В последние годы вал публикаций, посвященных борьбе против глобального потепления, становится схож с волной цунами, захлестнувших всевозможные международные конференции, а вслед за ними и подавляющее большинство новостных и даже аналитических порталов. Не пишет на эту тему только ленивый – тема востребована читателями и зрителями «во всем цивилизованном мире».
Кавычки – по той простой причине, что нас старательно пытаются убедить, что глобальное потепление беспокоит всех поголовно, от мала до велика во всех странах, городах и весях. Настолько старательно, что невольно закрадывается подозрение – а не повторяется ли у нас на глазах история, аналогичная той, которая уже была с «зловредным фреоном, который пробивает дыры во всем озоновом слое планеты, от чего мы все умрем».
Борьба против глобального потепления сузилась до громогласных требований декарбонизации энергетики, все остальные проблемы уходят в тень. Нет зверя страшнее углекислого газа, и топок электростанций, порождающих его! Потому – долой любой карбон, в любом его виде, а не то мы все утонем, при этом задыхаясь от нехватки чистого воздуха, причем сделаем это с невероятной скоростью – скорее всего, после ближайшего дождичка в четверг.
От научного подхода – назад, к популизму
Карбон, если кто-то вдруг забыл, что означает этот термин на латыни – всего-навсего углерод, химический элемент, обозначаемый буквой С. То, что углерод – это уголь, это графит и алмазы, это графен и углеводородное волокно, мы теперь слышим достаточно часто, но стоит напомнить, что углерод является еще и основанием любых органических веществ, то есть является основой белковой жизни на третьей по счету от Солнца планете. Если не забывать об этом, то термин «декарбонизация» перестает быть симпатичным, но подспудная антипатия имеет и более веские основания.
Напомним, что предшественником Парижского соглашения по климату 2015 года был Киотский протокол, подписанный в 1997 году, и был этот протокол научно куда как более обоснованным. Целью Киотского соглашения была стабилизация уровня концентрации парниковых газов на уровне, который не допустит антропогенного воздействия на климатическую систему планеты. Парниковых газов во множественном числе, а не только углекислого газа, причем список газов, которые потенциально способны привести к глобальному парниковому эффекту, определяли не политики, а ученые. Таких газов – шесть: углекислый газ, метан, закиси азота, гидрофторуглероды, перфторуглероды и гексаторид серы. Утрированное внимание исключительно к углекислому газу ничего общего с научным подходом к проблеме не имеет – нельзя вырвать из единого комплекта одну составляющую и заявить, что она и есть корень всех проблем.
В последние годы самым «модным» направлением в энергетике стал сжиженный природный газ, который производится и потребляется во все большем количестве стран. Нас уверяют, что СПГ экологически наиболее безвреден, уводя внимание от того, что при его транспортировке и хранении испарение метана технологически неизбежно, а метан входит в «киотский список» наравне с углекислым газом. Нас уверяют, что уголь в топках электростанций и котельных – «инфернальное зло», уводя внимание от того, что технология его переработки, технология его сжигания могут не только кратно уменьшить вред для экологии, но и решить экономические проблемы развивающихся стран, в которых до сих пор не решена проблема доступности электроэнергии. Еще одной «страшилкой» у нас на глазах становится нефть и продукты ее переработки – для того, чтобы избавиться от вредных веществ, образующихся в результате работы двигателей внутреннего сгорания, нам предлагают немедленно всей планетой пересесть на электромобили. Не развивать технологию очистки моторного топлива от вредных примесей, не создавать новые виды топлива, не разрабатывать новые типы фильтров, а взять, да и запретить – так нам предлагают понимать слово «прогресс». Запрещать, не допускать, закрывать – так выглядит столбовая дорога в сияющий мир, в котором никто не воровал детство Греты Тумберг.1
Что характерно, авторы подобного рода текстов набирают их, щелкая пластиковыми клавишами клавиатуры, и мчится эта ценная информация по проводам, надежно укрытым соответствующей изоляцией, а многие читатели получают к ней доступ благодаря наличию смартфонов в изящных, но прочных пластиковых корпусах. Декарбонизированный мир существует в непосредственной близости от мира Гарри Поттера и планеты Нарния, а мы с вами обитаем в том, где без угля и углеводородов обойтись никак нельзя, где их использование стало результатом развития целого сонма наук – геологии, материаловедения, химии неорганической и органической и многих других. И отказываться от их дальнейшего применения и развития в угоду поклонников фэнтези реальных оснований просто нет, как бы удивительно это не звучало.
Пишем «декарбонизация», в уме держим «Отказ от прогресса»
Мэйнстрим западных зеленых движений призывает нас отказаться от имеющихся технологий, не предлагая их адекватной замены, пытается поставить телегу впереди лошади. Сначала – рентабельные технологии, и только потом – попытки их массового распространения, в противном случае ничего разумного не получается. Желаете развивать исключительно «зеленые технологии» генерирования электрической энергии за счет ВИЭ – найдите способ аккумулирования этой энергии, причем способ рентабельный в промышленных масштабах. Но нам упорно навязывают необходимость массового внедрения солнечной и ветряной генерации в режиме «здесь и сейчас», немедленно, быстро и еще быстрее. Всерьез считать, что это делается исключительно из любви к природе? Можно, конечно, но для этого нужно обладать крайней степенью наивности.
Рынок энергетических ресурсов с 2014 года стал рынком покупателей – после падения цен приобретать их стало по силам не только странам «золотого миллиарда», но и странам, как раньше было принято говорить, третьего мира. Потенциально это создает шансы для того, чтобы из категории развивающихся страны Африки, Азии стремительно могли перейти в категорию развитых, догнав государства коллективного Запада. И именно по этой причине Европа и ее союзники навязывают этим странам отказ от углеводородной и атомной энергетики, призывая развиваться только за счет ВИЭ-энергетики, из которой «вычеркнули» еще и строительство ГЭС. Каким может быть результат согласия с пресловутой «мировой общественностью»?
Солнечная и ветряная энергетика на языке профессионалов – это прерывистая альтернативная генерация, поскольку ни та, ни другая принципиально не диспетчиризуема. Мы не умеем управлять облачностью, силой и направлением ветра, мы не имеем технологии аккумулирования электроэнергии в промышленных масштабах. Солнечные и ветряные электростанции, не опирающиеся на фундамент традиционной генерации, не дают возможности создавать объединенные энергетические системы, не дают возможности обеспечить надежное снабжение электроэнергией. Следствием такого подхода неизбежно станет отсутствие возможности развивать энергоемкие производства, а именно они обеспечивают базовое развитие любой развивающейся экономики. Нет надежного обеспечения энергией – нет возможности развивать цветную металлургию, нет возможности развивать химическое производство, нет возможности создавать предприятия непрерывного цикла.
Если без «умных слов», то вот самый простой пример: туристы не поедут в города, где по ночам нет электричества, не работает водопровод и канализация. Не поедут – значит, не привезут деньги, не обеспечат сбыт для кафе, ресторанов, не вырастет поток денег в музеях. Не поедут туда, где нет возможности добраться до исторических или природных достопримечательностей иначе чем на гужевом транспорте или при наличии удачной розы ветров и солнечной погоды. Будет идти в Африке развитие исключительно ВИЭ-энергетики – эти страны и дальше будут торговать исключительно полезными ископаемыми, обменивая полученную валюту на товары первой необходимости, продолжать оставаться «развивающимися» до той поры, пока там еще остается население.1
То, что подается как неистовая борьба за экологию и любовь к природе – всего лишь новый, ранее не используемый способ нечестной конкуренции, не более того. Следующий, не менее логичный вывод: противопоставить этому можно только дальнейшее развитие технологий переработки и использования традиционных энергетических ресурсов и максимально широкое их распространение. Поставляя энергетические ресурсы, российские экспортеры должны иметь возможность предлагать услугу в комплексе, как сейчас это делает только Росатом. Если предлагается уголь – нужно уметь предложить и электростанцию с ультрасверхкритическим давлением, и котлы с кипящим слоем, и новейшие системы фильтрации тепловых газов, и технологии, позволяющие экологически безопасно и экономически выгодно перерабатывать золу и шлак.
В настоящее время СПГ используют только 42 страны – недостаточно регазификационных терминалов, нет систем трубопроводов, ведущих от побережья вглубь страны, далеко не во всех регионах мира обустроены подземные хранилища газа, нет электростанций и так далее. Уголь, газ, нефть – конкурентные товары на всех рынках, а на счету Росатома только за последние годы числятся подписанные топливные контракты до конца сроков эксплуатации АЭС «Руппур» в Бангладеш, Белорусской АЭС, АЭС «Аккую» в Турции и Эль-Дабаа в Египте. Сроки эксплуатации АЭС на базе реакторов ВВЭР-1200 – 60 лет, в течение этого времени атомная корпорация имеет гарантированный сбыт своего ядерного топлива, имеет возможность планировать деятельность и развитие своих горнорудного и топливного дивизионов, реализовать долгосрочные логистические схемы. На фоне Росатома наши угольные и газовые компании все еще находятся в зоне риска: в настоящее время только «ГазпромЭнергохолдинг» приступил к реализации своего первого зарубежного проекта строительства электростанции в Сербии, в активе отечественных угольных компаний вообще ничего подобного нет.
Санкции коллективного Запада против России – это не про Украину
Еще сложнее выглядит ситуация с нефтью. Ее доля в мировом энергетическом балансе в 2018 году составила 32%, но в целом ряде стран идет активная работа по замене нефтепродуктов в качестве моторного топлива на сжиженный углеродный газ, на компримированный газ и на СПГ, и этот тренд действительно способен, казалось бы, привести к снижению значимости нефти как энергетического ресурса. Однако прогноз, данный ОПЕК в 2018 году, звучит иначе: по оценкам этой организации, высокий спрос со стороны нефтехимической промышленности и за счет роста автомобилизации развивающихся стран, мировой спрос на нефть к 2040 году вырастет на 14,5 млн баррелей в сутки, до 111,7 млн баррелей. При этом нефть, добытая странами, входящими в ОПЕК, к тому же периоду будет занимать чуть большую долю – вырастет с 34 до 36 процентов. Для того, чтобы нефтедобывающие страны, не входящие в ОПЕК, и Россия в том числе, смогли удержать свои рыночные доли, им предстоит готовиться к дальнейшему росту доли трудноизвлекаемых запасов нефти, в среднем до 25%. Краткий вывод очевиден – в ближайшие 20 лет России предстоит бороться за добычу нефти, осваивая новые технологии добычи.
Другими словами – отрасль по объективным причинам вынуждена будет становиться более наукоемкой, осваивать инновационные и цифровые технологии. В условиях односторонних ограничительных мер со стороны коалиции во главе с США (напомним, что употребление слова «санкции» — умышленная подмена понятий, в соответствии с международным правом решение об использовании санкций имеет право принять только Совет Безопасности ООН), это означает, что создание и освоение технологий добычи трудноизвлекаемых запасов нефти, технологии морской и шельфовой добычи, добычи нефти в Арктике все острее стоит на повестке дня. Если мы окажемся не способны решить обе проблемы – сохранения и даже роста объемов добычи энергетических ресурсов при одновременном создании собственных проектов электростанций нового технологического уровня, ни о каком стабильном развитии России говорить невозможно.
Евросоюз, используя положения Третьего энергопакета, прилагает максимум усилий для того, чтобы рынки энергетических ресурсов оставались рынками покупателей, усилившаяся волатильность мировых цен на нефть и на уголь не дают возможности планировать доходы государственного бюджета России. Вот тут уже слышен подспудный гул голосов:
«А что простым гражданам России от всех этих раскладов, ведь все деньги украдут хищные олигархи, чтобы построить на своих виллах новые яхты и шубохранилища, а мы все со дня на день умрем с голоду, даже ёжиков по карточкам вот-вот перестанут выдавать!».
Ответ арифметически прост: только Роснефть в 2018 году перечислила в виде налогов в бюджет России более 4 трлн рублей, еще 112 млрд рублей компанией было выплачено государству в виде дивидендов, среднесписочная численность персонала компании в 2018 году составила 308 тысяч человек. Если к этим числам добавить аналогичные показатели по остальным нефтяным компаниям, то ответ на эмоциональные слова становится понятен – сохранение и развитие нефтедобывающей отрасли для России важно и необходимо. Собственно говоря, этот факт не зависит от того, как назывался и называется наш государственный строй – социализм или капитализм, да и экспорт сырой нефти начался еще в 60-е годы минувшего века.
Без нефти жить нельзя на свете, нет!
Но все эти размышления достаточно общие, прочный фундамент у них появится только в том случае, если мы продолжим расширять наши знания о самом главном для нашей цивилизации – об энергетических ресурсах. «Импортозамещение» — интересное слово, красиво звучащее, но оперировать им, не понимая смысла – это стиль астрологии и магии, Аналитический онлайн журнал Геоэнергетика.ru такого себе позволить не может по определению. И мы снова упираемся в самый настоящий парадокс: в стране, которая всем миром признана как один из лидеров газового и нефтяного секторов, знаний об этой отрасли у тех, кто не вовлечен в нее непосредственно – минимум. Мы умудряемся называть себя культурными людьми, живя с уверенностью, что электричество берется из розетки, а нефть – из подземных резервуаров, добраться до которых можно энергичным ударом трубы в грунт, после чего оная нефть несколько лет будет из оттуда бить фонтаном и сама по себе идти в любое нужное нам место.
С рассказами об электрической составляющей электростанций, о том, каких трудов и забот стоит появление электроэнергии у конечных потребителей, нам в свое время неоценимую помощь оказал профессионал отрасли, Инженер с большой буквы Дмитрий Таланов, благодаря которому в Библиотеке сайта появился отдельный цикл статей. И вот совсем незадолго перед новым, 2020 годом у нас появился настоящий праздничный сюрприз – помочь познакомиться с нефтедобывающей отраслью вам, уважаемые читатели, согласилась инженер-нефтяник Анжелика Смирнова, выпускница главной в России «кузницы кадров» нефтяной и газовой отрасли – университета им. И. М. Губкина, по специальности «Бурение нефтяных и газовых месторождений».
Черное золото планеты
Все статьи о нефти, появляющиеся в средствах массовой информации, можно разделить на два больших класса – в одних про нефть рассказывают с точки зрения бизнеса, биржевой торговли и геополитики, другие наполнены профессиональными терминами, которые авторы даже не пытаются расшифровывать.
«Котировки WTI снижаются, Brent растет, иранские танкеры скрылись в тумане, в Китай идут поставки из Саудовской Аравии, сланцевая нефть США – в Европу» или нечто вроде «В глубоководной части палеобассейна толщина пластов ачимовских отложений сокращается за счет сокращения алевролитовых прослоев». «Золотая середина» отсутствует, и вот ее поиском я и попробую заняться – рассказать, что же такое добыча нефти на самом деле и постараться научить не бояться используемую в отрасли терминологию. И, да – заранее готовьтесь к тому, что вам придется расстаться с огромным нагромождением всевозможных мифов, сложившихся вокруг нефти. Мифов этих настолько много, что даже их перечисление займет несколько страниц текста, поэтому поштучно я их фиксировать не буду, только совсем уж «выдающиеся». Начнем с «детских» вопросов, ответы на которые будут достаточно «взрослыми».
Что такое нефть? Нефть – полезное ископаемое, горючая жидкость маслянистого цвета, при этом единой химической формулы нефти не существует, она бывает кардинально разной по составу, качеству и даже цвету. На 90% нефть состоит из углеводородов, а в остальных 10% содержит до тысячи различных химических веществ, на цвет нефти влияет процент содержания асфальто-смолистых веществ — чем их больше, тем нефть темнее. Существует даже белая нефть, в которой асфальтенов нет вообще, а содержании смол минимально — она представляет собой конденсат с большим количеством бензина. Но этот пример является исключением из правил, для получения из добытых из-под земли углеводородов товарной нефти требуется ряд сложных технологических мероприятий — объединённых в нефтепереработке.
Как образовалась нефть? Вопрос настолько «детский», что окончательный ответ на него ученые не могут дать до сих пор. Все мировое нефтяное сообщество делится на два негласных лагеря: приверженцев органической и неорганической теории. Суть спора проста — нефть произошла либо от органических останков животных и растений, либо в результате химических процессов неорганических веществ. Каждый геолог или нефтяник выбрал для себя одну из теорий и живет в этой парадигме. Правда, есть еще каста неопределившихся – не отрицающих ни одну из теорий. Этот спор крайне сложно разрешить — никто не может сказать наверняка о процессах, происходящих миллионы лет назад, у обеих теорий есть множество «за» и «против». Как инженер-практик, я отдаю предпочтение органической теории – она позволяет точнее определять места залежей и месторождений. Ученые-геологи могут и дальше продолжать свои споры и диспуты, а нефть нужна каждый день и в приличных количествах.
Где «живет» нефть
«Нефтяные озера под землей» — самый распространенный миф из всех, которые я слышала. Говорят, что под слоями горных пород находится некое озеро из нефти, до которого стоит только добраться и все — фонтан как в мультфильмах и всеобщее ликование. Но на деле все совершенно иначе. Слои горных пород залегают подобно матрацам в сказке «Принцесса на горошине», один тип пород следует за другим. Вот типичный пример залегания горных пород:
Это, конечно сказочная история, но на планете имеются места, где можно невооруженным глазом полюбоваться вот такими «живыми иллюстрациями»:
Ранее образованные горные породы разрушались, или в ходе химических реакций на поверхности выпадал осадок, или продукты выветривания скапливались — в результате всех этих процессов скопление твёрдых частиц осаждалось и при погружении под перекрывающие слои претерпевало существенные преобразования под действием высоких температур и давления. В рамках ознакомительной статьи не будем вдаваться в подробности формирования продуктивных пластов, но стоит упомянуть, что большинство нефтесодержащих пород по происхождению относятся к осадочному типу.
В итоге чаще всего нефтесодержащий пласт представляет собой совокупность обломков, спрессованных под давлением вышележащих толщ — это максимально упрощенно, но для дальнейшего понимания вполне достаточно. Между упомянутыми обломками существует пустотное пространство — нефтяники называют его поровым, а сами пустоты просто порами, и именно в этих порах и может содержаться нефть. Отношение порового пространства к объему породы, выраженное в процентах, характеризует способность горной породы вмещать в себя нефть и газ и называется пористостью, которая, в свою очередь, подразделяется на общую и эффективную. О каждой по порядку. Поры в пласте могут существовать и при этом никак не сообщаться между собой, общая пористость учитывает все поры без исключения. Эффективная пористость учитывает только те поры, по которым гипотетически может происходить движение нефти и газа. Судить о способности пласта пропускать через себя углеводороды по показателю эффективности пористости является большим заблуждением, так как пористость является лишь емкостной характеристикой пласта.
Фильтрацию характеризует совершенно иной параметр — проницаемость. Представим себе образец горной породы, например размером с кирпич, с неким значением эффективной пористости, а теперь мысленно разрезаем его и посмотрим на сечение — площадь всех пор в этом сечении и есть проницаемость, то есть площадь порового пространства, через которое потенциально может происходить фильтрация нефти и газа при перепаде давления. Этот параметр – еще одна характеристика пласта, но тут все намного сложнее, чем с пористостью. На проницаемость влияют не только свойства породы, но и свойства насыщающих ее нефти и газа – к примеру, нефть может быть настолько вязкой, что даже при высокой проницаемости при незначительных перепадах давления «откажется» двигаться по ним. Обычная логика подсказывает, у каких горных пород проницаемость выше, у каких ниже, тут никакой геологической теории не требуется. Хорошо проницаемые породы – песок, песчаники, доломиты, доломитизированные известняки и так далее. Плохо проницаемые породы – глины, глинистые сланцы, песчаники с глинистой цементацией и им подобные.
Мы одолели целых два нефтяных термина, теперь можно ввести третий, который вы наверняка встречали в непрофильных статьях, посвященных нашей отрасли – коллектор. Ничего сложного тут нет: коллектор нефти и газа — это горная порода, которая обладает не только достаточной пористостью для вмещения в себя углеводородов, но и проницаемостью для их фильтрации.
Но для формирования нефтяной залежи недостаточно только коллектора, по своей природе нефть и газ движутся наверх и для их скопления в одном месте необходима порода, которая будет их удерживать. Данную функцию выполняет горная порода, проницаемость которой близка к нулю, она располагается над коллектором и называется покрышкой, довольно красочный термин. Совокупность коллектора, содержащихся в нем нефти и газа, а также покрышки называют ловушкой нефти и газа. Сложно сопоставить с чем-то привычным? В праздничную пору можно позволить себе пример наглядный и широко известный в узких кругах: для того, чтобы в домашних условиях получить самогон, требуется емкость с брагой и очень плотно подогнанная крышка, иначе вам удачи не видать.
Разобравшись с тем, что такое коллектор и какие свойства породы имеют основное значение для нефтяников, стоит поподробнее рассмотреть, в каком, собственно виде, в каком состоянии в поровом пространстве пласта находятся нефть, газ и вода. В природе нефть и газ не могут существовать отдельно друг от друга, в порах они всегда находятся в состоянии своеобразного «компота», который меняет свои свойства в зависимости от давления. Основным показателем в этом случае является давление насыщения – это то давление, ниже которого из нефти начинает выделяться газ. По этой же причине в условиях, когда давление, под которым находятся углеводороды, выше давления насыщения — газ всегда растворен в нефти. И снова праздничный пример: пока бутылка шампанского закрыта, мы видим в ней только жидкость, сорвав проволоку – получаем хлопок из-за напора газа и фонтан над столом с яствами. Вы уже мысленно содрогнулись, представив себе оливье, залитый шампанским? Знали бы вы, как огорчаются нефтяники, получая фонтан нефти из скважины!.. Впрочем, к рассказу об этом ужасе мы еще обязательно вернемся.
Для простоты специалисты не говорят, что в пласте содержится нефть и газ, или только нефть, или только газ — мы называем всю совокупность добываемого продукта, включая пластовую воду, флюидами.
Характеристики пласта в реальной жизни
Я не просто так начала свою первую статью с подробного анализа таких характеристик, как пористость и проницаемость. Их не просто изучают где-то в лаборатории, а они действительно имеют важнейшее значение при анализе объекта разработки и при дальнейшей добыче. В совокупности пористость и проницаемость специалисты называют фильтрационно-емкостными свойствами пласта — сокращенно ФЕС. В отчетах и на конференциях этот термин постоянно фигурирует, например «доля добычи из пластов с низкими ФЕС в этом году составили столько-то процентов от общей добычи». Немного забегая вперед, уточню, что продуктивные пласты с критически низкими ФЕС являются одним из типов так называемых трудноизвлекаемых запасов, тех самых ТрИЗ, которые у всех на слуху в последнее время.
Перейдем непосредственно к цифрам, к тому, по каким параметрам оценивают, насколько высокие или низкие ФЕС у нефтяного пласта. Единица измерения проницаемости названа в честь французского инженера Анри Дарси, который еще в 1856 году экспериментально доказал зависимость фильтрации жидкости через пористую среду от градиента давления. Но не будем углубляться в науку гидравлику, сфокусируемся на том, что имеет непосредственное отношение к добыче нефти. Проницаемость пласта, как уже сказано – это площадь, через которую проходит фильтрация, совершенно логично измерять ее в квадратных метрах. Размеры пор настолько малы, что принятая стандартная единица 1 Дарси равна 0, 000 000 000 001 квадратного метра, одной тысячемиллиардной доле квадратного метра. Здесь стоит отметить, что коллектор с проницаемостью 1 Дарси — это предел мечтаний любого нефтяника, в жизни приходится сталкиваться со значениями в среднем 40 — 80 мД (миллиДарси, на десять в минус третьей), а проницаемость нашумевшей баженовской свиты по разным оценкам варьируется в пределах 0,001 — 0,5 мД.
С пористостью все еще понятнее — она просто обозначается в процентах. В настоящее время неплохими коллекторами считаются песчаники со значением пористости 20-30%, пласты с более высокими значениями видели лишь нефтяники-первооткрыватели в середине прошлого века.
Мы довольно подробно познакомились с самыми основными понятиями, которыми оперируют нефтяники, заодно расставшись с некоторым количеством мифов и сказок. Может быть, что ознакомительная статья показалась немного суховатой, но другого способа подобраться к рассказам о том, что же происходит на нефтяных залежах и месторождениях, чем мы, нефтяники, вообще занимаемся на своих нефтяных приисках, не получится. Базу для новых рассказов мы уже завоевали, дальше будем действовать так, как нас учили – будем углубляться.
Статья подготовлена в соавторстве с Борисом Марцинкевичем
