Введение к работе
Актуальность проблемы
Современное развитие мировой экономики и необходимость ее обеспечения соответствующей ресурсной базой ставит перед нефтегазовой отраслью на рубеже 21 века ряд важных вопросов.
Во-первых, какова нефтегазоносность недр нашей планеты, сколь велик ее углеводородный (УВ) потенциал и надолго ли его хватит при современных темпах добычи нефти и газа? До недавнего времени ответ на этот вопрос был мало утешительным: нефтью человечество обеспечено примерно на 40 лет, а газом на 60 лет. В последние годы, прежде всего благодаря открытию месторождений газогидратов на шельфе Мирового океана, а также появлению более совершенных технологий добычи и переработки трудно извлекаемых запасов углеводородного сырья эти сроки могут значительно возрасти. Но насколько - ответа пока нет.
Во-вторых, каковы ресурсы УВ эксплуатируемых нефтяных и газовых месторождений? Практика работ последних лет показала, что в процессе освоения многих месторождений их первоначально установленные запасы приходится пересматривать в сторону увеличения. Эти факты привели к заключению о существовании постоянного и весьма значительного подтока УВ в пласты-коллекторы. В результате вновь оживилась долгие годы продолжающаяся дискуссия между сторонниками биогенной и абиогенной гипотез нефтегазообразования по вопросам генезиса нефти и газа и об источнике поступлений этих УВ в разрабатываемые залежи.
В-третьих, при поисках и разведке месторождений нефти и газа обнаружились факты, не объяснимые с позиций как биогенной, так и абиогенной гипотез нефтегазообразования. Возникло мнение, что генезис нефти и газа не играет решающей роли при образовании их залежей и что формирование скоплений УВ определяется некими другими процессами и факторами. Большую актуальность приобрел вопрос, где и как искать месторождения нефти и газа и какими критериями при этом руководствоваться.
И, наконец, в четвертых, в связи с фактами восполнения ресурсов залежей УВ, далеко не очевидно, что реализуемые сегодня подходы и методы разработки месторождений являются достаточно эффективными. В литературе имеются указания на то, что путем специального бурения скважин и выбора режимов их эксплуатации можно интенсифицировать подтоки углеводородов в залежи. Поэтому возникают вопросы, касающиеся наиболее целесообразных режимов разработки месторождений в таких условиях.
Цель работы состоит в получении ответов на три ключевых вопроса:
-
сколь велик нефтегазоносный потенциал земных недр, и каковы ресурсы углеводородного сырья нашей планеты;
-
где искать новые крупные скопления нефти и газа;
-
как наилучшим образом разрабатывать открытые залежи нефти и газа.
Задачи работы включают изучение круга основных экзогенных и эндогенных факторов, влияющих на нефтегазоность недр, и ориентированы на решение следующего круга вопросов.
-
Установить время и оценить массу углерода, поступившего в биосферу на протяжении геологической истории нашей планеты.
-
Изучить механизм утилизации на Земле космических углерода и воды и теоретически исследовать основные закономерности их участия в глобальном геохимическом круговороте вещества на планете.
-
Заложить теоретические основы биосферной концепции формирования скоплений углеводородного сырья, позволяющей объяснить феномен восполнения запасов разрабатываемых месторождений, изменчивость состава добываемой нефти, а также факты присутствия в нефтях радиоактивного изотопа С.
-
Обосновать данную концепцию на примерах современного формирования нефтегазовых скоплений на континентах и в акваториях океана.
-
Предложить наиболее эффективные подходы и методы эксплуатации месторождений в условиях подпитки их углеводородами.
Методы достижения заявленных целей
Средствами решения поставленных задач явились: анализ и обобщение геологических фактов, разработка новых подходов к решению естественнонаучных проблем с использованием методов геологии, геохимии и теоретической физики, создание физических и феноменологических моделей исследуемых явлений, выполнение численных расчетов.
Научная новизна
-
По-новому поставлен и решен ряд крупных естественнонаучных проблем, связанных с круговоротом углерода и воды на Земле.
-
Изучены основные экзогенные процессы, влияющие на нефтегазонос-ность недр и определяющие углеводородный потенциал нашей планеты.
-
Теоретически изучен механизм глобального геохимического круговорота углерода и воды на Земле. Оценены количества углерода и воды, принимавшие участие в таком круговороте в разные исторические эпохи.
-
Представлены аргументы и факты, убедительно свидетельствующие о космическом происхождении на Земле месторождений ряда полезных ископаемых (нефть, газ, черные сланцы, фосфаты, соли и др.).
-
Разработана новая гипотеза полигенного нефтегазообразования, основанная на геохимическом круговороте углерода и воды в биосфере.
-
Предложена гипотеза образования аквамаринных газогидратов.
Защищаемые положения
1. Предложен и исследован механизм глобального круговорота углерода и воды на нашей планете с учетом их квазипериодического поступления из космоса, позволивший подтвердить правоту В.И. Вернадского в двух вопросах: 1) круговорот вещества на Земле - это тесно связанное с влиянием космоса глобальное геохимическое явление, охватывающее, главным образом,
верхние оболочки планеты и обеспечивающее их водой, углеродом и кислородом. И 2) исключительная роль в данном явлении принадлежит живым организмам, которые, принимая активное участие в перераспределении вещества на планете, подстраивают скорость круговорота углерода и кислорода в биосфере к скорости круговорота вод подземной гидросферы.
-
Решены ряд проблемных вопросов геохимического круговорота вещества, касающихся пополнения и стабилизации массы биосферного углерода в истории Земли, а также дисбаланса углерода на нисходящей и восходящей ветвях его круговорота через земную поверхность. Показано, что требуемый баланс обеспечивается лишь в предположении, что биосферный цикл не ограничен только круговоротом углерода над поверхностью планеты, а охватывает биосферу в целом, включая ее подземную часть. При этом в породах земной коры в результате протекания экзотермических поликонденсационных реакций синтеза УВ происходит восстановление окисленных форм углерода и накопление последних в виде нефти и газа.
-
Разработана биосферная концепция происхождения нефти и газа, реализующая вышеизложенные представления. Она обобщает биогенную и абиогенную теории, отводя главную роль в процессах нефтегазообразования циркуляции метеогенных вод. Благодаря интенсивному переносу углерода через земную поверхность этими водами, заполнение ловушек нефтью и газом происходит не за миллионы лет, а за гораздо меньший промежуток времени. В результате запасы УВ на разрабатываемых месторождениях в процессе эксплуатации могут восстанавливаться. Так что истощение ресурсов нефти и газа, как в ближайшем, так и в отдаленном будущем, представляется не столь пессимистичным.
-
Современные объемы добычи и потребления нефти и газа оказывают влияние не только на климат, но и на распределение этих УВ в недрах планеты. Практика транспортировки нефти и газа на многие тысячи километров от мест добычи может привести к перераспределению мировых ресурсов УВ, причем за короткое время (несколько десятилетий). Интенсивно потребляющие нефть и газ промышленно-развитые страны будут аккумулировать УВ на своей территории, тогда как страны, специализирующиеся на добыче и экспорте нефти и газа, могут быстро свои ресурсы исчерпать.
6. Имеется возможность эксплуатации месторождений как восполняемых источников углеводородного сырья. Если темп извлечения УВ из залежей не превышает темпа их естественного пополнения, существуют предпосылки восполнения ресурсов месторождений нефти и газа. В этом случае в промышленную разработку могут быть вовлечены достаточно мелкие месторождения, освоение которых в настоящее время считается экономически нецелесообразным. Методами теоретического моделирования показано, что путем специального бурения скважин и оптимизации режимов их работы можно добиться интенсификации подтоков УВ в разрабатываемые залежи.
Практическая значимость работы
Развиты представления В.И. Вернадского о механизме круговорота вещества на Земле и участии в этом процессе живых организмов.
Получен вывод о восполнении ресурсов нефти и газа нашей планеты.
Создана биосферная концепция образования нефтегазовых скоплений, позволяющая непротиворечиво объяснить широкий круг наблюдаемых фактов.
Предложены новые подходы и методы поиска месторождений нефти, газа и газогидратов как возобновляемых источников углеводородного сырья.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на более чем на 60 представительных конференциях и симпозиумах у нас в стране и за рубежом. Среди них: Всесоюзная конференция «Геодинамические основы прогнозирования неф-тегазоносности недр» (Москва 1988); Международные Кондратьевские чтения (Москва 1991, 1993; Санкт-Петербург 1995); Всесоюзные конференции «Математические методы анализа цикличности в геологии» (Москва 1992, 1994, 1996); Международная конференция «Геофизика и современный мир» (Москва 1993); Международная конференция «Геохимические маркеры в фанерозое» (Эрланген, Германия 1994); Международные Зоненшайновские конференции по тектонике литосферных плит (Москва 1993, 1995, 1998, 2001), Международные школы по морской геологии (Геленжик 1995; Москва 1999, 2001, 2003, 2005); Всероссийская конференция «Экология и геофизика» (Дубна 1995); Конференция «Глобальные изменения и эволюция биосферы» (Москва 1995); Всероссийское совещание «Главнейшие рубежи геологической эволюции в докембрии и их изотопно-геохронологическое обоснование» (Санкт-Петербург 1995); Школа-семинар «Белые пятна эволюции биосферы» (Пущино 1995); Всероссийская конференция «Фундаментальные проблемы нефти и газа» (Москва 1996); Всероссийское тектоническое совещание «Неотектоника и современная геодинамика» (Москва 1996); Международный симпозиум «Углеродсодержащие формации в геологической истории» (Петрозаводск 1998); Международная конференция по экологической геофизике (Дубна 1998), Международные конференции «Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа» (Москва 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2004, 2005); Международные конференции «Новые идеи в геологии» (Москва 1999, 2000, 2001, 2003, 2005), Всероссийское совещание «Общие вопросы расчленения докембрия» (Апатиты 2000); Всероссийские конференции по изотопной геохронологии (Москва 2000, 2003, 2006); Конференции «Нетрадиционные вопросы геологии» (Москва 2001, 2002); Всероссийский симпозиум «Флюидные потоки в земной коре и мантии» (Москва 2001); Конференция Европейского союза геофизиков (Страсбург, Франция 2001); Международные конференции по дегазации Земли (Москва 2002, 2006); Губкин-ские чтения (Москва 2002, 2004); Всероссийская конференция «Генезис нефти и газа» (Москва 2003); Международная конференция «Биокосные взаимодействия» (Санкт-Петербург 2004); Конгресс нефтегазопромышлен-
ников (Казань 2004); Тектонические совещания (Новосибирск 2004, Москва 2003, 2005, 2006, 2007); Семинары по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Москва 2003, 2004, 2006, 2007); Международная конференция «САММАС-2005» (Винница 2005); Международная конференция «Фундаментальные проблемы нефтегазовой гидрогеологии» (Москва 2005); Международные конференции по физике экстремальных явлений (Нальчик 2005, 2006, 2007); III Российская конференция «Изотопное датирование процессов рудообразования, магматизма, осадконакопления и метаморфизма» (Москва 2006); Международная конференция «Углеводородный потенциал фундамента (Казань 2006); IV Международный семинар «Минералогия и жизнь» (Сыктывкар 2007).
Публикации и личный вклад автора
По вопросам, затронутым в диссертации, опубликовано свыше 200 работ. Основные положения диссертационной работы отражены в 60 научных публикациях и 1 монографии. Отдельные результаты включены в учебник для вузов по курсу: «Общая и полевая геология» и в два методических пособия. Получен патент на изобретение. Подавляющее большинство работ написано без соавторов. Все основные результаты получены автором лично.
Объем и структура работы
