Геология нефти и газа


МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»





В. И. ПОПКОВ, В. А. СОЛОВЬЕВ, Л. П. СОЛОВЬЕВА






                ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА





Учебник





















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 553.98
ББК 26.3
      П57

Рецензенты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Э. С. Сианисян; доктор геолого-минералогических наук, профессор И. Г. Шнурман




    Попков, В. И.
П57       Геология нефти и газа : учебник / В. И. Попков, В. А. Соловьев,
     Л. П. Соловьева. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 296 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0912-4

    Рассмотрены вопросы геологии нефти и газа, а также локальных, региональных и глобальных скоплений нефти в земной коре. Изложены методы поисков и разведки, транспортировки и хранения нефти и газа.
    Для студентов всех геологических специальностей, особенно обучающихся по программе поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений.


УДК 553.98
                                                             ББК 26.3












ISBN 978-5-9729-0912-4

     © Попков В. И., Соловьев В. А., Соловьева Л. П., 2022
     © Кубанский государственный университет, 2022
                            © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

ПРЕДИСЛОВИЕ


    Данный учебник адресован студентам, специализирующимся по геологии и геохимии нефти, которым читается двухсеместровый курс: в первом семестре - геология нефти, во втором - геохимия нефти. Данный учебник следует рассматривать как первую часть этого курса. Учебник пригоден для студентов-геологов других специальностей: геофизиков, гидрогеологов, инженер-геологов. Не исключается использование пособия магистрами и аспирантами, сдающими экзамены по специальности «геология нефти и газа».
    Целевое назначение учебника состоит в получении знаний по геологии нефти и газа, охватывающих все разделы науки: методологические, теоретические и практические.
    Учебник содержит обобщение многолетнего опыта, накопленного авторами в результате научной и педагогической деятельности. На протяжении многих лет авторам в разное время и в разных учебных заведениях пришлось читать курсы по геологии и геохимии горючих полезных ископаемых, а в Кубанском государственного университета - курсов, касающихся нефтяной специальности.
    В области геологических знаний В. И. Попков заслуженно признан как крупнейший специалист по нефтегазоносности Скифско-Туранской плиты. Около 20 лет он проработал в научно-исследовательском и проектном институте КазНИПИнефть, где возглавлял лабораторию обоснования направлений геологоразведочных работ. Ему на практике пришлось заниматься самым широким спектром вопросов размещения скоплений нефти и газа до определения первоочередных направлений их поиска и выбора места заложения поисковых и разведочных скважин с последующим анализом полученных результатов. Внедрение научных разработок В. И. Попкова способствовало открытию таких месторождений, как Кашаган, Оймаши, Вост. Узень, Алатюбе и др.
    В. А. Соловьев известен своими трудами по систематике структур земной коры, хорошо знает Западно-Сибирскую, Восточно-Сибирскую и Дальневосточную нефтегазоносные провинции. Наконец, Л. П. Соловьева как геохимик долгое время работала в Институте тектоники и геофизики ДВНЦ РАН, а также в Институте неорганической химии и Институте катализа СО РАН, занимающихся не только проблемами геохимии нефти, но и разработкой новых катализаторов для переработки нефтепродуктов.
    В. И. Попков курирует на кафедре нефтяной геологии, гидрогеологии и геотехники нефтяное направление. Свое научное творчество связал с выдающимся тектонистом-нефтяником академиком А. Е. Хаиным. Сотрудничество с ним реализовалось в обобщающем труде по тектонике южного обрамления Восточно-Европейской платформы (Хаин, Попков и др., 2009). Хорошее владение полевыми материалами позволило В. И. Попкову обнаружить новые типы жильных и гранитных залежей (Попков 2004 а, б; Попков 2002; Паламарь, Попков, Рабинович, 1981); новые виды внутриплитных тангенциальных дислокаций (Попков, 1990; Попков, 2001); новые кольцевые объекты поисков углеводородов (Попков, Рабинович, 1998); новые гидрологические условия, формиро

3

вания залежей (Ларичев, Попков, 2008); вскрыть новые экологические проблемы освоения нефтяных и газоконденсатных месторождений (Ларичев, Попков, 2008).
    В. А. Соловьев - профессор кафедры региональной и морской геологии геологического факультета КубГУ, ученик выдающегося тектониста-нефтяника академика Ю. А. Косыгина, с которым опубликовано множество научных работ. Сам В. А. Соловьев занимался проблемой систематики структур земной коры и, в частности, особенно важными для нефтяной геологии систематиками платформ (Соловьев, 1975). Реализуя идеи М. В. Муратова о главных платформообразующих комплексах, он разработал циклитовую модель, в которой кроме древних и молодых фигурирует новый тип юных платформ.
    Поскольку на границах разнотипных платформ находятся структуры, отличающиеся нефтегазоносностью, то, оказавшись на юге России, В. А. Соловьев на протяжении многих лет занимался систематикой пограничных структур и их нефтегазоносностью (Бондаренко, Соловьев, 2007).
    Связь синеклиз древних платформ с авлакогенами (тафрогенами) раскрыл Н. С. Шатский. Когда В. А. Соловьев столкнулся с нефтегазоносностью молодой Западно-Сибирской платформы, то совместно с нефтяниками и геофизиками расшифровал тектонику Уренгойского авлакогена (Запивалов, Павлов, Соловьев, 1996). В полной мере на нефтегазоносности Западно-Сибирской провинции ему удалось сосредоточиться, когда под руководством академика А. Л. Яншина (главного редактора) и В. А. Соловьева (одного из заместителей главного редактора) была завершена фундаментальная работа «Тектоника и эволюция земной коры Сибири» и составлен «Атлас тектонических карт и опорных профилей Сибири», в которых лично В. А. Соловьевым написан раздел по мезозойской тектонике Западно-Сибирской плиты и составлены карта и профиль.
    Л. П. Соловьева - профессор кафедры региональной и морской геологии геологического факультета КубГУ, на которой читает курсы «Геохимия», «Геохимия углерода», «Минералогия с основами кристаллографии», «Геоэкология». В лекциях по геохимии основное внимание уделяется роли химических элементов (водорода, углерода, кислорода, азота) в круговороте веществ. Результаты по этим химическим элементам изложены в книге «Глобальная экология» (Соловьев, Соловьева, 2008). Она ученица выдающегося кристаллографа академика Н. В. Белова, в соавторстве с которым расшифрован не один десяток структур естественных и синтетических минералов. Она один из первых кристаллографов, использовавших ЭВМ и разработавших алгоритмы и программы для решения структурных задач минералогии. Действительно, кристаллография первая из наук геологического профиля вступила на путь «математизации», что выразилось в ориентации этой науки на открытия, а не гипотезы, как это было и пока сохраняется в геологии (Соловьев, Соловьева, 2010). Строгий математический подход был перенесен Л. П. Соловьевой и на геологию нефти и газа. Как автор работы по подземным хранилищам газа (Попков, Соловьев, Соловьева, 2006) и подводным трубопроводам (Попков, Соловьев, Соловьева, 2006) хорошо знакома с экологическими проблемам геологии нефти и газа. В качестве

4

минералога-кристаллографа Л. П. Соловьевой расшифровано несколько структур катализаторов для совершенствования переработки нефтепродуктов (Ро-манников, Оленькова, Мастихин, Ионе, Плясова, Соловьева, 1989).
     Таким образом, В. И. Попков через геологию нефти, В. А. Соловьев через тектонику нефтегазоносных областей и Л. П. Соловьева через геохимию нефти пришли к соавторству учебника «Геология нефти и газа».
     Степень новизны пособия заключается в том, что оно существенно отличается от уже зарекомендовавших себя учебников (Брод, Еременко, 1957; Ле-ворсен, 1958; Еременко, 1961; Габриэлянц, 1972, 1979; Бакиров, Ермолкин и др., 1980; Баженова, Бурлин и др., 2000). Прежде всего, это касается характеристики геологии нефти и газа как науки. Характеристика нефтегазоносных объектов приведена в соответствии с их рангами с подразделением на локальные, региональные и глобальные. В главу, касающуюся методов поисков и разведки, включены данные по сверхглубоким скважинам (СГС), показывающие связь нефтегазоносности с глубинными частями земной коры. Новизной отличается и раздел о транспортировке и хранении нефти и газа, в котором уделено внимание новым строящимся нефте- и газопроводам, а также вторая часть книги, касающаяся вопросов глубинной дегазации Земли и нефтегазоносности.
     Данный учебник поможет студентам освоить язык науки. В лекционном курсе дается система понятий и терминов; на семинарах и практикумах проверяется усвоение языка науки.
     Авторы считают своим долгом выразить глубокую благодарность своим рецензентам за профессиональную оценку значимости и новизны пособия. Естественно, мы не могли бы обойтись без дружеской поддержки сотрудников кафедры нефтяной геологии, гидрогеологии и геотехники и многих других коллег, с пониманием воспринявших наш вклад в преподавание геологии нефти и газа.

5

ВВЕДЕНИЕ


    Постановку рассматриваемых в учебнике проблем начнем с их перечисления. Следует отметить проблему определения геологии нефти и газа как науки, проблему месторождений-гигантов, проблему региональных скоплений нефти и газа, проблему сверхглубокого бурения в нефтяной геологии, проблему подземного хранения газа и проблему нефте- и газопроводов. Эти проблемы в предшествующих пособиях не рассматривались, поэтому целесообразно рассмотреть их при характеристике тем основной части пособия.
    Характеристику тем основной части начнем с терминов «нефть», ОПЕК, «брент» и «баррель».
    Вторая тема, заслуживающая внимания, должна четко ответить на вопрос о месте России по запасам нефти и газа в мире: Россия занимает первое место в мире по запасам газа и второе-третье по запасам нефти.
    Из тем, касающихся определения геологии нефти и газа как науки, отметим такие темы как «Цели и задачи», «Объект и предмет».
    Проблемы региональных скоплений нефти и газа затрагиваются в темах первой, второй и четвертой глав. В них поднимается вопрос о принципах определения терминов «нефтегазоносная область» и «нефтегазоносная провинция». Понимания удалось достигнуть, выдвинув тектонический принцип, который связывает нефтегазоносную область со структурными элементами плит (синеклизы, антеклизы, краевые прогибы), а нефтегазоносные провинции с плитами платформ.
    В пособии, претендующем на современный уровень развития науки о нефти, не обойтись без характеристики сверхглубоких скважин (СГС), пробуренных специально для определения глубины скоплений нефти. Этот вопрос рассматривается в шестом разделе пятой главы, в которой излагаются результаты бурения Тюменской и Саатлинской СГС.
    В тематике предшествующих учебных пособий не нашли отражения темы месторождений-гигантов и подземного хранения газа. Эти темы охарактеризованы в третьей и шестой главах пособия.
    При характеристике месторождений-гигантов главное внимание сосредоточено на месторождениях России, в частности, на Штокмановском месторождении, недавно открытом в Баренцевом море.
    При характеристике подземных хранилищ газа внимание уделено Кущевскому и Краснодарскому хранилищам Южного федерального округа. Метод хранения газа основан на использовании отработанных газовых месторождений.
    Наконец, в пособии отражен вопрос о нефте- и газопроводах, который рассматривается в шестом разделе шестой главы.
    Характеризуя тематику учебника, можно сказать, что в нем нашли отражение как актуальные для геологии нефти и газа темы, так и дискуссионные, более детальная характеристика которых дается в соответствующих главах.

6

        ЧАСТЬ I


        ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА



1. ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА КАК НАУКА

1.1. ОПЕК, брент и баррель

    Нефть (перс. нефт - вспыхивает, воспламеняется) - красно-коричневая, почти черная, иногда зеленая или даже бесцветная природная горючая жидкость со специфическим запахом. Из-за важности для потребления, нефть называют «черным золотом».
    ОПЕК (англ. OPEC - Organization of Petroleum Exporting Countries) - международная межправительственная организация (картель), созданная нефтедобывающими странами в целях стабилизации цен на нефть. В её состав входят 12 стран со штаб-квартирой в Вене: Иран, Ирак, Кувейт, Саудовская Аравия, Венесуэла, Катар, Ливия, Объединенные Арабские Эмираты, Алжир, Нигерия, Эквадор и Ангола.
    ОПЕК создана на конференции в Багдаде 10-14 сентября 1960 г. В 2008 г. Россия заявила о готовности стать постоянным наблюдателем в этом нефтяном картеле. Министры энергетики и нефти государств - членов ОПЕК дважды в год проводят встречи для оценки международного рынка нефти и прогноза его развития.
    Страны - членов ОПЕК контролируют около 2/3 мировых запасов, и на их долю приходится 40 % от мировой добычи и половина мирового экспорта нефти. Из крупнейших производителей пик нефти пока не пройден только странами ОПЕК (за исключением Венесуэлы). Россия из-за роста добычи приближается к пику нефти.
    Корзина ОПЕК (OPEC Reference Backet of Crudes) - термин, введенный с 1 января 1987 г. и определяемый как средний арифметический показатель физических цен сортов нефти.
    В мире добывают разные сорта нефти (англ. Varieties oil), но для удобства торговли выделены маркерные сорта, определяющие баланс спроса и предложения для данного региона.
    Брент (англ. Brent) - один из основных маркерных сортов, определяющий цены на две трети от всей продаваемой в мире нефти, хотя объем его добычи меньше, например, чем Сауд Арабиан (англ. Saud Arabian). Брент добывается в Северном море с 1976 г., и его пик пришелся на 1984 г. (550 тыс. баррелей). В США маркерным сортом служит WTI. В Персидском заливе счет ведется от цены на сорт Дубаи (англ. Dubai).
    Картель ОПЕК оперирует при расчетах своим собственным индексом - корзиной ОПЕК, которая представляет собой смесь сортов нефти: алжирского - Са-

7

харан Бленд (англ. Saharan Blend), индонезийского - Минас (англ. Minas), нигерийского - Бонни Лайт (англ. Bonny light), саудовского - Араб Лайт (англ. Arab light), Объединенных Арабских Эмиратов - Дубаи (англ. Dubai), венесуэльского - Тиа Юана (англ. Tia Juana) и мексиканского - Исдмус (англ. Isthmus). В действительности разница между этими маркерными сортами невелика и их цены хорошо коррелируют друг с другом. В марте 2008 г. в корзину ОПЕК включили эквадорский Ориент (англ. Oriente), а из корзины изъяли индонезийский Минас. Вместо венесуэльского БЦФ (англ. BCF) в корзину включили венесуэльский Мерей (англ. Merey). Сейчас корзина ОПЕК включает 12 сортов.
    В мире известно более 30 сортов нефти, но основное внимание приковано к сортам Brent и WTI.
    Brent - низкосернистый (серы 0,2-1 %) сорт с плотностью 38° API (American Petrolium Institute - единица измерения плотности в США), который добывается в Северном море (Североморская рифтовая система). Название Brent складывается из первых букв названий нефтеносных слоев: Broot, Rannoch, Etieve, Ness, Tarbat.
    WTI (англ. West Texas Intermediate) - сорт с содержанием серы 0,4-0,5 % и плотностью 40° API, который добывается в США. Данные сорта оптимальны с точки зрения переработки и производства нефтепродуктов. В частности, Brent котируется на Лондонской бирже ICE (International Center Exchange) для производства бензина.
    По поводу обоснованности дальнейшего использования марки Брент в качестве маркерной для определения цен на мировом рынке идут дискуссии, связанные, в частности, с уменьшением объемов добычи на месторождениях в Северном море.
    Попытки создать котируемый на мировом рынке свой сорт предпринимает и Россия. Например, на мировой рынок предложена марка VSTO (аббревиатура от названия трубопровода «Восточная Сибирь - Тихий океан»). Но в основном цены на отечественное сырье по-прежнему привязываются к зарубежным маркерам. До сих пор основным продуктом, по которому оценивается российская нефть, остается сорт Урал (англ. Urals), качество которого определяется примесью серы (1,3 %), и по отношению к марке Брент он проигрывает 1-2 дол. за баррель. Сырье Западной Сибири гораздо качественнее, но при транспортировке в Европу в трубопроводе нефть смешивается с сернистой нефтью Поволжья, что и снижает стоимость. Одним из первых шагов на пути разработки собственного стандарта было введение сорта Сибирь легкая (англ. Siberian light), но распространения этот сорт не получил из-за невозможности транспортировки нефти в обход Поволжья.
    В 2000-х гг. был разработан новый стандарт Rebco (от Russian Export Blend Crude Oil) для биржевой торговли. Большого спроса этот сорт не нашел, по-прежнему самыми качественными до сих пор остаются сорта Brent и WTI.
    Международной единицей измерения количества нефти является баррель.
    Баррель (англ. Barrel) - мера для нефти в США, равная 158,988 л; мера для нефти в Англии - 163,654 л. Разница между ними 4,666 л, т. е. округляя с точностью до 5 л - это 150-литровая бочка.

8

     Галлон (англ. Gallon) - мера для бензина в США, равная 3,785 л; мера для бензина в Англии - 4,546 л, т. е. округляя с точностью до 1 л - это полведра.
     В России единицей измерения нефти является тонна. В частности, месторождения до 10 млн т считаются мелкими.


1.2. Спрос, запасы, добыча в мире и в России


    Спрос в мире на нефть определяет Северная Америка - 30,4 % мирового потребления, из них большая часть приходится на США (25,6 %). На Европу (без стран бывшего СССР) приходится 21,4 %, из них 18 % на страны ЕС. Третьим центром мирового потребления являются страны Азиатско-Тихоокеанского региона, крупнейшими из них - Япония (7,2 %), Китай (6,8 %) и Южная Корея (2,9 %).
    В России потребление нефти гораздо меньше (не более 4 %), чем в Северной Америке и Европе. Структура потребления (по состоянию на 2005 г.) показана на рис. 1.1.
    Запасы нефти в мире - 145 млрд т, и её хватит ещё на 40-50 лет. Страны ОПЕК контролируют 78 % доказанных запасов, из которых 63 % сосредоточены в странах Ближнего Востока (регион Персидского залива), при этом четверть запасов приходится на Саудовскую Аравию (рис. 1.2).
    По запасам газа первое место занимает Россия (рис. 1.3).


Рис. 1.1. Потребления нефти по регионам мира

Рис. 1.2. Распределение мировых запасов нефти

9

Рис. 1.3. Запасы природного газа в мире (Заяц, 2010)