения легких фракций нефти, окисление тяжелых и их биодеградация.
В результате остались более тяжелые сложные углеводороды, содержащие серу и незначительные концентрации металлов, которые и называются сейчас нефтеносные пески Атабаски.
Кроме того, вода отмыла пески от гидрофобных частиц на поверхности и они являются влажными (слой воды, как считается, покрывает битум и твердые частицы). Вода облегчает отделение битума от песка с помощью гравитационной сепарации на водной основе. Другие нефтеносные пески, битуминозные пески или залежи сланцев пропитаны нефтью и, следовательно, не могут быть отделены способом на водной основе. Поэтому их чаще обрабатывают не тепловым методом, как в Канаде, а химическим, то есть промывают растворителями (той же легкой нефтью), что позволяет отделить битум от песка. Этот способ обработки дороже.
Но при этом битум из нефтеносных песков Альберты из-за этого очень восприимчив к окислению. Вот почему залежи нефтеносных песков нельзя накапливать. При длительном воздействии атмосферы битум может "состариться", что значительно снижает эффективность отделения горячей воды.
В битумах Альберты довольно высокое содержание серы, обычно от 4 до 5% по весу, уступая только босканской сырой нефти из Венесуэлы, которая содержит около 5,5% серы.
Нефтеносные пески Канады сосредоточены в основном в Альберте, немногим не достигая границы с Саскачеваном. Все месторождение занимает площадь около 142 000 км2, только 3% из которых пригодны для добычи.
Месторождения нефтеносных песков локализованы в 3 регионах, отнесенных к одному из трех бассейнов — Атабаска, Пис-Ривер и Колд-Лейк:
Бассейн Атабаски на сегодняшний день самый большой, занимающий площадь около 40 000 км2. Все пригодные для добычи нефтеносные пески расположены к северу от Форта Мак-Мюррей, где пески близко подходят к поверхности.
Бассейн Холодного озера занимает площадь около 22 000 км2, простираясь до Саскачевана. Месторождение нефтеносных песков расположено на глубине от 300 до 600 метров под поверхностью, что позволяет добывать песок в шахтах.
Бассейн реки Пис -, самый маленький из трех, занимает площадь всего 8000 км2. Месторождение нефтеносных песков расположено примерно на 300-770 метров ниже уровня земли, что позволяет использовать шахтный метод добычи
Вторая не менее впечатляющая структура - битумные пески Ориноко.
Их формирование связано с отделением северной пассивной окраины Южной Америки. Эта окраина оседала по мере накопления на ней отложений. Некоторые отложения были очень богаты органическими материалами, особенно в среднем меловом периоде (~ 150 миллионов лет назад).
Следующее тектоническое событие плит началось с движения Карибской плиты на восток по отношению к Южно-Американской плите. Произошло их столкновение, в результате чего образовались надвиговые пояса с огромным количеством керогена - органического вещества, из которого получается нефть (сланцевый конгломерат). Отложения эти попали в так называемое "нефтяное окно" (температура около 150 градусов Цельсия), в результате чего происходит пиролиз керогена и сланцевый конгломерат превращается в нефтематеринскую породу, а кероген - в нефть.
Часть нефти мигрировало за сотни километров от места синтеза. Та, которая попала под породы-покрышки испарилась лишь частично, в результате чего получились месторождения вязкой нефти. А та, которой "не повезло" попасть по слой покрышек - превратилась в битум. Битум пропитал песок, в результате чего и появился битумный/битуминозный песок.
Но не только Канада и Венесуэла богаты битумом и битумсодержащими породами. В нашей стране тоже имеются очень интересные структуры. Долгое время считалось, что в России наибольшими запасами битумов обладает хорошо изученный в геологическом строении Татарстан. Собственно, там давно уже ведется добыча битума, наиболее серьёзные объемы добывают на Ашальчинском и Мордово-Кармальсом месторождении.
Но позже были найдены перспективные структуры в Восточной Сибири, на территории Якутии. Здесь выделяются Котуй-Медвежинское, Рассохинское, СилигирМархинское, Восточно-Анабарское, Суханское, Верхнечемедикенское, Куойкско-Далдынское, Хорбусуонско-Кютюнгдинское битумные поля и Оленекское месторождение битумов.
Из перечисленных выше битумных полей коммерческий интерес на настоящий момент могут представлять Силигир-Мархинское поле, а также Оленекское и, в какой-то степени, Верхнечемедикенское месторождения. На том же Силигир-Мархинское поле отложения битума начинаются с глубины 60 метров, что позволяет разрабатывать его карьерным методом. Суммарные запасы битумов Силигир-Мархинского поля на глубину до 100 м оцениваются в 2 млрд. т.
При этом на относительно небольшой глубине х 140–160 м встречена уже капельно-жидкая нефть с плотностью 0,91– 0,92 г/см2 .
Общие прогнозные запасы у восточносибирских структур составляют не менее 5 миллиардов тонн, это, меньше, чем в Татарстане (прогнозные запасы около 10 млрд. тонн), но и изучена эта территория гораздо меньше, чем Татарстан, да и Поволжье в целом. В целом Тунгусский бассейн по предварительным оценкам может содержать не менее 51 миллиарда баррелей нефтяного эквивалента.
Битумные месторождения бывают трех типов: пластовые, жильные и штокверковые. Пластовые представляют собой расположенные близко к земле пласты, во время генезиса которых были нарушены покрышки. Битуминозные пески – это и есть месторождения пластового типа.
Жильные и штокверковые расположены по путям вертикальной миграции углеводородов по местам нарушения пород-покрышек. В отличии от пластовых месторождений, они представляют собой чистый битум, а не его смесь с окружающими породами. Наибольшие крупные жильные тела расположены в Турции.
Часть месторождений вообще выходят на поверхность и образуют интересные структуры - битумные озера, еще известные как смоляные ямы
Например всемирно известное озеро Пич-Лейк на Тринидаде. Или менее известные Охинские на нашем Сахалине.
В следующей части будет описана технология добычи битума и перспективы использования его как альтернативного энергоносителя.
