Среди ваших родственников обязательно найдется тот самый: ему или ей немного за 40–50 лет, но в гардеробе — подростковая одежда, на полках — игрушки, а в голове — одни мечты. В «семье» ископаемых энергоресурсов — угля, нефти и газа — тоже есть «инфантильный» кузен. Это кероген — твердое органическое вещество, которое, как и нефть, образовалось из остатков древних морских организмов, но так и не успело дозреть и стать настоящей нефтью. О керогене и его перспективах рассказал Алексей Алексеев, петрофизик компании «Газпром нефть».
В отличие от еще одного своего «родственника» — угля — кероген залегает в недрах не единым монолитным слоем, а в виде очень маленьких рассредоточенных «порций»: их можно увидеть только под мощными микроскопами. Твердый кероген считается незрелым, но если из-за воздействия высоких температур и давления глубоко под землей ему удалось частично перейти в жидкое состояние, он дозрел и в дальнейшем может стать нефтью или газом.
В результате превращения твердого органического вещества в жидкое молекулы керогена — длинные и сложные цепочки-полимеры — распадаются на более простые. Их плотность меньше, а места они занимают больше, поэтому создают высокое избыточное давление. Из-за этого крошечная полость в горной породе, содержащей частички керогена, лопается, и жидкие «повзрослевшие» продукты распада керогена устремляются на поиски более подходящего «жилья» — пористых пород-коллекторов. Если такие пласты изгибаются и формируют просторные «комнаты»-ловушки, жидкие частички зрелого керогена начинают накапливаться в них, как в губке. Так возникает большинство известных месторождений углеводородов.
«В 2015 году в составе команды нашего Научно-Технического Центра и ведущих вузов России я реализовывал проект по разработке баженовской свиты — крупнейшей в мире залежи «трудной» нефти. Баженовская свита — главный источник углеводородов в Западной Сибири, — поясняет Алексей Алексеев. — На большинстве известных месторождений региона нефть и газ — это производные керогена этой свиты.
Нам с коллегами удалось построить трехмерное изображение керогена высокой степени зрелости, который пока не стал нефтью. Размеры образца составили всего 4×6×10 микрометров — миллионных долей метра! Но с его помощью мы изучили поровое пространство внутри зрелого керогена и убедились, что оно образуется из-за частичного перехода твердого органического вещества в жидкое. Было доказано, что эти поры затем становятся “домом” для нефти, которую можно добывать с помощью существующих технологий».
Алексей Алексеев
петрофизик «Газпром нефти»
Это было самое масштабное изучение баженовской свиты в новейшей истории нашей страны!
Нефть и газ образуются в земной коре в течение 50–350 миллионов лет при подходящих температуре и давлении. За это время увеличивается доля углерода (С) в керогене, элементный состав которого такой же, как у нефти: углерод, водород (H), кислород (O), азот (N) и сера (S). По мере созревания формируются углеводороды (в составе есть только углерод и водород) и гетероатомные соединения: сернистые (в составе есть сера), азотистые, кислородные. Также происходит изомеризация и ароматизация углеводородов. На глубине от 2,3 до 4,6 километра и при температуре 50–150 градусов Цельсия образуется в основном жидкая нефть, глубже и при температуре 150–200 градусов — природный газ.
Жизнь на Земле появилась около полумиллиарда лет назад и, несмотря на массовые вымирания, никогда не исчезала полностью. Органические остатки каждой геологической эпохи слоями уложены в недрах. Часть из них превратилась в кероген, а затем в нефть, другая не успела и осталась твердой недозревшей органикой. Сегодня залежи такого керогена вызывают немалый интерес как источники синтетических углеводородов.
«Потенциал керогенсодержащих пород — гигантский! Одна только баженовская свита в Западной Сибири содержит столько керогена, что из него можно синтезировать больше нефти, чем содержится во всех известных месторождениях в мире», — говорит Алексей Алексеев.
Чтобы «искусственно» превратить незрелый кероген в нефть, нужно нагреть его до температуры 350 градусов Цельсия при соответствующем давлении. В результате кероген разложится на более легкие соединения, как в естественных условиях недр. Чем медленнее происходит нагрев, тем больше выход легких углеводородных фракций. Нагреть кероген можно внутри пласта: с помощью газа, электромагнитного поля или воды в сверхкритическом состоянии, а можно извлечь на поверхность породу, содержащую кероген, и переработать ее на заводе. Какой из методов станет рентабельным — вопрос исследований и развития технологий.