Гидротермальное превращение керогена и нефти в малопроницаемых породах доманиковых отложений в среде углекислого газа

Доступ к скрытой нефти в древних породах

Большая часть оставшейся в мире нефти заперта в породах, которые плохо пропускают жидкости. В доманиковых отложениях России огромные запасы потенциального топлива находятся в виде твердого, пластичного органического вещества — керогена. В этом исследовании проверяют, может ли аккуратный нагрев таких пород в присутствии воды и углекислого газа ускорить медленный природный процесс образования нефти и превратить твердое вещество в пригодные к использованию нефть и газ в человеческих масштабах времени.

Почему эти плотные породы важны

Доманиковые отложения Татарстана в России содержат миллиарды тонн органически насыщенных пород, но их очень сложно освоить стандартными методами бурения и гидроразрыва. В отличие от многих сланцевых месторождений в Северной Америке, значительная часть органического вещества здесь еще не превратилась полностью в жидкую нефть; оно остается в виде керогена, связанного в плотной карбонатно‑кремнистой породе. Поскольку кероген тверд и прочно удерживается, он не растворяется в обычных растворителях и не может перетекать к скважинам. Поиск способа мягко «завершить» это естественное превращение прямо в пластах может открыть крупный новый энергетический ресурс при одновременном избегании масштабных наземных добычных работ.

Имитирование ускоренной геологической истории

Чтобы смоделировать и ускорить то, что обычно происходит в течение миллионов лет под землей, исследователи поместили раздробленные керны из Тавельского месторождения в стальной реактор с водой и углекислым газом. Затем смесь порода–жидкость нагревали до 250, 300 или 350 °C в течение 24 часов при высоком давлении — условиях, аналогичных глубоким гидротермальным системам земной коры. После каждого опыта измеряли, сколько керогена осталось в породе, какое количество жидкого экстракта можно было извлечь растворителями и какие газы и жидкие углеводороды образовались. Сравнивая продукты при разных температурах, они отслеживали поэтапное разложение твердого органического вещества в более подвижные нефть и газ.

От тяжелых остатков к легкой нефти и газу

Эксперименты показали, что при повышении температуры преобразование керогена резко усиливается. При 250 °C главным образом выделялись тяжелые вязкие компоненты, и порода сохраняла большую часть своего твердого органического содержания. При 300 °C большая часть этого тяжелого материала начала трещать на более легкие насыщенные углеводороды, увеличивая долю простых, похожих на нефть молекул в извлекаемой жидкости. При 350 °C изменения были драматичными: индикатор содержания керогена в породе снизился до небольшой части от первоначального значения, а общее органическое содержание углерода в породе соответственно уменьшилось. Одновременно количество извлекаемой жидкости увеличилось примерно на две трети, и эта жидкость обогатилась легкими насыщенными и ароматическими углеводородами, тогда как доля упорных, смолоподобных аспфальтенов снизилась более чем вдвое.

Образование газов и изменения в породе

Помимо жидкой нефти, горячая вода в среде углекислого газа сгенерировала значительные объемы газа. С повышением температуры увеличивались выходы метана, этана, пропана и бутанов, а также водорода, оксида углерода и особенно углекислого газа. При 350 °C суммарный выход углеводородного газа оказался в десятки раз выше, чем при 250 °C, что указывает на интенсивные реакции крекинга. Исследование также показало, что многие крупные молекулы с богатыми кольцами в керогене перерабатывались в меньшие ароматические структуры, включая серосодержащие соединения, такие как тиофены и бензотиофены. Фактически система порода–жидкость перешла в режим, при котором твердая органическая матрица быстро дробилась на более легкие подвижные молекулы, способные легче перемещаться по порам и трещинам.

Что это значит для будущей добычи нефти

Для неспециалистов основная мысль в том, что исследователи показали управляемый способ «прожарки» упорных органически насыщенных пород, чтобы те давали значительно больше полезной нефти и газа. Нагрев доманиковой породы в воде с углекислым газом до примерно 350 °C привел к почти полному разрушению твердого керогена и значительному увеличению доли легких, подвижных углеводородов без образования дополнительных инертных углеродистых остатков. Это говорит о том, что тщательно спроектированные гидротермальные процессы с использованием углекислого газа в качестве рабочего флюида могут помочь разблокировать крупные нетрадиционные нефтяные ресурсы, одновременно применяя тот же газ, который способствует изменению климата, под землей. Работа не решает всех экологических и экономических вопросов, но предоставляет экспериментально обоснованный рецепт превращения трудноизвлекаемого керогена в добываемую сланцевую нефть в этих сложных пластах.

Цитирование: Mikhailova, A., Ammar, AK., Saeed, S.A. et al. Hydrothermal transformation of kerogen and oil in Low-permeability rocks of the domanic deposits in carbon dioxide media. Sci Rep 16, 8013 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39738-3

Ключевые слова: сланцевая нефть, кероген, гидротермальное превращение, закачка углекислого газа, нетрадиционные коллекторы