Личный кабинет

Педсовет полностью переехал на новую платформу. Некоторое время понадобится для отладки сервиса. Пожалуйста, о любых Ваших сложностях и ошибках сообщите в редакцию по адресу red@pedsovet.org. 

 

Истощение мировых запасов углеводородов


Истощение мировых запасов углеводородов - проблема общемировая, решение которой зависит от всех нас...

Глава 1. Геология горючих ископаемых.

  • 1. История вопроса. В ХIХ веке сформировались первые представления о возможности залегания нефти в пустотах пород [4], о связи скоплений нефти с трещинами иразломамив породах (Г. В. Абих, Д.И. Менделеев,Н. В. Соколов и др.), зародилась антиклинальная теория поисков нефти и газа (в России - Абих и др.; в Великобритании - Т. Роджерс, в Канаде - С. Хант, в США - Д. Уайт, в Австрии - Г. Гефер, Организованные Геолкомом экспедиции на Кавказ, Сибирь, Дальний Восток, в Среднюю Азию дали богатейший фактический материал по геологии и нефтегазоносности неисследованных территорий.

Геология горючих ископаемых [1,7]  тесно связана с тектоникой, структурной, исторической и региональной  геологией,  литологиейгеохимиейгеофизикой и гидрогеологией. Изучение закономерностей перемещения этих полезных ископаемых в земной коре, состава и происхождения углеводородов  базируется на науках химического и биохимического профиля, широко использует методы моделирования, всё более эффективно применяет математический аппарат и электронно-вычислительную технику.

 Основателем  современной научной школы нефтяной геологии в CCCP-РФ считается  ак. И. М. Губкин, в США  - А. Леворсен. В книге "Учение о нефти" (1932) И. М. Губкин заложил теоретические основы нефтяной геологии, развитые в дальнейшем его учениками: М. И. Варенцовым, К. Р. Чепиковым, А. А. Бакировым и др. С именем А. А. Трофимука связано открытие и изучение новых нефтегазоносных Волго-Уральской и Западно-Сибирской провинций.

Детальное исследование форм скоплений нефти и газа и закономерностей их размещения в недрах привело к развитию учения о нефтегазоносных провинциях и бассейнах, начало которого было заложено в CCCP И. О. Бродом, А. А. Бакировым, а в США А. Леворсеном; было продолжено И. В. Высоцким, Г. Х. Дикенштейном, С. П. Максимовым, И. И. Нестеровым, В. Б. Олениным, В. В. Семеновичем, Б. А. Соколовым и др.

Разработка теоретических проблем ведётся в  Институте проблем нефти и газа РАН (ИПНГ РАН), ВНИГНИ, ВНИГРИ, ИГиРГИ, ВНИИгаз и др., а также на специализированных кафедрах ряда университетов и учебных институтов.

Новейшие достижения нефтяной геологии отражаются в журналах, издаваемых в CCCP: "Геология нефти и газа", "Нефтегазовая геология. Геофизика и бурение"; за рубежом - "Bulletin of American Association of Petroleum Geologists" (с 1917); "Journal of Petroleum Geology Воaсоns field" (England, с 1978) и др.

У нас первые догадки о нефти  в осевой части Кузбасса высказал  в 1920 г. известный сибирский  геолог М.А. Усов,  постановку поисковых работ на кузбасскую нефть  в 1932 году инициировал И.М. Губкин. Поисками нефти Кузбасса занимались В.С. Муромцев, В.И. Будников, А.В. Тыжнов, проблемами геологии горючих ископаемых занимаются здравствующие  геофизик В.А. Ашурков [11], горняк Н.Г. Черных [12].

  • 2. Нефть. Для горно-добывающей промышленности интерес представляет один из углеводородов - нефть [1,7, 8].   

Цвет нефти варьирует в буро-коричневых тонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), иногда она бывает чисто чёрного цвета, изредка встречается нефть, окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет, и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием азот-, серо- и кислородсодержащих компонентов, которые концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке.

Скопления  нефти  вместе с газом приурочены к осадочным породам на глубинах от десятков метров до 5-6 км. На малых глубинах и при естественных выходах нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и другие образования. 

Породы, допускающие свободное перемещение и накопление в них жидкостей и газов, называются коллекторами. Пористость их зависит от степени отсортированности зёрен, их формы и укладки, а также и от наличия цемента. Проницаемость определяется размером пор и их сообщаемостью. Главнейшими коллекторами нефти являются пески, песчаники, конгломераты, доломитыизвестняки и другие. Однако с развитием горной техники нефть всё чаще обнаруживается   в  трещиноватых метаморфических и изверженных (!) породах[1,4,8]. Локализация  нефти, образование её  залежей обусловлено также  различными структурными формами изгибов пластов, стратиграфическими соотношениями свит и литологическими особенностями пород – ловушками, экранами [7].

Часто нефтяная залежь занимает лишь часть коллектора, и поэтому, в зависимости от пористости и цементации, обнаруживается различная степень насыщенности нефтью отдельных её участков в пределах самой залежи. Обычно нефть в залежи сопровождается водой, которая ограничивает залежь. В верхних частях нефтяной залежи присутствует  «газовая шапка» [1,7]. 

  • 3. Природный газ. Последние десятилетия приобрели промышленное значение месторождения природного газа. Природный газ - газообразное углеводородное полезное ископаемое, находящееся в толще земной коры [7,8].

Основной элемент природного газа - метан (до 98%) с  этаном, пропаном и др., сероводород, углекислый газ, азот и инертные. при больши температуре и давлении газ переходит  в конденсат [8].

С увеличением глубины содержание гомологов метана обычно увеличивается [8]. 

Газ  встречается на глубине до трех километров и обнаруживается в отложениях всех геологических периодов начиная с конца протерозоя. Залежи формируются в природных ловушках на путях миграции газа. Миграция происходит в результате статической или динамической нагрузки пород, выжимающих газ, а также при свободной диффузии газа из областей высокого давления в зоны меньшего давления.

Газовые залежи по особенностям их строения разделяются на две группы: пластовые и массивные. В пластовых залежах скопления газа приурочены к определённым коллекторам. Массивные залежи не подчиняются определённым пластам. Подземными резервуарами для 85% общего числа газовых и газоконденсатных залежей служат песчаные, песчано-алевритовые и алевритовые породы, нередко переслоённые глинами; в остальных 15% случаев коллекторами газа являются карбонатные породы.

Структуры месторождений различны для складчатых и платформенных условий. В складчатых районах выделяются группы, связанные с антиклиналями и моноклиналями. В платформенных районах намечаются  куполовидные и брахиантиклинальные поднятия, эрозионные и рифовые массивы [1,7].

  • 4. Битуминозные (нефтяные) пески являются одним из видов нетрадиционной нефти  на глубинах от десятков метров до 5-6 км. Однако на глубинах свыше 4,5-5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Нынешние  технологии добычи нефти из битуминозных песков требуют большого количества пресной воды [1,7].
  • 5. Нефть из горючих сланцев - вид топлива из группы твёрдых каустобиолитов. Основные ресурсы - около 52 % сланцевой смолы сосредоточены в США.   Большие запасы горючих сланцев есть в БразилииРоссии,  КНРАвстралии,  Болгарии, на Украине,  ВеликобританииФРГФранцииИспанииАвстрииКанадеИталииШвеции ,Эстонии, на территории бывшей Югославии [1,7].
  • 6. Сланцевый газ добывается из горючих сланцев и состоит преимущественно из метана. Приобрел сомнительную славу в  начале 2000-х. Он  содержится в небольших концентрациях (0,2-3,2 млрд м³/км²), и для добычи значительных количеств такого газа требуется вскрытие больших площадей. Добыча ведется  методикой  гидроразрыва пласта (ГРП). Благодаря резкому росту его добычи, названному в СМИ «газовой революцией», в 2009 году США стали мировым лидером добычи газа. В первом полугодии 2012 года газ в США стоил дешевле, чем у нас. Низкие цены вынудили ведущие газодобывающие компании сократить добычу, после чего цены на газ пошли вверх. В настоящее время сланцевый газ является региональным фактором, который имеет значительное влияние только на рынок стран Северной Америки. В числе факторов, положительно влияющих на перспективы добычи сланцевого газа: близость месторождений к рынкам сбыта; значительные запасы; заинтересованность ряда стран в снижении зависимости от импорта ресурсов. В то же время у него есть ряд недостатков: относительно высокая себестоимость; непригодность для транспортировки на большие расстояния; быстрая истощаемость; низкий уровень доказанных запасов; значительные экологические риски.

Газпром не планирует в ближайшие десятилетия разработку месторождений сланцевого газа в России, поскольку традиционные резервы в 10 раз более эффективны, чем добыча сланцевого газа и  к его добыче, возможно, вернётся «лет через 50-70». Залежи сланца, из которого можно добывать сланцевый газ, весьма велики и находятся в ряде стран: Австралия, ИндияКанада. Однако в связи с возможным ущербом для окружающей среды добыча сланцевого газа запрещена во Франции, Болгарии,  Германии, Нидерландах, ряде штатов США.

Таким образом, обзор  видов горючих ископаемых показывает  объективную необходимость выделения  скоплений их в той или иной форме [1,7].

Глава 2. Учение  о нефтегазоносных бассейнах

  • 1. Нефтегазоносный бассейн- значительная по размерам или запасам площадь непрерывного или островного распространения нефтяныхгазовых, сланцево-газовых, битумных,  газоконденсатных месторождений.

В мире известно около 160 нефтегазоносных бассейнов, из которых 2 относятся к категории уникальных, 9 - гигантских и около 30 - крупных. К уникальным относятся бассейны Персидского залива по нефти и Западной Сибири по газу. Общие черты этих бассейнов - огромные площади и объемы осадочного чехла, приуроченность к платформам. Содержат около 50% крупнейших и гигантских месторождений.

Гигантскими являются бассейны: Голф-Кост, Мексиканский, Пермский, Западный Внутренний, Североморско-Германский, Сахарский, Маракаибский, Западной Африки, Волго-Уральский, - на платформах. Содержат  25 % крупнейших и гигантских месторождений.

Мелкие бассейны расположены в пределах межгорных впадин: менее 10% крупнейших месторождений.

Нефтегазоносные бассейны подразделяются на нефтегазоносные провинции

 

Доминирующая до недавнего времени  органическая модель генезиса углеводородов связывает  их происхождение с процессами преобразования отмершего органического или живого вещества. Согласно неорганической модели, углеводороды образуются в цепи метаморфизма углерода, водорода и других компонентов  из мантии в земную кору, где они синтезируются в залежи би­тумов, углей, горючих сланцев, нефти, газов.

 

Рис.1 Схема образования  углеводородов в трубе дегазации: стрелки указывают на движение флюидов из гранитной фазы (крестики) в уровни земной коры в различной форме залежей от газовых до пластовых форм.

Глава 3. Геология угля

  • 1. История вопроса. Начавшееся еще в палеолите собирательство угля, продолжается и поныне. Мировые запасы угля рассредоточены по всем континентам: США, Россия, Китай, Индия, ЮАР, Австралия, Казахстан, Украина (рис.4)

Рис.2. Угольные бассейны и месторождения Мира [1].

 

"Эта отрасль не только традиционная для нашей страны, она и перспективная, важная для экономики Российской Федерации, и она будет долгие годы сохраняться. Мы должны думать о том, как ее развивать, как обеспечить рабочие места, как сделать ее более прибыльной и более конкурентоспособной", - отметил президент России Владимир Путин на заседании Комиссии по вопросам стратегии развития ТЭК и экобезопасности, прошедшем в Кузбассе 26 августа 2008 г.

Основная задача геологии угля - изучение процесса угленакопления на Земле в его историческом развитии [1,2].

В познание этого вклад внесён русскими и советскими геологами. Первыми специалистами по геологии угля были Л. И. Лутугин и его ученики — В. И. ЯворскийП. И. СтепановА. А. Гапеев и др.; кроме того, большие работы были проведены М. А. Усовым, Ю. А. Жемчужниковым, И. И. Горским, Г. А. Ивановым, М. М. Пригоровским, А. К. Матвеевым, Г. Ф. Крашенинниковым и др. Развитие учения о геологии угля в зарубежных странах связано с именами немецких (Г. Потонье, К. Науман, М. и Р. Тейхмюллеры, Э. Штах и др.), английских (М. Стопе, К. Маршалл, У. Фрэнсис и др.), американских (Р. Тиссен, Д. Уайт и др.), голландских (Д. Кревелен), чешских (В. Гавлена) учёных и др.

Изучением геологии угольных месторождений у нас занимаются «ВНИГРИуголь» (Ростов), СНИИГГиМС (Новосибирск),  ВНИИГидроуголь (Москва); технологией освоения Институт угля СО РАН,  Институт углехимии и химического материаловедения СО РАН (оба в Кемерово). Издаются сборники и журналы:  «Уголь» Минэнергетики РФ, ТЭК и ресурсы Кузбасса.

  • 2. Уголь - твёрдое горючееполезное ископаемое, плотная порода чёрного, иногда cepo-чёрного цвета, содержит 75-92%углерода, 2,5-5,7% водорода, 1,5-15% кислорода.  Содержит  некоторое количество минеральных  примесей, залегает в виде пластов. Среди углей выделяют 3 генетические группы: гумолиты, сапропелиты, сапрогумолиты. Первая  группа состоит из остатков высших растений, вторая - преимущественно из низших, третья представляет переходную с преобладанием высших и участием низших растений [1,2].

 Угли  разделяются на бурые и каменные. Все свойства углей  зависят от петрографического состава, степени углефикации и содержаний минеральных  компонентов. Важными технологическими характеристиками углей являются выход летучих веществ, спекаемость, зольность.

Основные запасы каменного угля, добывающегося в настоящее время, образовались в период палеозоя-мезозоя почти во всех геологических системах: от девона до неогена.

Геологической единицей угленакопления   принят пояс углеобразования [9] - зона на земной поверхности, в которой обильно накапливались угленосные отложения. Выделено  3 пояса: северный, экваториальный и южный. Три пояса карбонового углеобразования (рис.3).

 

 Рис. 3. Угленосные пояса и узлы  углеобразования в среднем карбоне, по  П.И. Степанову  [9]. 

 

Вполне отчетливо устанавливается связь поясов с геосинклинальными и платформенными геологическими  поясами. В ряде случаев связь существует с областями, для которых характерен геотектонический режим, промежуточный между платформенным и геосинклинальным.

  • 3. Узел углеобразования [9] единица, составляющая пояса. Это площадь активного тектонического  режима.
  • 4. Бассейн угленосный [1,2,9] - это крупная площадь (тысячи км2) сплошного или прерывистого развития угленосных отложений с пластами ископаемого угля.

Для  него характерно накопление осадков в прогибе, грабене, синеклизе). Границы бассейнов - генетические, тектонические, эрозионные, а при глубоком залегании углей условные, определяемые техническими возможностями разведки, шахтной или карьерной добычи. По степени доступности угленосных отложений  и углей для разведки и эксплуатации различаются бассейны  открытые (обнаженные), полуоткрытые и закрытые, по фациальным обстановкам накопления осадков  паралические, лимнические, потамические, по геотектоническому признаку — геосинклинальные, платформенные и промежуточные. По структурно-тектоническим признакам различаются отдельные угленосные районы и угольные месторождения. В СНГ имеется более 25 бассейнов: Донецкий, Печорский, Кузнецкий, Карагандинский, Подмосковный, Челябинский, Иркутский, Канско-Ачинский, Тунгусский, Ленский и др. Крупные бассейны за рубежом: Верхнесилезский (Польша), Рурский (ФРГ), Коммантри (Франция), Южно-Уэльский (Англия), Пенсильванский, Аппалачский (США), Северо-Китайские и Южно-Китайские, Новый Южный Уэльс (Австралия) и др.

  • 5. Месторождение угольное [1,2] - геологическое тело от долей км2 до сот км2 в бассейне. Границы обычно определяются контурами эрозионного среза бассейна,  разрывными нарушениями, литолого-фациальными и структурными особенностями. Характер угленосности угольного месторождения разнообразен - от одно-  до многопластовых с различной мощностью, строением и выдержанностью. Для  большей части угольных месторождений характерно моноклинальное, полого-волокнистое, линейно- и брахискладчатое залегание, часто осложнённое складчатостью более мелких порядков и разнообразными по характеру и амплитудам разрывными нарушениями, иногда создающими крупно- и мелкоблочную структуры. Всем  месторождениям повышенной степени углефикации присуща метаноносность. Газодинамические явления (суфляры метана, интенсивное его выделение при разрушении угольного массива, внезапные выбросы с углём или породой) крайне осложняют ведение горных работ.

 В промышленное освоение вовлекаются месторождения целиком (в их геологических границах) или частями (крупные месторождения) с запасами угля, обеспечивающими работу угледобывающих предприятий (при установленной проектной мощности) в течение нормативного срока и в перспективе.

 Различные сочетания характера угленосности и степени нарушенности угольных пластов, а также сложности горно-геологических условий их разработки положены в основу установленных классификацией запасов.

Специфическая особенность формирования угленосных формаций России выражается в омоложении угленосных отложений с запада на восток.

Добавлено: 10.01.2017
Рейтинг: 6.8625
Комментарии:
0
Сказали спасибо 0
Сказать спасибо
footer logo © Образ–Центр, 2017. 12+