Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Российский университет дружбы народов
Инженерный факультет
Кафедра нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела
конспект Лекционных занятий
по курсу: Основы разработки шельфовых нефтегазовых
месторождений
для студентов 131000 бакалаврской подготовки по направлению «Нефтегазовое дело»
Москва
2013
Оглавление
Предисловие 4
Глава 1. МОРСКАЯ НЕФТЬ – НОВАЯ ВЕХА ЧЕЛОВЕЧЕСТВА 5
Глава 2. КРУПНЕЙШИЕ НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩИЕ ЦЕНТРЫ В АКВАТОРИЯХ МИРА 59
Глава 3. РОССИЙСКИЕ ШЕЛЬФЫ 161
Глава 4. ПРОГНОЗЫ ОСВОЕНИЯ
РОССИЙСКИХ АКВАТОРИЙ 219
Список использованной литературы 227
Предисловие
Предисловие
В ближайшем будущем нефть в мире будет оставаться важнейшим видом топлива и сырья. Этот источник энергии питает мировую экономику на протяжении почти двух столетий. В 2001 г. на нефть приходилось 38 % всей выработанной энергии (в нефтяном эквиваленте). Второе место занял природный газ (29 %), затем – уголь (22 %). На долю атомных и гидроэлектростанций пришлось всего по 6 %.
В последней четверти XX столетия отмечалось бурное развитие морской нефтедобычи. Оказалось, что шельфы, а также глубоководная часть многих морей и океанов, являются высокоперспективными территориями. Морская нефть в общем объеме добываемой нефти в мире составляет уже более 40 %. Продуктивность скважин на месторождениях шельфа значительно выше, чем на суше.
Открыт ряд нетрадиционных нефтегазоносных бассейнов. Так, в пределах Зондского шельфа (Вьетнам) были выявлены крупные залежи нефти в гранитах. Есть и другие неординарные, неклассические открытия. Это заставляет серьезно пересмотреть теоретические, методические и технологические основы прогноза, поисков, разведки и разработки нефтегазовых месторождений, особенно в части детальной проработки петрофизики нефтегазовых резервуаров и теории фильтрации.
По различным вопросам морской нефтегазодобычи появилось огромное количество информации, которая требует обобщения и осмысления. Автор учебника читает спецкурс на геолого-геофизическом факультете Новосибирского государственного университета.
Некоторые входные данные и замечания:
1) 1 т нефти равна 7 баррелям, 1 м3 равен 35,3 кубическим футам;
2) проницаемость по системе СИ измеряется в м2 (мкм2). Иногда употребляется «старое» измерение – дарси (Д). Соотношение такое: 1 мкм2 = 1Д = 1000 млД.
Глава 1. МОРСКАЯ НЕФТЬ – НОВАЯ ВЕХА ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
1.1. История и тенденции изучения перспективных морских акваторий
Месторождения, разрабатываемые в море, стали в наши дни важнейшей частью нефтегазового комплекса мира. Добыча нефти и газа ведется в акваториях 35 стран, с акваторией Мирового океана связаны основные перспективы дальнейшего развития добычи.
По прогнозу Международного энергетического агентства, к 2030 г. ожидается увеличение мирового потребления нефти по сравнению с 2000 г. в 2 2,2 раза, а газа – в 3 3,2 раза.
Предполагается, что основные открытия и приросты запасов и добычи углеводородов в мире будут происходить в шельфовых и глубоководных зонах акваторий. Именно на акваториях в последние десятилетия отмечается наибольший прирост запасов и открываются крупные и уникальные месторождения (шельфы Бразилии, Анголы, Нигерии, Вьетнама и других стран, в России – шельфы морей Баренцева, Карского, о-в Сахалин). При этом важнейшей мировой тенденцией последних лет является смещение поисковых работ и добычи нефти в глубоководные области морей и океанов на континентальный склон (Бразилия, Мексиканский залив, страны Западной Африки). В Бразилии около 70 % общей добычи нефти обеспечивается глубоководными (400 – 2 000 м) морскими месторождениями Марлин, Ронкадор и другими с суммарными запасами более 1 млрд т. Объектами поисковых работ становятся районы с глубинами моря до 3 000 м. За счет высоких дебитов и качества нефти себестоимость добычи на глубоководных месторождениях в отдельных районах составляет 6–8 долл / баррель.
Согласно целому ряду исследований, общие потенциальные ресурсы нефти и газа дна Мирового океана оцениваются в 1,8–2,1 трлн т условного топлива, что намного превышает разведанные запасы углеводородного сырья на суше.
К настоящему времени в мире известно более 1 000 достаточно крупных морских месторождений нефти и газа.
Известно, что впервые добыча морской нефти началась в России 200 лет назад, когда в 20 30 м от берега в Бакинской бухте для её добычи использовались специально вырытые колодцы. В 20-х гг. XX в. также впервые в мире промышленная морская добыча нефти в России велась в Биби-Эйбатской бухте Каспийского моря с использованием намывных оснований.
По оценкам ученых и специалистов, площадь распространения нефтеперспективных отложений составляет свыше 15 млн км2. При этом наиболее перспективной является мелководная часть акватории Мирового океана – континентальный шельф, наиболее доступный для освоения углеводородных ресурсов. С началом систематических исследований и освоением нефти на континентальном шельфе представления о величине углеводородных ресурсов морского дна существенно расширились. Если раньше нефтегазоносность континентального шельфа рассматривалась в пределах изобаты моря 200 м, то в настоящее время нефть фактически добывается из отложений континентального склона и его подножия при глубине 1 000 м.
Рекордной глубиной эксплуатируемого нефтяного месторождения стала глубина моря 1 853 м (месторождение Roncador, Бразилия). Правда, здесь произошла авария (взрыв и пожар), в результате которой эксплуатационная платформа Petrobras Р–36 20 марта 2001 г. затонула на глубине 1 372 м. Однако исследования и инженерные работы по-прежнему интенсивно ведутся в разных странах на глубинах более 2 000 м. Освоение глубоководных месторождений сопровождается быстрыми изменениями в технике, технологии бурения и нефтепромысловых работ. Если при использовании стационарных оснований эксплуатационных платформ глубины моря варьируют в пределах 365–457 м, для оснований с натяжным донным креплением – в пределах 914–1 524 м, то современные плавающие эксплуатационные системы, управляющие донным промысловым оборудованием, могут эксплуатироваться при глубине воды 2 500 м и более.
В мире пробурено уже более 5 000 глубоководных разведочных и добывающих скважин. Первое место по числу пробуренных глубоководных скважин занимают США, на долю которых приходится 40 % общего числа пробуренных в мире скважин (все они расположены в Мексиканском заливе), за ними следуют Европа – 18 %, Африка – 12 %, Латинская Америка – 10 %, Дальний Восток – 9 %, Австралия – 5 %, приграничная Канада – 2 %. На Ближний Восток и Россию приходится менее 1 %.
В среднем коэффициент успешности пробуренных глубоководных разведочных скважин в мире составляет 28 %, причем наибольший коэффициент (39 %) достигнут в Африке за счет работ на шельфе в дельте Нила (с 1999 г. он достиг 80 %).
В настоящее время Западная Европа по добыче нефти занимает седьмое место в мире. Доминирующее положение здесь занимают Норвегия и Великобритания, на долю которых приходится почти 80 % всех начальных извлекаемых запасов. Только около 20 % приходится на долю остальных стран (Дания, Италия и Ирландия).
В результате проведения масштабных работ по разведке и разработке в течение 25 лет на морских месторождениях в Северном море достигнут значительный объем добычи нефти, основная доля которой приходится на Великобританию и Норвегию. В настоящее время в Западной Европе в разработке или в стадии подготовки находится около 500 месторождений, на 45 разработка уже прекращена.
1.2. География освоения нефтегазоносных шельфов
1.2. География освоения нефтегазоносных шельфов
Общий рост потребности в углеводородном сырье и все возрастающая степень освоения его запасов на континентах обусловили резкую активизацию поисково-разведочных работ в акваториях Мирового океана.
Хорошо известно, что основная часть мировых морских запасов углеводородов сосредоточена на Ближнем и Среднем Востоке в гигантских месторождениях Персидского залива (66 % нефти и 64,7 % газа). На втором месте – Латинская Америка, где запасы содержатся в акваториальных месторождениях Бразилии, Мексики и Венесуэлы. Далее следуют Африка (преимущественно Гвинейский залив), Южная и Юго-Восточная Азия и Западная Европа (Северное и Норвежское моря).
География морской добычи несколько иная. По нефти на первое место вышел западноевропейский регион (26 %), на второе – Латинская Америка (21 %), на третье – Ближний и Средний Восток (19 %). Значительно выросла доля Африки – за счет стран Гвинейского залива (13 %), а также Южной и Юго-Восточной Азии (9 %). Северная Америка (США) дает лишь 7,5 % мировой добычи морской нефти. В 2001 г. в зарубежных странах находились в эксплуатации 1 203 морских месторождений нефти. Среди них имеется значительное количество крупнейших и гигантских.
К началу 2002 г. на акваториях всего добыто 27,5 млрд т нефти и 13,6 трлн м3 газа, что соответственно составило 25 и 20,4 % их мировой добычи. Россия только начинает освоение своего шельфа, хотя основные направления этой столь важной для экономики работы были сформулированы еще в 1980-х гг.
По запасам газа после Ближне-Средневосточного региона, благодаря открытиям крупных газовых месторождений в Южно-Китайском море, следует Южная и Юго-Восточная Азия. В находящейся на третьем месте Западной Европе основные запасы газа связаны с месторождениями Северного моря. В Африке они приурочены к Гвинейскому заливу и Средиземному морю. В результате открытия газовых месторождений к северу и северо-западу от побережья Австралии резко возросли запасы газа этого региона.
По некоторым оценкам, начальные запасы нефти и газа на акваториях составляют 72,9 млрд т и 61,6 трлн м3 (без России). Вдобавок в последнее двадцатилетие XX в. на повестку дня вышли поиски и разработка месторождений за пределами шельфа на глубинах моря более 200 м.
1.3. Некоторые закономерности распространения
нефтеносных бассейнов и размещения месторождений
1.3. Закономерности распространения нефтеносных бассейнов…
Площадь морских осадочных бассейнов Мирового океана составляет 26 млн км². Почти четвертью этой площади располагает Россия. Считается, что 75 % площади шельфа перспективно для поисков месторождений нефти и газа. Создание сырьевой базы на шельфе планируется в основном за счет Арктического бассейна, прилегающего к таким крупным регионам нефтегазодобычи, как Тимано-Печорский и Западно-Сибирский, Север Аляски и Северное море.
В бывшем СССР морская добыча нефти и газа велась в южных морях (Каспийском, Черном и Азовском). В настоящее время Россия вынуждена переориентировать свою политику по освоению месторождений в сложных природно-климатических условиях арктических и дальневосточных морей.
Традиционно геологи-нефтяники пытались понять закономерности пространственного распределения и формирования месторождений углеводородов на основе изучения залежей нефти и газа континентов. Однако в последнее десятилетие в поле зрения специалистов попали и морские месторождения, что позволило иначе представить себе генезис углеводородов. По сути дела, только сейчас появилась возможность действительно в глобальном масштабе осмыслить природные закономерности, управляющие процессами преобразования органики в нефть. Под дном Мирового океана (в основном, подводных окраин континентов) сосредоточено ½ мировых запасов нефти и 2/3 запасов газа. Морские месторождения характеризуются лучшей насыщенностью продуктом, чем месторождения континентов: средние запасы нефти в морских месторождениях в два раза превышают средние запасы месторождений континентов. Морские месторождения высокодебитные (в среднем 500 т / сут), что делает их разработку рентабельной даже при существующих высоких затратах на освоение. На одну морскую скважину прирост запасов выше, чем на суше, по нефти в 25 раз, по газу – в 17 раз. Все это заставляет детально проанализировать закономерности размещения морских месторождений углеводородов в целях выявления новых подходов к проблеме образования нефти и газа и прогнозирования нефтегазоносности недр.
Исследования А. А. Геодекяна, Л. Э. Левина, В. А. Левченко, А. Забанбарк, В. Я. Троцюка, В. Е. Хаина и других ученых позволяют наметить три основные особенности в размещении морских залежей нефти и газа как в пространстве, так и по разрезу: 1) связь залежей с рифтами; 2) приуроченность большинства запасов углеводородов к пассивным окраинам континентов; 3) концентрация основных ресурсов нефти в отложениях верхней юры и нижнего мела, а газа – в породах пермского возраста.
Приуроченность морских залежей к рифтовым системам
Связь месторождений нефти и газа с рифтами неоднократно отмечалась многими исследователями (Б. А. Соколов, В. А. Левченко, Р. Г. Гарецкий, Е. В. Кучерук, С. А. Ушаков и др.). В пределах Мирового океана системы рифтов имеют различный характер. Рифтовая долина срединно-океанических хребтов и сопряженные с ней трансформные разломы являются молодыми, современными швами нашей планеты. Рифтовые системы шельфовых зон континентальных окраин заполнены мощной толщей осадков и характеризуются хорошей прогретостью недр. Они отличаются, как правило, высокой концентрацией запасов углеводородов. К ним, прежде всего, относятся рифты Северного моря. Аналогичная ситуация сложилась в рифтах Западной Сибири, и хотя в настоящее время это суша, но в период формирования залежей нефти и газа (конец мезозоя – начало кайнозоя) она была подводной окраиной материка.
Наконец, сами пассивные окраины континентов представляют собой остатки некогда мощных рифтовых систем, развитие которых привело к раскрытию океанов. Современные пассивные окраины континентов, особенно Атлантического океана, – это система полуграбенов, обращенных к океану с одной стороны, и аналогичная система полуграбенов с другой стороны океана.
Таким образом, для правильного понимания и объяснения связи морских месторождений нефти и газа с рифтами необходимо выявить те благоприятные условия, которые создаются в пределах рифтов и предопределяют процессы образования и накопления углеводородов.
В настоящее время под рифтом (по Е. Е. Милановскому) понимают линейно вытянутую полосовидную область высокого термического режима земных недр, в которой происходят подъем нагретого мантийного материала, его растекание в стороны в подошве литосферы и частичное проникновение в кору. В развитии рифта предусматривается формирование сводового поднятия, в пределах которого растягивающие усилия приводят к разрыву коры и обрушению центральной части свода с образованием грабена-провала. Процессу возникновения рифта предшествует разогрев, «возбуждение» верхней мантии. Это находит отражение и в современном строении рифтов: утонение континентальной коры до 30 км (под рифтовыми долинами океанов до 5 км); подъем астеносферы; резкое возрастание над рифтом теплового потока; молодой вулканизм; источники термальных вод; сейсмичность. Все это характеризует рифты как чрезвычайно активные структуры литосферы. В сравнительно небольшом объеме осадочных образований (до 6 % всего осадочного слоя коры) в рифтах концентрируется до 15 % выявленных запасов углеводородов. Рифты характеризуются самой высокой концентрацией запасов на единицу объема осадочного чехла.
Основные причины повышенной нефтегазоносности рифтовых систем следующие: благоприятные условия седиментации, обеспечивающие поступление большого объема осадков, в том числе дельтовых с рассеянной органикой, в сравнительно небольшие по размерам структуры земной коры и самое главное – высокая степень прогретости недр. М. К. Калинко показал, что процесс преобразования органики контролируется «...не только и не столько температурой, сколько тепловым режимом – количеством тепла, поступающего в единицу времени. В условиях недр это и есть плотность теплового потока, которая, следовательно, и должна контролировать процессы преобразования ОВ». По данным этого ученого, трансформация органики в углеводороды становится еще более энергоемкой, если она протекает не в рыхлом осадке на дне водоема, а в уплотненной литифицированной породе. В последнем случае при недостаточности теплового воздействия материнская порода будет характеризоваться лишь «точечной битуминозностью». По мнению М.К. Калинко, наиболее благоприятная ситуация для нефтегазообразования возникает, когда уже на ранних стадиях диагенеза осадки с рассеянным органическим веществом попадают в зону температур, достаточных для развития явлений его деструкции. В такой ситуации процессы нефтегазообразования развиваются быстро и сравнительно полно. При этом за относительно короткий промежуток геологического времени (несколько миллионов лет) могут сформироваться крупные залежи нефти и газа, как это имеет место в рифтовых структурах земной коры.
На примере Красного моря, являющегося типичным современным рифтом, можно проследить степень созревания органики в зависимости от величины геотермического градиента. Учеными Института океанологии им. П. П. Ширшова проведены исследования содержания углеводородных газов в придонном слое воды в трех впадинах морского дна: Атлантис-2, Дискавери и Сагар, которые отличаются своими геотермическими режимами. Во впадине Атлантис-2, где температура придонной воды составляла 62°С, в придонном рассоле обнаружены углеводородные газы на уровне, максимальном для морской воды (в 10-4 мл / л): C2H6 – 40,8; C3H8 – 0,91.
Во впадине Дискавери температура придонных вод меньше 45°С, здесь также были выявлены углеводородные газы, но в значительно меньшем количестве: CH4 – 219; C2H6 – 2,11; C3H8 – 0. Впадина Сагар характеризуется температурой придонных вод 22°С, соответственно уменьшаются и концентрации газов: CH4 – 28,6; C2H6 – слабые признаки; C3H8 – 0. Приведенные факты свидетельствуют о тесной зависимости степени созревания органики и миграции из нее углеводородных соединений от изменения температурного режима земных недр.
Имеющийся опыт нефтегазопоисковых работ свидетельствует, что для формирования зон максимальных концентраций запасов нефти или газа, при прочих равных условиях, наиболее благоприятны те области земной коры, которые в течение рассматриваемого геологического интервала времени характеризовались сравнительно более высокими параметрами палеогеотермического градиента и повышенным тепловым потоком Земли.
|
