XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Нетрадиционные источники углеводородов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Аннотация
В ходе проектной работы была проведена всесторонняя оценка нетрадиционных углеводородов, включая их типы, технологии добычи и влияние на энергетическую безопасность. Выявленные преимущества, такие как разнообразие источников энергии и потенциальное снижение зависимости от традиционных углеводородов, подчеркивают важность дальнейшего изучения и развития этих ресурсов. Однако наряду с положительными аспектами необходимо учитывать и недостатки, включая высокую себестоимость добычи и возможные экологические риски. Приведен список литературы, доказывающий научное обоснование работы. Ключевыми вопросами являются снижение себестоимости добычи, минимизация экологического воздействия на окружающую среду и человека. Также разработка эффективных стратегий управления ресурсами, работа над которыми всё ещё продолжается и с каждым днём совершенствуется.
2.Введение
В современных условиях развития ТЭК Российская Федерация, очевидна главенствующая роль нефтяного сектора в нём. В условиях растущего мирового спроса на энергию и истощения запасов традиционных месторождений нефти и газа возрастает интерес к нетрадиционным источникам углеводородов. К ним относятся залежи с трудноизвлекаемыми запасами. Одним из перспективных, но сложных в освоении объектов является баженовская свита — уникальное нефтематеринское образование в Западной Сибири, содержащее огромные запасы сланцевой нефти. Разработка нетрадиционных источников углеводородов, в том числе Баженовской свиты, открывает новые перспективы для обеспечения энергетической безопасности, но также требует решения сложных технологических, экономических и экологических задач. Анализ всех данных и выполненных диаграмм и расчетов показал, что традиционная нефть постепенно исчерпывается, вследствие чего человечество вынуждено переходить к использованию альтернативных месторождений — сланцевых нефтей, битумов, газа угольных пластов и метана гидратов. Несмотря на значительные запасы нетрадиционного сырья, оно обладает рядом существенных недостатков, среди которых высокая себестоимость добычи, низкая продуктивность скважин и негативное воздействие на экологическую обстановку вокруг. Но и решения ряда проблем, связанных с негативным влиянием на окружающую среду, были учтены и предложены решения.
2.2. Гипотеза.
Традиционные источники углеводородов нуждаются в альтернативе.
2.3.Актуальность.
Обусловлена тем, нетрадиционные источники нефти становятся все более актуальными в свете глобальных изменений в энергетическом секторе и стремления к устойчивому развитию С 90-х гг. прошлого века добыча традиционной нефти в мире опережает прирост ее запасов. Большая часть легкодоступных залежей уже истощена, осталось не так много перспективных источников, в труднодоступных регионах, либо же сырье пребывает в таких формах, которые требуют больших капиталовложений в добычу и переработку. Исчерпание традиционных запасов нефти и дорогие инвестиции вынуждают искать возможности добычи нетрадиционной или так называемой «неконвенциальной» нефти.
2.4. Новизна.
Комплексный подход к изучению и использованию нетрадиционных углеводородов с применением современных технологий, обеспечивающих экологичность и экономическую эффективность.
2.5. Цели и задачи исследования.
Цель:-Изучение нетрадиционных источников углеводородов, а также их перспективности и технологии добычи.
Задачи проекта:
-
Изучить природные источники углеводородов.
-
Что такое сланцевая нефть?
-
Рассмотреть сланцевую нефть на примере баженовской свиты Западно-Сибирской НГП (нефтегазоносная провинция).
-
Проанализировать споспоб для добычи неконвенциональной нефти.
-
Исследовать преимущества и недостатки добычи нетрадиционных источников углеводородов.
Объект исследования: -Сланцевая нефть
Предмет исследования: -Нетрадиционные источники нефти и газа
2.6. Методы исследования
2.6.2.Анализ литературных источников, интернет источников
Данный метод предполагает изучение материала по теме в методических пособиях и интернет источниках. Сбор общей информации об источниках углеводородов , о запасах сравниваемых ресурсов , о способах добычи и решения последствий после данного мероприятия. Ознакомление с фото и видео материалами.
2.6.3.Сравнительный анализ
Работая с литературой, видео ,фото материалами, интернет сайтами необходимо выявить технологические приемы и основные особенности традиционных источниках и нетрадиционных , а так же детально выяснить и обосновать перспективность трудноизвлекаемых ресурсов.
2.1.6.4.Практический метод
По итогам исследования и сравнительного анализа приводится статистика, выводятся преимущества и недостатки и предложения по решению основных проблем.
3. Основная часть
3.1.Природные источники углеводородов
Традиционные углеводороды — это углеводороды, которые залегают в традиционных ловушках, их добыча осуществляется с применением хорошо отработанных технологий, а для дальнейшей транспортировки не требуется специальная подготовка сырья. К данной категории относятся нефть и газ месторождений на суше и на море.
В свою очередь нетрадиционные углеводороды — это углеводороды, подготовка и освоение которых нуждаются в создании новых методов разведки, выявления, переработки, добычи и транспортировки. К нетрадиционным углеводородам относятся ресурсы, расположенные в сложных геологических условиях в «нетрадиционных» ловушках, требующие применения новых нетривиальных методов разведки, добычи, переработки и транспортировки, такие как:
1.Нефть из сланцев
Это нефть, которая находится в сланцевых породах. Ее добыча осуществляется с помощью технологии гидравлического разрывного воздействия (ГРП). Сланцевая нефть выделяется из породы путем создания трещин, что позволяет жидкости легче проходить в скважину.
2. Битуминозные пески
Это смесь песка, глины, воды и битума. Для добычи битуминозных песков используются технологии открытых карьеров или "ин-ситу" методов, которые включают введение пара для облегчения извлечения битума.
3. Гидратированные углеводороды
Гидраты - это кристаллические структуры, образованные водой и углеводородами в условиях низкой температуры и высокого давления. Они представлены как потенциальный источник углеводородов, но их добыча пока остается в стадии исследования.
Особое внимание стоит уделить нетрадиционному источнику, именно сланцевой нефти. Изучим данный ресурс более детально.
3.2.Сланцевая нефть
Сланцевая нефть — это разновидность сырой нефти, которая добывается из осадочных пород, называемых сланцами. Сланец образуется в результате накопления ила и органического вещества в течение миллионов лет. Органическое вещество состоит из древних морских растений и животных, которые со временем были сжаты и нагреты земной корой. В результате органическое вещество превращается в углеводороды, такие как нефть и газ, которые задерживаются в сланцевой породе.
Сланцевая нефть отличается от обычной нефти тем, что она содержится в низкопроницаемых горных породах.
3.3. Особенности разработки месторождений сланцевой нефти и ее будущее
Разработка месторождений сланцевой нефти сопряжена с рядом уникальных проблем и особенностей. Одной из главных проблем является высокая себестоимость добычи по сравнению с обычной нефтью. Процесс гидравлического разрыва пласта требует значительных инвестиций в оборудование и ресурсы, что делает его в целом более дорогостоящим процессом. Кроме того, низкая проницаемость сланцевой породы означает, что для извлечения нефти требуется большое количество воды и химических веществ, что может привести к экологическим проблемам и проблемам с регулированием.
Еще одной особенностью разработки месторождений сланцевой нефти является высокая степень изменчивости между различными пластами. Сланцевая нефть является многообещающей альтернативой обычной нефти, но при ее разработке возникают уникальные проблемы и особенности.
Будущее сланцевой нефти:
Несмотря на проблемы и опасения, связанные с разработкой месторождений сланцевой нефти, будущее сланцевой нефти выглядит многообещающим. Сланцевая нефть потенциально может стать важным источником энергии для растущего населения мира особенно в регионах, где запасы традиционной нефти сокращаются.
Достижения в области технологий и разработка более эффективных и экологически чистых методов добычи помогают сделать сланцевую нефть более жизнеспособным вариантом для производства энергии.
Рассмотрим сланцевую нефть на конкретном примере, а именно изучим главный источник нетрадиционной нефти в России-баженовской свиты Западно-Сибирской НГП (нефтегазоносная провинция).
3.4.Баженовская свита
В настоящее время на территории Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна геолого-разведочные работы ориентированы не только на доразведку уже открытых месторождений и поиск новых перспективных структур, но и на поиск залежей углеводородных флюидов в нетрадиционных объектах. Один из таких объектов — отложения баженовской свиты и ее аналогов, выделяемые как баженовский горизонт.
Баженовская свита – крупнейший источник легкой нефти (tight oil) низкопроницаемых коллекторов в России, для которой также употребляется сегодня название «сланцевая нефть». Глубина залегания свиты составляет около 2–3 км. Свита образована осадочными породами морского дна в Титонском-Берриасском ярусах и имеет толщину 10–40 м. Баженовская свита имеет сложное геологическое строение, связанное с латеральной вертикальной неоднородностью, сложная в понимании литологии, характерен аномальный разрез. Геологические запасы нефти баженовской свиты оцениваются в пределах от 20 до 140 миллиардов тонн при разных оценках значений коэффициента открытой пористости и нефтесодержания пород баженовского горизонта. Практически вся площадь простирания баженовского горизонта (более 1 млн. квадратных километров) находится в инфраструктурно обустроенном регионе Западной Сибири, что делает весьма привлекательной добычу нефти из баженовского горизонта в среднесрочной и долгосрочной перспективе.
Первые притоки нефти из пласта Ю0 баженовской свиты получены в конце 1960-х гг. Огромная площадь распространения (свыше 1 млн км2), а также на первый взгляд слабая литологическая изменчивость отложений способствовали формированию представлений о региональной продуктивности баженовской свиты с большим количеством сосредоточенных в ней запасов. На тот момент геологические запасы нефти оценивались в 1,0 трлн т. Петрофизические исследования керна баженовской свиты из разных месторождений показали, что в разрезе присутствуют порово-трещинные и трещинные коллекторы, которые характеризуются прежде всего сильной изменчивостью фильтрационно-емкостных свойств по площади распространения свиты.
Немного о тектонике:
Тектоническое строение Баженовской свиты, характеризующееся наличием разломов, трещин и связанных с ними зон повышенной проницаемости, является одним из важнейших факторов, определяющих её нефтегазоносность и эффективность разработки. Она приурочена к центральным частям Западно-Сибирской плиты. Расположена в зонах относительно стабильного тектонического режима, что способствовало накоплению органического вещества в условиях глубоководного осадконакопления. Развита в прогибах и впадинах. Баженовская свита заполняет депрессионные зоны палеорельефа, где происходило наиболее интенсивное накопление осадка и органики. Имеет естественную трещиноватость , которая связана с тектоническими процессами.
3.5.Сравнительный анализ ФЕС Баженовской и Мегионской свит
Следующим шагом становится разбор фильтрационно-емкостных свойств свиты. Для наглядного сравнения в пример возьмем мегионскую свиту пласт БВ80.
Мегионская свита распространена в центральной части Западной Сибири. Общая толщина свиты составляет 437–500 м. Что же можно сказать о фильтрационно-емкостным свойствам?
Пористость: В среднем выше, чем у пластов баженовской свиты варьируется в пределах от 0,17 до 0,27, в среднем составляет 0,22 д. ед..
Проницаемость: Колеблется от 1,4 до 1398,68 мД, в среднем по данному продуктивному резервуару составляет 89,7 мД.
КИН: 0.2-0.4. Считается высоким.
Начальная нефтенасыщенность продуктивного резервуара БВ80 изменяется от 0,12 до 0,86, что в среднем составляет 0,62. В разрезе данного пласта БВ80 преобладают коллекторы с насыщенностью 0,6–0,7.
Баженовская свита:
Пористость: Достаточно высокая (5-15%), но большая часть пор не связана между собой.
Проницаемость: Средняя (до 0,15 мкм2 ,то есть на порядки ниже, чем у Мегионской свиты).
КИН: Низкий, оценки сильно разнятся и зависят от применяемых технологий и экономических условий.
На основании приведенных параметров формируем следующий вывод:
Показатели у Мегионской свиты значительно лучше, чем у Баженовской. Ключевым отличием является высокая проницаемость. Это позволяет использовать традиционные методы разработки.
Стоит также отметить как очевидные преимущества, так и недостатки баженовской свиты.
3.6.Преимущества и недостатки баженовской свиты
Преимущества:
1. Лёгкость и малосернистость нефти. Такая нефть не забивает ствол скважины, пока добывается.
2. Отсутствие воды. В любой нефти, которая добывается из других пластов, всегда присутствует вода. А баженовская свита отличается тем, что из скважины идёт практически чистая нефть.
3. Высокая насыщенность нефтью.
4. Привлекательность в инфраструктуре. Баженовская свита развита в районах со сложившейся нефтедобывающей инфраструктурой, прямо на территории разрабатываемых месторождений. Это делает освоение этих запасов экономически привлекательным.
Недостатки:
1. Проблема разработки залежей нефти в баженовской свите заключается в низком коэффициенте извлечения нефти (КИН). В настоящее время КИН нефти из пласта Ю0 баженовской свиты Салымского месторождения из запасов, подсчитанных на основании неочевидной методики, составляет около 7%.
2. Основная из трудностей в изучении баженовской свиты — отсутствие единства понимания её свойств, устройства коллекторов и разное толкование вещественных границ.
3. Фактический опыт эксплуатации скважин баженовской свиты позволяет охарактеризовать принимаемые при проектировании технологические решения как малоэффективные. Область дренирования большинства скважин оценивается на уровне менее 30-40 га, что ниже проектной размерности сетки скважин около 64-100 га.
4. При разложении керогена баженовской свиты образуются подвижные фазы: синтетическая нефть и газообразные компоненты. Основными газообразными продуктами деструкции керна являются двуокись углерода, водород и сероводород. Среди углеводородных газов преобладают метан, этан и этилен.
Учитывая сумму особенностей разработки месторождений сланцевой нефти проанализируем метод её добычи, а именно гидроразрыв пласта, позволяющий интенсифицировать приток нефти.
3.7.Метод добычи
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) – один из методов интенсификации работы нефтяных и газовых скважин и увеличения приёмистости нагнетательных скважин. Широко используется нефтегазовыми компаниями в виду высокой рентабельности. Он включает в себя закачку смеси воды, песка и химикатов в горную породу под высоким давлением, что приводит к разрушению породы и высвобождению захваченной нефти.
Изучая глубже можно добавить, что метод ГРП состоит в том, что в продуктивном пласте на больших глубинах (ниже 500 м от поверхности земли) создаются трещины, облегчающих путь в пласт воде, закачиваемой в нагнетательные скважины, или облегчающих приток нефти из пласта в эксплуатационные скважины. При закачке в скважину рабочей жидкости с высокой скоростью на ее забое создается высокое давление. Если оно превышает горизонтальную составляющую горного давления, то образуется вертикальная трещина. В случае превышения горного давления формируется горизонтальная трещина.
В качестве рабочей жидкости ГРП обычно применяют растворы с использованием высокомолекулярных полимеров (для снижения потерь давления) на водной основе, в том числе:
1. Техническая или пластовая вода, реже солянокислотные растворы (для карбонатных пород) или сырая нефть;
2. Кислота, противокоррозийный элемент, фрикционная смесь, клей и добавки для вязкости геля.
В качестве расклинивающего материала используются проппанты, кварцевый песок и другие материалы фракции 0,5-1,5 мм. Эффективность ГРП повышается при одновременной гидропескоструйной или прострелочной перфорации скважины, однако при поинтервальных ГРП при этом необходимо изолировать обработанный участок пласта с помощью пакера и т. д.
Выявим явные преимущества данного метода:
Преимущества ГРП:
1. Дебит скважины, как правило, резко возрастает или существенно снижается депрессия.
2. Позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна.
3. Может также использоваться для дегазации угольных пластов, подземной газификации, и тд.
4. Применяется для разработки новых нефтяных пластов, извлечение нефти из которых традиционными способами нерентабельно ввиду низкого дебита.
Но говоря о плюсах нельзя умалчивать о значительных недостатках. Например, об наносимом вреде для окружающей среды.
3.8.Преимущества и недостатки добычи нетрадиционных источников углеводородов.
Преимущества:
1. Увеличение ресурсов энергоносителей. Нетрадиционные источники углеводородов, кратно превосходящие запасы традиционных нефти и газа, могут поддержать добычу и перекрыть прогнозируемый в ближайшей перспективе нефтегазовый дефицит.
2. Снижение цен на энергию. Увеличение предложения углеводородов на рынке может оказывать давление на цены и снижать их, делая энергию более доступной для потребителей.
Недостатки:
1. Загрязнение воды. При добыче в недра закачиваются специальные химические растворы, которые разрушают пласты горючего сланца и высвобождают большое количество метана. Он просачивается через почву, загрязняя грунтовые воды и плодородный слой.
2. Потребление воды. В процессе добычи миллионы литров воды смешиваются с химикатами и затем закачиваются под давлением в породу. Это особенно опасно для засушливых регионов, и без того страдающих от её недостатка.
3. Загрязнение воздуха. В результате добычи сланцевого газа воздух загрязняется метаном и другими газами.
4. Загрязнение почвы. Всегда есть риск утечки токсичных жидкостей из прудов-отстойников, а также неконтролируемых фонтанных выбросов.
3.9.Предложения решения экологических проблем.
На данный момент в мире существует много теорий, в которых большое внимание уделяется нахождению наиболее рациональных путей решения проблем экологии. Но, к сожалению, на бумаге все оказывается значительно проще, чем в жизни.
1. Рециркуляция и утилизация воды. Благодаря повышению эксплуатационной эффективности и утилизации воды, уменьшается количество пресной воды. В разных штатах утилизация сточных вод производится различными способами. Так, в Техасе имеется немало отработанных нефтяных месторождений, и добывающими компаниями используется метод слива сточных вод в отработанные скважины.
2. Применение технологии ГРП с биодеградируемыми химическими добавками без применения проппант-гелей, на чистой воде. Создание технологии, которая в большей мере могла бы контролировать дизайн трещины. Для сланцевых месторождений, с преимущественно слоистой неоднородной структурой, идеальным было бы расслоение пород вдоль плоскости их напластования.
Выводы
Исходя из проведенной работы, изучения различных достоверных материалов и ознакомлению с темой можно сделать следующий вывод.
Проведенное исследование посвящено изучению традиционных и нетрадиционных источников углеводородов, их сравнительному анализу и оценке перспективности освоения новых видов сырья. Особое внимание уделялось проблемам экологии, связанным с методом гидроразрыва пласта (ГРП), широко применяемым при добыче сланцевой нефти. Сланцевая нефть является важным, но спорным источником углеводородов. Её добыча может принести экономическую выгоду и повысить энергетическую безопасность, но также сопряжена с серьёзными экологическими рисками. Анализ показал, что традиционная нефть постепенно исчерпывается, вследствие чего человечество вынуждено переходить к использованию альтернативных месторождений — сланцевых нефтей, битумов, газа угольных пластов и метана гидратов. Несмотря на значительные запасы нетрадиционного сырья, оно обладает рядом существенных недостатков, среди которых высокая себестоимость добычи, низкая продуктивность скважин и негативное воздействие на окружающую среду. Наиболее актуальной проблемой является необходимость снижения отрицательного влияния методов разработки на природу, особенно при применении технологий гидроразрыва пласта. Для минимизации рисков экологической катастрофы предложены меры по улучшению контроля над проведением операций ГРП, совершенствованию оборудования и внедрению инновационных подходов к бурению и очистке воды от загрязнений.
Библиография
1. Гимадиев, М.Р., Лебедева Т.Б. Разработка предложений по уменьшению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от объектов линейных сооружений // Вестник КИГИТ. 2013. № 10(40). С. 26–40.
2. Грушевенко, Д., Грушевенко Е. Нефть сланцевых плеев – новый вызов энергетическому рынку? Москва : Издательство ИНЭИ РАН, 2012. 50 с.
3. Филина, С.И., Корж М.В., Зонн М.С. Палеогеография и нефтеносность баженовской свиты Западной Сибири. Москва : Наука, 1984. 35 с.
4. Осборн, С.Г., Венгош А., Уорнер Н.Р., Джексон Р.Б. Загрязнение питьевой воды метаном вследствие бурения газовых скважин и гидроразрыва пласта // Труды Национальной Академии наук. 2011. Т. 108. № 20. С. 8172–8176.
5. Саранча, А.В., Гарина В.В., Митрофанов Д.А., Саранча И.С. Разработка баженовской свиты на Ульяновском месторождении // Фундаментальные исследования. 2015. № 2-11. С. 2356–2359.
6. Якуцени, В.П., Петрова Ю.Э., Суханов А.А. Нетрадиционные ресурсы углеводородов – резерв для восполнения сырьевой базы нефти и газа России // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2009. № 4.
7. Основы прогноза и поисков нетрадиционного углеводородного сырья. Под ред. В. П. Якуцени. Ленинград : ВНИГРИ, 1989. 161 с.
Приложение 1
Ловушка в нефтегазовой геологии — это часть природного резервуара, ограниченная сверху и с боков покрышками, в которой теоретически возможно образование скоплений нефти и газа.
Коллектор в контексте нефти и газа — это горная порода, способная вмещать жидкие и газообразные углеводороды и отдавать их в процессе разработки.
Свита -мощная толща (сотни метров и более) регионального или ареального распространения сходных по составу и строению отложений. (содержащая нефтяные и газовые пласты или линзы)
Нефть – полезное ископаемое, представляющее из себя маслянистую жидкость
Среди коллекторов нефти и газа преобладают осадочные породы — песчаники, карбонатные породы (известняки) и доломиты.
Флюидоупор (покрышка) — относительно непроницаемое для флюидов породное тело, экран.
Наилучшими экранирующими свойствами обладают соли, ангидриты и монтмориллонитовые глины.
Флюидоупоры, перекрывающие залежь нефти, называют покрышками.
Наиболее широко распространены глинистые покрышки.
По информации на апрель 2025 года, традиционная добыча нефти в Ханты-Мансийском автономном округе (ХМАО) снижается, так как традиционные запасы истощаются, а добыча из зрелых месторождений становится всё менее рентабельной. 2
Однако в регионе есть запасы нетрадиционной (трудноизвлекаемой) нефти, прежде всего в баженовской свите. Сегодня объём добычи ТрИЗ — около 7 млн тонн в год. По прогнозам, к 2025 году этот показатель может вырасти до 10 млн тонн, а к 2030 году — до 30 млн тонн, если будут реализованы запланированные технологические проекты.