В поисках энергии. Альтернативные источники углеводородов

В настоящее время потребление нефти таково, что никакой альтернативный ей источник энергии не может заменить собой потребности в нефти. При этом запасы традиционной легкодоступной нефти неуклонно снижаются. Новых открытий крупных месторождений нефти не было с 70-х годов прошлого века, несмотря на все старания нефтяных компаний.

Возобновляемые источники энергии, такие как энергия Солнца или энергия ветра не оправдывают ожиданий своих последователей. Слишком уж дорого обходится их внедрение, да и эффективность их применения вызывает много вопросов. Как показывает практика, возможности этих ресурсов (технологий) по выработке энергии довольно ограничены. Несмотря на отдельные довольно-таки успешные примеры внедрения альтернативной (возобновляемой) энергетики, ее широкомасштабное использование малоперспективно.

Атомная промышленность самостоятельно также не может покрыть необходимые потребности. Максимум на что может хватить запасов урана при текущих технологиях – это 10 лет. К тому же в обществе после недавних событий на Фукусиме укрепилось негативное отношение к этому виду энергии. Никто не хочет иметь у себя в огороде такой потенциально опасный объект как АЭС.

Чтобы удовлетворить непрерывно растущие потребности общества в энергии, нефтедобывающая отрасль все больше переключает свое внимание на дорогостоящие нетрадиционные и труднодоступные источники углеводородов.

К таким источникам относятся:

  • Нефтяные пески Канады;
  • Тяжелая/высоковязкая/битумная нефть других регионов мира;
  • Сланцевая нефть;
  • Технологии, основанные на процессе Фишера-Тропша:
    • газ-в-жидкость / gas-to-liquids (GTL);
    • уголь-в-жидкость / coal-to-liquids (CTL);
    • биомасса-в-жидкость / biomass to liquids (BTL);
  • Добыча нефти на глубоководном шельфе и шельфе арктических морей

Общая характерная черта всех этих источников углеводородов – высокая себестоимость конечной продукции. Но это относительно небольшая плата за то, чтобы получить привычную и подходящую для современной инфраструктуры форму энергии (жидкие углеводороды).

Краткий обзор нетрадиционных источников углеводородов

Нефтяные пески успешно разрабатывают в Канаде c 60-х годов прошлого века. Сегодня примерно половина нефти добываемой в этой стране приходиться на нефтяные пески. Под нефтяным песком, на самом деле, подразумевается смесь песка, воды, глины, тяжелой нефти и природного битума. Выделяют три нефтяных региона в Канаде со значительными запасами тяжелой нефти и природного битума. Это Athabasca, о котором многие наверняка слышали, Peace River и Cold Lake. Все они находятся в провинции Альберта.

Для добычи нефти из нефтяных песков применяют два принципиально различных метода:

1) Открытым карьерным способом и 2) Непосредственно из пласта.

Карьерный способ добычи подходит для неглубоких залежей (глубиной до 75 м) и залежей, выходящих на поверхность. Примечательно, что в Канаде все залежи подходящие для карьерного способа добычи, расположены в районе Athabasca.

Карьерный способ добычи подразумевает, что нефтяной песок, попросту говоря, грузиться на самосвалы и перевозится на установку переработки, где его промывают горячей водой и таким образом отделяют нефть от всего прочего материала. Требуется добыть примерно 2 тонны нефтяного песка, чтобы получить 1 баррель нефти. Если это кажется вам довольно трудозатратным способом получить 1 баррель нефти, то вы правы. Зато коэффициент нефтеотдачи при этом способе добычи очень высок и составляет 75%-95%.

Добыча нефти из нефтяных песков

Рис. 1 Карьерный способ добычи нефтяного песка

Для извлечения тяжелой нефти непосредственно из пласта используют, как правило, тепловые способы добычи, такие как парогравитационное воздействие. Существуют также и «холодные» методы добычи, предполагающие закачку в пласт растворителей (например, метод VAPEX или технология N-Solv). Способы добычи тяжелой нефти непосредственно из пласта менее эффективны в плане нефтеотдачи по сравнению с карьерным способом. В то же время эти способы имеют некоторый потенциал к снижению себестоимости получаемой нефти за счет совершенствования технологий ее добычи.

Тяжелая/высоковязкая/битумная нефть привлекает все большее внимание нефтяной промышленности. Поскольку основные «сливки» в мировой нефтедобыче уже сняты, нефтяные компании просто вынуждены переключаться на менее привлекательные месторождения тяжелой нефти.

Именно в тяжелой нефти сосредоточены основные мировые запасы углеводородов. Вслед за Канадой, поставившей на свой баланс запасы тяжелой/битумной нефти, то же самое сделала и Венесуэла, имеющая огромные запасы этой нефти в поясе реки Ориноко. Этот «маневр» вывел Венесуэлу на первое место в мире по запасам нефти. Значительные запасы тяжелой нефти есть и в России, а также во многих других нефтедобывающих странах.

Огромные запасы тяжелой нефти и природных битумов требуют разработки инновационных технологий добычи, транспорта и переработки сырья. В настоящее время операционные затраты по добыче тяжелой нефти и природных битумов могут в 3-4 раза превосходить затраты на добычу легкой нефти. Переработка тяжелой высоковязкой нефти также более энергоемка и, как следствие, во многих случаях низкорентабельна и даже убыточна.

В России различные способы добычи тяжелой нефти испытывались на хорошо известном Ярегском месторождении высоковязкой нефти расположенном в Республике Коми. Продуктивный пласт этого месторождения, залегающий на глубине ~200 м, содержит нефть плотностью 933 кг/м3 и вязкостью 12000-16000 мПа·с. В настоящее время на месторождении осуществляется термошахтный способ добычи, зарекомендовавший себя как достаточно эффективный и экономически оправданный.

На Ашальчинском месторождении сверхвязкой нефти, расположенном в Татарстане, реализуется проект по опытно-промышленному испытанию технологии парогравитационного воздействия. Эта технология, правда без особого успеха, испытывалась также на Мордово-Кармальском месторождении.

Результаты разработки месторождений тяжелой высоковязкой нефти в России пока не внушают особого оптимизма. Требуется дальнейшее совершенствование технологий и оборудования для повышения эффективности добычи. В то же время потенциал к снижению себестоимости добычи тяжелой нефти есть, и многие компании готовы принимать в ее добыче активное участие.

Сланцевая нефть - «модная» тема в последнее время. Сегодня целый ряд стран проявляют повышенный интерес к добыче сланцевой нефти. В США, где добыча сланцевой нефти уже идет, с ней связывают значительные надежды по снижению зависимости от импорта этого вида энергоресурса. В последние годы основной прирост добычи американской сырой нефти происходит преимущественно за счет сланцевых месторождений Bakken в Северной Дакоте и Eagle Ford в Техасе.

Развитие добычи сланцевой нефти – прямое следствие той «революции», которая случилась в США в добыче сланцевого газа. Поскольку цены на газ обвалились в результате резкого роста объемов его добычи, компании стали переключаться с добычи газа на добычу сланцевой нефти. Тем более что технологии их добычи ничем особенным не отличаются. Для этого, как известно, бурят горизонтальные скважины с последующими множественными гидроразрывами нефтесодержащих пород. Постольку поскольку дебит таких скважин очень быстро падает, для поддержания объемов добычи требуется бурить значительное количество скважин по очень плотной сетке. Поэтому затраты на добычу сланцевой нефти неизбежно оказываются выше, чем затраты на добычу нефти традиционных месторождений.

Пока цены на нефть высоки проекты по добыче сланцевой нефти, несмотря на высокие издержки, остаются привлекательными. За пределами США наиболее перспективными считаются залежи сланцевой нефти Vaca Muerta в Аргентине и Баженовская свита в России.

Процесс Фишера-Тропша был разработан в 20-х годах прошлого века немецкими учеными Францем Фишером и Гансом Тропшем. Заключается он в искусственном соединении водорода с углеродом при определенной температуре и давлении в присутствии катализаторов. Получаемая таким образом смесь углеводородов сильно напоминает нефть и обычно называется синтез-нефть.

Процесс производства синтетического топлива

Рис. 2 Производство синтетического топлива на основе процесса Фишера-Тропша

CTL (Coal-to-liquids) - суть технологии состоит в том, что уголь без доступа воздуха и при высокой температуре разлагается на угарный газ и водород. Далее в присутствии катализатора из этих двух газов синтезируется смесь различных углеводородов. Затем эта синтезированная нефть также как и обычная проходит разделение на фракции и дальнейшую переработку. В качестве катализаторов используется железо или кобальт.

Во время Второй Мировой войны немецкая промышленность активно использовала технологию Coal-to-liquids для получения синтетического топлива. Но поскольку процесс этот экономически нерентабелен и к тому же экологически вреден, то после окончания войны выработка синтетического топлива сошла на нет. Немецкий опыт впоследствии был использован всего дважды - один завод был построен в ЮАР и еще один в Тринидаде.

GTL (Gas-to-liquids) - процесс производства жидких синтетических углеводородов из газа (природного газа, попутного нефтяного газа). Cинтез-нефть, получаемая в результате GTL процесса, не уступает, а по отдельным характеристикам превосходит высококачественную легкую нефть. Многие мировые производители используют синтез-нефть для улучшения характеристик тяжелой нефти, путем их смешивания.

Несмотря на то, что интерес к технологиям преобразования сначала угля, потом газа в синтетические нефтепродукты не угасает с начала 20 века, в настоящее время в мире функционирует всего четыре крупнотоннажных GTL завода - Mossel Bay (ЮАР), Bintulu (Малайзия), Oryx (Катар) и Pearl (Катар).

BTL (Biomass-to-liquids) - суть технологии та же что и уголь-в-жидкость. Единственное существенное отличие в том, что исходным материалом является не уголь, а растительный материал. Масштабное использование этой технологии затруднено в связи с отсутствием значительного количества исходного материала.

Недостатками проектов по производству синтетических углеводородов на основе процесса Фишера-Тропша являются: высокая капиталоемкость проектов, значительные выбросы углекислого газа, высокое потребление воды. В результате проекты либо совсем не окупаются, либо находятся на грани рентабельности. Интерес к таким проектам повышается в периоды высоких цен на нефть и быстро угасает при снижении цен.

Добыча нефти на глубоководном шельфе требует от компаний высоких капитальных затрат, владения соответствующими технологиями и несет с собой повышенные риски для компании-оператора. Вспомнить хотя бы последнюю аварию на Deepwater Horizon в Мексиканском заливе. Компании BP только чудом удалось избежать банкротства. Чтобы покрыть все затраты и сопутствующие выплаты, компании пришлось продать чуть ли не половину своих активов. Ликвидация аварии и ее последствий, а также компенсационные выплаты обошлись BP в кругленькую сумму порядка 30 млрд. долларов.

Не каждая компания готова брать на себя такие риски. Поэтому проекты добычи нефти на глубоководном шельфе осуществляются, как правило, консорциумом компаний.

Шельфовые проекты успешно осуществляются в Мексиканском заливе, Северном море, на шельфе Норвегии, Бразилии и других стран. В России основные надежды связывают с шельфом арктических и дальневосточных морей.

Шельф арктических морей хотя и малоизучен, но обладает значительным потенциалом. Существующие геологические данные позволяют прогнозировать значительные запасы углеводородов в этом районе. Но и риски велики. Практикам нефтедобычи хорошо известно, что окончательный вердикт по наличию (или отсутствию) коммерческих запасов нефти можно вынести только по результатам бурения скважин. А их в Арктике пока что практически нет. Метод аналогий, который применяют в таких случаях для оценки запасов региона, может дать неверное представление о реальных запасах. Не каждая перспективная геологическая структура содержит нефть. Тем не менее, шансы обнаружить крупные месторождения нефти оцениваются экспертами как высокие.

К поиску и разработке залежей нефти в Арктике предъявляются чрезвычайно высокие требования по обеспечению охраны окружающей среды. Дополнительными препятствиями являются суровый климат, удаленность от существующей инфраструктуры и необходимость учета ледовой обстановки.

И в заключение еще несколько соображений

Все перечисленные источники углеводородов и способы их добычи не новы, они достаточно давно известны. Все они в той или иной степени уже задействованы нефтяной промышленностью. Сдерживает их развитие уже упомянутая высокая себестоимость конечной продукции и такой интересный показатель как EROI.

EROI (возврат энергии на инвестиции) – это отношение количества энергии, содержащейся в энергоносителе к энергии, затраченной на получение этого энергоносителя. Другими словами - это отношение энергии, которая содержит в себе полученная нефть к энергии, потраченной на бурение, добычу, транспортировку, переработку, хранение и доставку потребителю этой нефти.

 

Если обычная легкая нефть в настоящее время имеет EROI порядка 15:1, то у нефти, получаемой из нефтяного песка, EROI примерно 5:1, а у сланцевой нефти примерно 2:1.

Процесс постепенного замещения легкой нефти на более дорогостоящие источники углеводородов уже идет, а усредненный показатель EROI неуклонно движется к паритетному значению 1:1. И вполне вероятно, что в будущем этот показатель будет не в нашу пользу. Если до сих пор энергия нам доставалась можно сказать бесплатно, то в не таком уж далеком будущем нам, вероятно, придется платить за то, чтобы получить энергию в привычной и удобной жидкой форме, подходящей для наших технологий и существующей инфраструктуры.

 

 

 

 

Читайте также:

Есть ли альтернатива нефти? Можно ли ее чем-нибудь заменить?

Как инновации меняют нашу жизнь. От лошади к лошадиной силе

Горючие сланцы и сланцевая нефть. Новая жизнь старых запасов?

The Quest Дэниела Ергина