Из первой главы мы узнали, что нефть имеет богатую историю и применяется с древних времен. Однако процесс ее извлечения из недр земли остается не до конца понятным. Нефть находится не везде, и ее добыча обычно ведется далеко от заводов по переработке.

Так где же расположены основные запасы?

Отмечают семь основных регионов, в которых сосредоточены нефтяные месторождения: остров Сахалин, Северное море, север Аляски, западная часть Сибири, острова Малайского архипелага, Персидский залив и Мексиканский залив. Более 70 % всех мировых запасов нефти сосредоточено в Азии, включая Ближний Восток. В таблице 1 представлена десятка лидеров по запасам нефти на 2025 год.

Таблица 1. Запасы нефти по странам

Но почему же запасы нефти распределены по карте мира так неравномерно?

В настоящее время установлены некоторые закономерности, которые помогают ответить на этот вопрос. Первая причина – распределение месторождений генетически обусловлено формированием осадочных толщ. Почти вся нефть связана с осадочными толщами. Вторая причина – особенности формирования в субаквальной среде в анаэробной геохимической обстановке. На процесс образования и существования промышленных залежей УВ наиболее сильно влияют такие палеогеографические факторы, как физико-географическая среда накопления продуктивных отложений; географическая приуроченность местности в определенное геологическое время; климат; органический мир; фациальные и геохимические особенности седиментации.

Если говорить простым языком, нефть скапливалась в местах устойчивого прогибания, в зонах с высокими температурами и давлениями внутри земных недр. Неравномерность распределения связана с тектоническими процессами, которые создают осадочные бассейны, определяют направление их развития и превращение в нефтегазоносные. С точки зрения геоморфологии нефтеносные районы расположены в предгорьях, межгорных районах и равнинах. Палеогеографические условия – мелководные морские бассейны, их окраинные части. Также наличие проницаемых горных пород (коллекторов) и непроницаемых пород, ограничивающих перемещение нефти и газа по вертикали (покрышек).

Места скопления нефти называют нефтяными месторождениями, где находится одна или несколько нефтяных залежей, площадь которых может достигать нескольких сотен квадратных километров.

Теперь давайте рассмотрим, как устроено само месторождение в недрах земли. Ведь часто ошибочно думают, что нефть находится в полости земных пород, как в некотором полом резервуаре.

Нефть содержится в пластах пористых пород, обладающих хорошей селективностью, в верхней части которых обычно находится газ. Такие породы называют коллекторами, поскольку они способны удерживать нефть и газ. Над ними располагаются породы-покрышки, которые представляют собой непроницаемый слой, не позволяющий нефти и газу выйти на поверхность, обеспечивая их сохранность в пластах. Снизу пласт подпирается материнской породой или водой, что дополнительно удерживает нефть внутри коллектора и предотвращает ее вытекание. Различные виды пластов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Виды месторождений по режимам работы нефтяных пластов

Месторождения бывают разные по соотношению полезных ископаемых. Месторождения полезных ископаемых отличаются по составу содержащихся в них ресурсов. Иногда в залежах есть только нефть или газ – такие месторождения называют нефтяными или газовыми. Когда в залежах и то и другое – такие месторождения могут дополнительно называть газонефтяными или нефтегазовыми, в зависимости от содержания того или иного ресурса. Аналогичная ситуация и с нефтегазоконденсатными месторождениями: если газового конденсата больше, чем нефти, то такие залежи будут относиться к газоконденсатнонефтяным.

Многие месторождения можно разделить по геологическому строению – на сложные и простые. Простыми называются месторождения нефти, продуктивные горизонты которых характеризуются относительной выдержанностью литологического состава, а слой коллекторного пласта продуктивен по всему объему залежи. Месторождения сложного строения разбиты тектоническими нарушениями на ряд изолированных блоков, а коллекторный пласт имеет изменчивые свойства по объему залежи.

Другая не менее важная классификация – географическое положение. Платформенные – содержат основной объем мировых запасов нефти, включая большинство крупнейших залежей. Например, на Восточно-Европейской и Западно-Сибирской платформах. В складчатых областях, подверженных геологической активности, находятся более мелкие месторождения, что усложняет их разработку.

К крупнейшим месторождениям мира относятся: Аль-Гавар в Саудовской Аравии с запасом 12 млрд тонн, Большой Бурган в Кувейте с запасом 11 млрд тонн, Боливар Костал в Венесуэле с запасом 8,3 млрд тонн. Самые крупные месторождения в России: Самотлорское – 6,2 млрд тонн (7-е место), Ромашкинское и Приобское – по 5 млрд тонн (13-е и 14-е места соответственно), Лянторское – 2 млрд тонн (37-е место), Федоровское – 1,8 млрд тонн (42-е место).

Но все эти запасы являются уже разведанными месторождениями. Именно на основе этих данных и строятся все гипотезы о формировании и происхождении нефти. Вопрос поиска новых месторождений остается открытым. Их находят на все большей глубине. Но какими методами пользуются геологи?

Первым этапом в нефтяной промышленности является геологическая разведка. Именно она позволяет выявить те места, где находится месторождение полезного энергоресурса. Геологоразведка может дать представление о глубине залегания, объемах нефти или газа, о строении и составе пластов и многих других характеристиках для планирования и оптимизации процессов разработки и добычи месторождений нефти.

Современные технологии геологоразведки предполагают проведение комплексных геологических, геофизических и геохимических работ. Залог успешной разведки – соблюдение четкой последовательности работ.

Первая стадия георазведки – это геологические исследования. Они включают в себя изучение природных недр на предмет наличия или отсутствия определенных структур, выявление осадочных бассейнов, в которых может содержаться нефть или газ. На второй стадии используются геофизические и геохимические методы, которые помогают выявить залежи и запасы нефти в породе, не применяя бурение.

Одним из геофизических методов является сейсморазведка. Она основана на закономерности распространения в земной коре упругих волн, создаваемых специальным прибором на поверхности. В разных породах они распространяются с разной скоростью, а на границах раздела двух фаз (жидкой и твердой) они частично отражаются. Именно это отражение фиксирует сейсмоприемник, данные от которого расшифровывают геологи, получая представление о глубине и местонахождении залежи. Однако такой способ непрактичен из-за малой глубины разведки, поэтому чаще всего используют специальные приборы, создающие волны определенной частоты и длины.

Второй способ – электроразведка, основанная на различиях электропроводности горных пород. Граниты, известняки и песчаники, насыщенные соленой минерализованной водой, хорошо проводят электрический ток, тогда как глины и песчаники, насыщенные нефтью, имеют очень низкую электропроводность. На практике геологи создают искусственное электромагнитное поле с помощью специальных стержней, по которым проходит ток, и измеряют электрическое сопротивление пород. Высокое сопротивление при замерах может указывать на наличие залежей нефти или газа, поскольку эти вещества ухудшают проводимость.

Третий способ основан на изменчивой силе гравитации. Гравиразведка – это метод поиска залежи, при котором определяется место с аномально низкой гравитацией, что позволяет предположить наличие нефти в данном месте. Породы, которые содержат в себе нефть или газ, имеют низкую плотность относительно других пород или пород, содержащих воду, в результате появляются места с относительно низкой силой тяжести.

Четвертый способ разведки основан на использовании магнитного поля. Разные горные породы отличаются по плотности, электропроводимости и способности отражать и поглощать волны, а также по магнитным свойствам. Магнитная проницаемость пород значительно варьируется, что позволяет определить наличие нефти и газа.

Земля сама является большим магнитом с магнитным полем, которое искажается в зависимости от состава пород и присутствия углеводородов. Для съемки применяют магнетометры, установленные на самолетах, которые проводят облеты территории на заданной высоте. Аэромагнитная съемка позволяет обнаруживать антиклинали на глубине до 7 километров, даже при высоте менее 300 метров, что важно для поисков залежей нефти и газа.

В отдельную группу стоит выделить геохимические методы определения залежи. К ним относятся газовая съемка, которая измеряет присутствие углеводородных газов в приповерхностном слое почвы. По большой концентрации таких газов можно судить о наличии нефтяного месторождения. А также битуминологический анализ, который проводят для определения присутствия битумов в почве, что может свидетельствовать о возможном наличии залежи.

Третья стадия включает в себя разведочное бурение. При выявлении перспективного месторождения строятся первые скважины. Этот этап является самым дорогим на стадии разведки залежи нефти, поэтому и самым рискованным. Если нефть действительно находится в этом месте, то происходит экспертная оценка качества нефти и ее количества и принимается решение о дальнейшей добыче.

На этапе тестирования скважины для оценки экономической целесообразности инженеры-геологи измеряют ее дебит и анализируют данные пластового давления. Эти данные позволяют определить масштаб залежи и принять решение о начале полномасштабной разработки.

Дебит скважины, объем нефти, который способна выдать скважина за единицу времени, – это один из основных показателей, который будет влиять на ее рентабельность. Величина скорости добычи может измеряться в м³/с, тысячах м³/ч, тысячах м³/сут. и т. д.

Теперь, когда вопросы о природе нефти, ее происхождении, местах залегания и методах поиска исчерпаны, можно перейти к самому главному – процессу добычи этого ценного полезного ископаемого.

Прежде всего стоит упомянуть о четырех стадиях разработки залежи, известных как цикл жизни залежи, в период ее использования. Первый этап заключается в максимальном увеличении добычи нефти. В течение этого периода, который длится около трех-пяти лет, залежь постепенно отдает все большее количество ресурса. Часто окончание данного этапа совпадает с завершением бурения скважин.

Второй этап – это поддержка максимального дебита скважины. В это время добыча нефти проходит стабильно и с максимальными годовыми оборотами нефти. Это обеспечивается благодаря бурению скважин резервного фонда, регулированию режимов скважин и освоению в полной мере системы заводнения (иногда вода может находиться под залежами нефти, а иногда ее намеренно закачивают для поддержания выхода нефти) или другого метода воздействия на пласт. Некоторые скважины к концу стадии перестают отдавать нефть естественным образом, и их переводят на механизированный способ эксплуатации с помощью насосов.

На третьем этапе добыча происходит в основном с участием механического оборудования, так как давления внутри пласта уже недостаточно для свободного выхода нефти на поверхность. К концу этого этапа часть скважин уже выводится из эксплуатации.

Завершающий этап разработки скважины – самый долгий по времени. На этом этапе добыча нефти идет медленно, обводненность продукции растет, а дебит постепенно снижается.

Далее рассмотрим, какие скважины бурят для поисковых и разведывательных работ и непосредственно при разработке нефтяных и газовых месторождений.

– Опорные скважины закладываются в районах, не исследованных бурением, и служат для изучения состава и возраста слагающих их пород.

– Параметрические скважины закладываются в относительно изученных районах с целью уточнения их геологического строения и перспектив нефтегазоносности.

– Структурные скважины бурятся для выявления перспективных площадей и их подготовки к поисково-разведочному бурению.

– Поисковые скважины бурят с целью открытия новых промышленных залежей нефти и газа.

– Разведочные скважины бурятся на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью для изучения размеров и строения залежи, получения необходимых исходных данных для подсчета запасов нефти и газа, а также проектирования ее разработки.

– Эксплуатационные скважины закладываются в соответствии со схемой разработки залежи и служат для получения нефти и газа из земных недр.

– Нагнетательные скважины используются для закачки в продуктивные горизонты воды (реже воздуха, газа) с целью поддержания пластового давления и продления фонтанного периода разработки месторождений, увеличения дебита эксплуатационных скважин, снабженных насосами и воздушными подъемниками.

– Наблюдательные скважины бурят для контроля за разработкой залежи промышленного значения.

Теперь перейдем к самому нефтяному промыслу. Нефтяной промысел – это крупный высокотехнологичный комплекс по добыче, сбору и обработке нефти, поступившей из скважин, с целью подготовки ее к дальнейшей переработке. Такой комплекс включает в себя разные виды скважин, трубопроводы и насосные оборудования, компрессорные станции, установки по подготовке нефти, товарный парк для хранения.

После того как скважина пробурена и освоена, начинается этап добычи нефти. Однако нефть добывается не из всех скважин – часть из них называется нагнетательными. В такие скважины закачивают воду, газ или другие вещества в зависимости от технологии. Это необходимо для поддержания давления и обеспечения устойчивой работы всего месторождения.

Раньше нефть выходила сама под давлением пласта, и ее просто поднимали на поверхность с помощью специального бура. Сегодня таких месторождений практически не осталось, поэтому для добычи нефти применяются современные методы поддержания давления, в частности, закачка воды в пласт. Эта технология помогает вытеснить нефть и повысить ее добычу.

Необходимо рассмотреть и основные технологии, применяемые на местах добычи нефти, а именно процессы ее подготовки и прочие факторы, за которыми следят технологи.

Первая и обязательная ступень – подогрев нефти. Дело в том, что в глубоких пластах она горячая и достаточно текучая, но на поверхности быстро остывает, становится вязкой. Без подогрева ее невозможно транспортировать даже до ближайших установок подготовки, не говоря уже о дальних перерабатывающих заводах.

Важно понимать, что эти нагревательные установки – объекты повышенной опасности. Работа с легковоспламеняющимися жидкостями при высоких температурах – одна из частых причин возгораний на нефтепромыслах, что требует строжайшего соблюдения мер безопасности.

Нельзя забывать и о контроле, который осуществляет автоматизированная групповая замерная станция. Именно по нему можно определить, какие параметры требуется выставить для работы оборудования, отвечающего за качественную обработку нефти. Областью применения установки являются напорные системы сбора продукции нефтяных скважин и автоматизированные системы управления технологическими процессами нефтедобычи.

Сердцем комплекса служит дожимная насосная станция, но в отличие от человека он может иметь несколько таких сердец. Нефть, как кровь, циркулирует, проходит разные узлы установок под движущей силой давления. Дожимные насосные станции также могут иметь разное исполнение, которое зависит от нефти, дебита, целевого направления транспортировки.

Вторым важным символом нефтепромысла после буровой вышки стал факел. Во время эксплуатации месторождений состав добываемой продукции меняется, поэтому системы сбора и подготовки нефти постоянно улучшают. Раньше на многих месторождениях нефть транспортировали, а сопутствующий газ просто сжигали на факеле. Сейчас требования к утилизации газа стали строгими, что требует строительства специальных газопроводов для его сбора и переработки. Тем не менее факельные установки остаются необходимыми – они служат для безопасного сжигания горючих газов и паров при авариях. Таким образом, факел не является признаком загрязнения, а выполняет важную функцию защиты окружающей среды, предотвращая разливы и попадание вредных веществ в почву и воду.

Еще одним узлом является установка по сбросу воды. Этот комплект оборудования, предназначенный для предварительного сброса пластовой воды из пластового флюида с возможностью ее утилизации путем закачки в пласт, чаще всего используют на уже разработанных месторождениях, так как нефть с таких залежей очень богата водой.

Конечным пунктом служит установка подготовки нефти к хранению и транспортировке на длинные расстояния по трубопроводу. Из нефти извлекаются механические примеси, часть воды, коррозионные соединения, формируется система сбора в соответствии с проектом обустройства месторождения.

После подготовки нефть поступает в товарный парк или парк хранения, необходимый на случай аварии на трубопроводе при транспортировке, куда производится сброс избытка нефти. Конечно, есть факел, но факел – не экологичный способ утилизации, да и незачем утилизировать то, что еще может быть полезно в производстве.

Резервуары могут иметь разные конструкции, в том числе для снижения рисков избыточного и недостаточного давления, формирующих систему «дыхания». Такая система служит для сброса избытка давления в факельную сеть, которое может привести к взрыву. И наоборот – может соединяться с атмосферой или азотной сетью для набора давления. При недостаточном давлении емкость может схлопнуться, что приведет к разливу нефти.

У нефтепромысла есть свое «сердце», а некоторые аппараты имеют «дыхание». Символическими артериями этого организма можно назвать нефтепровод, по трубам которого движется нефть к заводам по всей нашей стране. Промысловый трубопровод – система технологических трубопроводов для транспортировки углеводородов на месторождения. Не самый технологичный, но самый большой по объему и самый важный узел нефтепромыслового комплекса. Без него любая добыча нефти стала бы бессмысленной.

В этой главе мы поговорили об особенностях расположения месторождений, поиске залежей и добыче нефти, а также об устройстве нефтяного промысла в целом.