Наука - Нефть – живая и мертвая

Откуда взялось черное золото
Распространенный прогноз о скором (через 30–50 лет) истощении запасов нефти специалисты воспринимают по-разному. Большинство — с уважением («так и есть»), другие скептически («запасы нефти безграничны!»), а третьи с сожалением («могло бы хватить и на столетия…»). «Популярная механика» решила разобраться в этом вопросе.

Грубо говоря, на сколько лет хватит запасов нефти, не знает никто. Что удивительнее, до сих пор никто не может точно сказать, каким путем образуется нефть, хотя спор об этом ведется еще с XIX века. Ученые в зависимости от своих убеждений разделились на два лагеря.

Сейчас в мире среди специалистов преобладает биогенная теория. Она гласит, что нефть и природный газ образовались из остатков растительных и животных организмов в ходе многоступенчатого, длящегося миллионы лет процесса. Согласно этой теории, одним из основоположников которой был Михайло Ломоносов, запасы нефти невосполняемы и все ее месторождения когда-нибудь иссякнут. Невосполняемы, разумеется, с учетом быстротечности человеческих цивилизаций: первый алфавит и ядерную энергию разделяет не более четырех тысяч лет, тогда как для образования новой нефти из нынешних органических остатков потребуются миллионы. А значит, нашим не слишком далеким потомкам придется обходиться сперва без нефти, а затем и без газа…

Сторонники абиогенной теории смотрят в будущее с оптимизмом. Они полагают, что запасов нефти и газа нам хватит еще на долгие столетия. Дмитрий Иванович Менделеев, находясь в Баку, однажды узнал от геолога Германа Абиха, что месторождения нефти территориально очень часто приурочены к сбросам – особого типа трещинам земной коры. Тогда же знаменитый русский химик уверился в том, что углеводороды (нефть и газ) образуются из неорганических соединений глубоко под землей. Менделеев считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам, рассекающим земную кору, поверхностная вода просачивается в глубь Земли к металлическим массам и вступает в реакцию с карбидами железа, образуя оксиды металла и углеводороды. Затем углеводороды по трещинам поднимаются в верхние слои земной коры и формируют месторождения нефти и газа. Согласно абиогенной теории, образования новой нефти вовсе не придется ждать миллионы лет, она вполне восполняемый ресурс. Сторонники абиогенной теории уверены, что на больших глубинах ждут открытия новые месторождения, а разведанные на данный момент нефтяные запасы вполне могут оказаться ничтожными по сравнению с еще неизвестными.

Геологи, однако, скорее пессимисты, чем оптимисты. По крайней мере, поводов доверять биогенной теории у них больше. Еще в 1888 году немецкие ученые Гефер и Энглер поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из продуктов животного происхождения. При перегонке рыбьего жира при температуре 4000С и давлении около 1 МПа они выделили из него предельные углеводороды, парафин и смазочные масла. Позже, в 1919 году, академик Зелинский из органического ила со дна озера Балхаш, преимущественно растительного происхождения, получил при перегонке сырую смолу, кокс и газы – метан, CO, водород и сероводород. Затем из смолы он извлек бензин, керосин и тяжелые масла, опытным путем доказав, что нефть может быть получена и из органики растительного происхождения.

Сторонникам неорганического происхождения нефти пришлось скорректировать свои взгляды: теперь они не отрицали происхождения углеводородов из органики, но считали, что их можно получить и альтернативным, неорганическим способом. Вскоре и у них появились свои доказательства. Спектроскопические исследования показали, что в атмосфере Юпитера и других планет-гигантов, а также их спутников и в газовых оболочках комет присутствуют простейшие углеводороды. Значит, если в природе идут процессы синтеза органических веществ из неорганики, ничто не мешает образованию углеводородов из карбидов на Земле. Вскоре были обнаружены и другие факты, не согласовывавшиеся с классической биогенной теорией. На ряде нефтяных скважин запасы нефти неожиданным образом стали восстанавливаться.

В 1895 году одна из скважин с глубины 140 м дала грандиозный фонтан нефти. Через 12 дней фонтанирования рухнули стенки нефтяного амбара и поток нефти затопил вышки рядом расположенных скважин. Лишь спустя три года фонтан удалось укротить, затем он иссяк и от фонтанного способа добычи нефти перешли к насосному.

К началу Великой Отечественной войны все скважины сильно обводнились, и некоторые из них законсервировали. После наступления мира добычу восстановили, и, к всеобщему удивлению, почти все высокообводненные скважины начали давать безводную нефть! Непонятным образом скважины получили «второе дыхание». Спустя еще полвека ситуация повторилась. К началу чеченских войн скважины снова были сильно обводнены, существенно снизились их дебиты, и во время войн они не эксплуатировались. Когда же добыча была возобновлена, дебиты значительно возросли. Причем первые мелкие скважины стали через затрубное пространство снова высачивать нефть на земную поверхность. Сторонники биогенной теории находились в недоумении, тогда как «неорганики» легко объясняли этот парадокс тем, что в данном месте нефть имеет неорганическое происхождение.

Нечто похожее произошло и на одном из крупнейших в мире Ромашкинском нефтяном месторождении, которое разрабатывается уже более 60 лет. По оценкам татарских геологов, из скважин месторождения можно было извлечь 710 млн. т нефти. Однако на сегодняшний день здесь уже добыли почти 3 млрд. т нефти! Классические законы геологии нефти и газа не могут объяснить наблюдаемые факты. Некоторые скважины как будто пульсировали: падение дебитов вдруг сменялось их долговременным ростом. Пульсирующий ритм был отмечен и у многих других скважин на территории бывшего СССР.

Нельзя не упомянуть и о месторождении «Белый тигр» на морском шельфе Вьетнама. С самого начала нефтедобычи «черное золото» извлекали исключительно из осадочных толщ, здесь же осадочную толщу (около 3 км) пробурили насквозь, вошли в фундамент земной коры, и скважина зафонтанировала. Причем, согласно подсчету геологов, из скважины можно было извлечь около 120 млн. тонн, но и после того, как этот объем был добыт, нефть продолжала поступать из недр с хорошим напором. Месторождение поставило перед геологами новый вопрос: накапливается ли нефть только в осадочных породах или ее вместилищем могут быть породы фундамента? Если в фундаменте тоже есть нефть, то мировые запасы нефти и газа могут оказаться куда больше, чем мы предполагаем.

Чем же вызвано «второе дыхание» многих скважин, необъяснимое с точки зрения классической геологии нефти и газа? «В Терско-Сунженском месторождении и некоторых других нефть может образовываться из органического вещества, но не за миллионы лет, как предусматривает классическая геология, а за считанные годы, – считает заведующий кафедрой геологии РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина Виктор Петрович Гаврилов. – Процесс ее образования можно сравнить с искусственной перегонкой органики, аналогичной опытам Гефера и Зелинского, но проводимой самой природой. Такая скорость образования нефти стала возможной благодаря геологическим особенностям местности, где вместе с нижней частью литосферы часть осадков затягивается в верхнюю мантию Земли. Там в условиях высоких температур и давлений происходят стремительные процессы деструкции органики и синтеза новых углеводородных молекул».

На Ромашкинском же месторождении, по мнению профессора Гаврилова, действует другой механизм. Здесь в толще кристаллических пород земной коры, в фундаменте, лежит мощный пласт высокоглиноземных гнейсов возрастом более 3 млрд. лет. В составе этих древних пород содержится много (до 15%) графита, из которого в условиях высоких температур в присутствии водорода и образуются углеводороды. По разломам и трещинам они поднимаются в пористый осадочный слой коры.

Существует еще один механизм быстрого пополнения запасов углеводородов, обнаруженный в Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции, где концентрируется половина всех углеводородных запасов России. Здесь, по мнению ученого, в погребенной рифтовой долине древнего океана происходили и происходят процессы образования метана из неорганики, как в «черных курильщиках» (см. врезку). Но местная рифтовая долина перекрыта осадками, что мешает рассеиванию метана и заставляет его концентрироваться в породных резервуарах. Этот газ подпитывал и продолжает подпитывать углеводородами всю Западно-Сибирскую равнину. Здесь же из органических соединений ускоренно образуется нефть. Так что же, углеводороды тут будут всегда?

«Если выстроить наш подход к разработке месторождений на новых принципах, – отвечает профессор, – согласовать скорость отбора со скоростью поступления углеводородов из очагов генерации в данных районах, скважины будут действовать сотни лет».

Но это слишком оптимистичный вариант развития событий. Реалии более жестоки: чтобы запасы успевали пополняться, человечеству придется отказаться от «насильственных» технологий добычи. Кроме того, потребуется вводить специальные реабилитационные периоды, на время отказываясь от эксплуатации месторождений. Сможем ли мы пойти на это в условиях растущего населения планеты и растущих потребностей? Вряд ли. Ведь, если не считать атомной энергетики, у нефти пока нет достойной альтернативы.

Дмитрий Иванович Менделеев в позапрошлом веке критично заявил, что сжигать нефть – это все равно что топить печь ассигнациями. Если бы великий химик жил сегодня, то, наверное, назвал бы нас самым безумным поколением в истории цивилизации. И возможно, был бы не прав – наши дети пока еще могут переплюнуть нас. А вот внукам такой шанс, скорее всего, уже не представится…

О происхождении нефти ученые еще спорят, а вот метан вполне может быть получен абиогенным способом. Естественное выделение метана установлено в рифтовых долинах Мирового океана через так называемые черные курильщики – глубинные гидротермальные источники, расположенные на срединно-океанических хребтах в земной коре. Особенность их состоит в том, что вокруг этих источников отсутствуют осадочные породы. А значит, скорее всего, метан образуется здесь минеральным путем за счет гидратации железосодержащих основных пород морскими водами с растворенным углекислым газом. В результате взаимодействия сульфатов железа с такой водой образуется метан, оксид железа и гидросиликат магния и выделяется энергия. Это и приводит к тому, что с океанских глубин выбрасывается темная, горячая, насыщенная минералами и метаном вода. Кажется, будто некое гигантское животное решило покурить в глубине океана. И масштаб этого явления оценивается в 10 млн. т метана в год!

Между тем, хотя «черные курильщики» подтверждают абиогенную теорию для метана, делать подобные выводы в отношении нефти слишком рано. Нигде в рифтовых долинах Мирового океана не было обнаружено нефтяных источников. Да и слишком сомнительно, что «нежные» углеводородные соединения, из которых состоит нефть, выдерживают нагревание в недрах Земли до температур выше 500⁰С без изменения структуры.