Лучшие друзья нефтянников (OIL1)
Практически любой разговор о "пике нефти", в тот момент, когда оба собеседника, при должной степени адекватности, понимают, что стакан таки "наполовину пуст", выходит на обсуждение альтернатив, призванных заменить добычу традиционной нефти.
При этом, к сожалению, большинство говорящих об альтернативах в нефте и газодобыче, обычно слабо себе представляют физические, химические и геологические свойства тех веществ и пород, которые предполагаются, как замена традиционной нефти. Да что там говорить, даже сами понятия "традиционной нефти" и "традиционного газа" в сознании обывателя недалеко ушли от вот такой замечательной картинки, которая как-то попалась мне на просторах сети:
Условно говоря - есть у нас вмещающая порода, в которой плещется подземное озеро нефти или у нас есть пещера, заполненная газом, в которую только стоит воткнуть соломинку скважины - и вуаля - процесс пошёл.
На самом деле никаких подземных озёр чистой нефти и газа нигде в мире нет. Есть так называемые "вмещающие породы", которые, как губка, пропитаны нефтью или газом - или и тем, и другим одновременно, из которых с той или иной степенью эффективности можно получать нефть.
Выглядят такие породы достаточно невзрачно - камни, как камни. Вот, например, два любимца нефтянников и газовиков всего мира - песчаник и известняк:
Песчаник
Известняк
Единственное, что делает эти породы уникальными объектами для организации нефте и газодобычи - это их высокая пористость, которая позволяет газу и нефти, за счёт собственного, внутреннего давления в пласте, по разветвлённой сети трещин практически самотёком поступать в ствол скважины. При этом площадь отбора полезного продукта (нефти или газа) скважины в трещинноватом, пористом песчанике или известняке максимальна и ситуация, когда скважина работает десятилетиями, весьма обычна - поступающий полезный продукт, несмотря на то, что выносит в скважину куски обломков вмещающей породы, не может полностью перекрыть ими сеть пор и трещин.
При этом важно понять главное достижение нефтянников и газовиков - Нефть и газ никто не качает!
На идеальном месторождении нефть и газ идут из-под земли сами, без посторонней помощи, за счёт собственного давления пласта. Все нефтяные "качалки", которые вы видите в кино и на фотографиях, лишь обеспечивают подачу очередной порции нефти в бочку, осуществляя только подъём её по стволу скважины.
При этом падение добычи (дебета) скважины обычно связано с тем, что пластовое давление, в том числе, создаётся и самой нефтью или газом, расположенным в порах вмещающей породы. При отборе продукта пластовое давление неизбежно начинает падать, и поступление полезного продукта в ствол скважины уменьшается. В итоге, в тот момент, когда внутреннее давление пласта не может само поднять столб нефти или газа в стволе скважины - скважина "высыхает", то есть перестаёт давать нефть или газ.
С "высыханием" скважин пытаются бороться многими способами. Наиболее известными и применяемыми на практике технологиями являются искусственное повышение давления в пласте, горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта.
Для повышения давления в пласте вместо добытой нефти приходится закачивать в пласт что-то взамен. Обычно для этого используется обыкновенная пресная вода. Морская вода не всегда подходит для закачки в пласт, так как имеет неприятную особенность забивать насосы и ствол скважины отложениями минеральных солей, а бурение, да ещё и на большую глубину - это процесс затратный и небыстрый.
Поэтому для закачки воды в пласт обычно используют пресную воду. Вода не смешивается с нефтью и слабо растворяет в себе газ, поэтому принципиально, если даже часть закачанной воды попадёт в отбор нефтяной или газовой вышки, её потом можно отделить от добытого продукта более-менее простыми способами.
В чём недостатки такой технологии?
1. Воду таки надо закачивать в пласт! Поэтому, в какой-то момент времени, и нефть, и газ становятся насыщенными водой и EROEI меторождения падает - вместо 100% нефти вышка качает наверх нечто, содержащее 90% воды и только 10% нефти. Вот типичная картинка. Это Фёдоровское месторождение России - "младшая сестра" Саматлора:
2. Воду приходится закачивать в пласт, затрачивая на это немалое количество энергии. Это тоже дополнительно снижает EROEI месторождения.
3. Воду надо откуда-то брать. Если для болотистой Тюменской области пресная вода не является большой проблемой, то в пустынях Аравийского полуострова вода иногда бывает дороже самой нефти.
Горизонтальное бурение - это попытка по-другому воздействовать на поступление нефти и газа в ствол скважины. Если принципиально уже нельзя поднять давление в пласте, то можно постараться увеличить площадь соприкосновения ствола со вмещающей породой.
Вот на этой картинке видно, что принципиально даёт горизонтальное бурение. А - горизонтальная скважина, В - вертикальная скважина.
При прочих равных горизонтальные скважины обеспечивают больший объём поступления продукта, но у них тоже есть свои ограничения по применению.
1. Пласт нефти или газа не всегда лежит горизонтально. Например, на нижеприложенной картинке горизонтальное бурение для пласта А будет гораздо менее выгодно, нежели для пласта В.
2. Горизонтальное бурение в целом гораздо более затратная вещь, чем бурение вертикальное или наклонное - управляемо "загнуть" ствол скважины вдоль пласта - удовольствие не из дешёвых. С ростом глубины залегания залежи проблемы и стоимости такого решения растут по экспоненте.
3. Рано или поздно полезная площадь месторождения будет исчерпана даже для горизонтального бурения - условно говоря - для макарон в кастрюле просто закончится место и воды для их эффективной варки не хватит.
4. Горизонтальное бурение никак не повышает собственное давление пласта - то есть, если вода в кастрюле уже выкипела (нефть из породы ушла и давление пласта упало) - то, сколько в кастрюлю дополнительных макарон не засовывай, толку уже от них не будет - нефть в стволы поступать перестанет. Ей и в породе хорошо...
Гидроразрыв пласта. По-английски его называютс fracturing или, на сленге нефтянников - "fracking"
Выглядит (упрощённо) это вот так:
Схема гидроразрыва пласта
В ствол скважины помещается нечто, что может своим собственным давлением разорвать пласт и обеспечить его дополнительную трещинноватость. Опять таки, что важно - сам по себе гидроразрыв давление в пласте не повышает, он лишь способствует тому, что нефть или газ начинают поступать в ствол из большего объёма пласта.
Исторически для разрыва пласта применяли несколько вариантов. Пласт можно крошить газом под давлением (т.н. gas gun), можно применять обычные взрывчатые вещества, можно, если очень хочется, крошить пласт и тактическими ядерными зарядами (этим в своё время переболел СССР). Сейчас практически все разрывы пласта осуществляются водой, смешанной со специальными химическими веществами и песком.
Вода и химия при этом, за счёт внешнего давления и химических реакций "раздвигают" поры и трещины породы, а песок не даёт им закрыться.
Недостатки гидроразрыва похожи на недостатки предыдущих методов. Опять-таки надо решать вопрос с пресной водой, надо тратить дополнительно средства и энергию на проведение гидроразрыва, вода вместе с химикатами попадает в пласт и обратно - в ствол скважины. Кроме этого, добавляется экологический момент - химия гидроразрыва отнюдь не целебна для человека и её попадание в грунтовые воды может быть фатальным для артезианских источников воды на территории.
Поэтому, резюмируя вышесказанное - лучшие друзья нефтянников - это бриллианты пористые, трещинноватые вмещающие породы с максимально возможным, длительно не падающим при добыче продукта, давлением в пласте.
Это и есть то, что мы называем "традиционными" нефтью и газом.
При этом, к сожалению, большинство говорящих об альтернативах в нефте и газодобыче, обычно слабо себе представляют физические, химические и геологические свойства тех веществ и пород, которые предполагаются, как замена традиционной нефти. Да что там говорить, даже сами понятия "традиционной нефти" и "традиционного газа" в сознании обывателя недалеко ушли от вот такой замечательной картинки, которая как-то попалась мне на просторах сети:
Условно говоря - есть у нас вмещающая порода, в которой плещется подземное озеро нефти или у нас есть пещера, заполненная газом, в которую только стоит воткнуть соломинку скважины - и вуаля - процесс пошёл.
На самом деле никаких подземных озёр чистой нефти и газа нигде в мире нет. Есть так называемые "вмещающие породы", которые, как губка, пропитаны нефтью или газом - или и тем, и другим одновременно, из которых с той или иной степенью эффективности можно получать нефть.
Выглядят такие породы достаточно невзрачно - камни, как камни. Вот, например, два любимца нефтянников и газовиков всего мира - песчаник и известняк:
Песчаник
Известняк
Единственное, что делает эти породы уникальными объектами для организации нефте и газодобычи - это их высокая пористость, которая позволяет газу и нефти, за счёт собственного, внутреннего давления в пласте, по разветвлённой сети трещин практически самотёком поступать в ствол скважины. При этом площадь отбора полезного продукта (нефти или газа) скважины в трещинноватом, пористом песчанике или известняке максимальна и ситуация, когда скважина работает десятилетиями, весьма обычна - поступающий полезный продукт, несмотря на то, что выносит в скважину куски обломков вмещающей породы, не может полностью перекрыть ими сеть пор и трещин.
При этом важно понять главное достижение нефтянников и газовиков - Нефть и газ никто не качает!
На идеальном месторождении нефть и газ идут из-под земли сами, без посторонней помощи, за счёт собственного давления пласта. Все нефтяные "качалки", которые вы видите в кино и на фотографиях, лишь обеспечивают подачу очередной порции нефти в бочку, осуществляя только подъём её по стволу скважины.
При этом падение добычи (дебета) скважины обычно связано с тем, что пластовое давление, в том числе, создаётся и самой нефтью или газом, расположенным в порах вмещающей породы. При отборе продукта пластовое давление неизбежно начинает падать, и поступление полезного продукта в ствол скважины уменьшается. В итоге, в тот момент, когда внутреннее давление пласта не может само поднять столб нефти или газа в стволе скважины - скважина "высыхает", то есть перестаёт давать нефть или газ.
С "высыханием" скважин пытаются бороться многими способами. Наиболее известными и применяемыми на практике технологиями являются искусственное повышение давления в пласте, горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта.
Для повышения давления в пласте вместо добытой нефти приходится закачивать в пласт что-то взамен. Обычно для этого используется обыкновенная пресная вода. Морская вода не всегда подходит для закачки в пласт, так как имеет неприятную особенность забивать насосы и ствол скважины отложениями минеральных солей, а бурение, да ещё и на большую глубину - это процесс затратный и небыстрый.
Поэтому для закачки воды в пласт обычно используют пресную воду. Вода не смешивается с нефтью и слабо растворяет в себе газ, поэтому принципиально, если даже часть закачанной воды попадёт в отбор нефтяной или газовой вышки, её потом можно отделить от добытого продукта более-менее простыми способами.
В чём недостатки такой технологии?
1. Воду таки надо закачивать в пласт! Поэтому, в какой-то момент времени, и нефть, и газ становятся насыщенными водой и EROEI меторождения падает - вместо 100% нефти вышка качает наверх нечто, содержащее 90% воды и только 10% нефти. Вот типичная картинка. Это Фёдоровское месторождение России - "младшая сестра" Саматлора:
2. Воду приходится закачивать в пласт, затрачивая на это немалое количество энергии. Это тоже дополнительно снижает EROEI месторождения.
3. Воду надо откуда-то брать. Если для болотистой Тюменской области пресная вода не является большой проблемой, то в пустынях Аравийского полуострова вода иногда бывает дороже самой нефти.
Горизонтальное бурение - это попытка по-другому воздействовать на поступление нефти и газа в ствол скважины. Если принципиально уже нельзя поднять давление в пласте, то можно постараться увеличить площадь соприкосновения ствола со вмещающей породой.
Вот на этой картинке видно, что принципиально даёт горизонтальное бурение. А - горизонтальная скважина, В - вертикальная скважина.
При прочих равных горизонтальные скважины обеспечивают больший объём поступления продукта, но у них тоже есть свои ограничения по применению.
1. Пласт нефти или газа не всегда лежит горизонтально. Например, на нижеприложенной картинке горизонтальное бурение для пласта А будет гораздо менее выгодно, нежели для пласта В.
2. Горизонтальное бурение в целом гораздо более затратная вещь, чем бурение вертикальное или наклонное - управляемо "загнуть" ствол скважины вдоль пласта - удовольствие не из дешёвых. С ростом глубины залегания залежи проблемы и стоимости такого решения растут по экспоненте.
3. Рано или поздно полезная площадь месторождения будет исчерпана даже для горизонтального бурения - условно говоря - для макарон в кастрюле просто закончится место и воды для их эффективной варки не хватит.
4. Горизонтальное бурение никак не повышает собственное давление пласта - то есть, если вода в кастрюле уже выкипела (нефть из породы ушла и давление пласта упало) - то, сколько в кастрюлю дополнительных макарон не засовывай, толку уже от них не будет - нефть в стволы поступать перестанет. Ей и в породе хорошо...
Гидроразрыв пласта. По-английски его называютс fracturing или, на сленге нефтянников - "fracking"
Выглядит (упрощённо) это вот так:
Схема гидроразрыва пласта
В ствол скважины помещается нечто, что может своим собственным давлением разорвать пласт и обеспечить его дополнительную трещинноватость. Опять таки, что важно - сам по себе гидроразрыв давление в пласте не повышает, он лишь способствует тому, что нефть или газ начинают поступать в ствол из большего объёма пласта.
Исторически для разрыва пласта применяли несколько вариантов. Пласт можно крошить газом под давлением (т.н. gas gun), можно применять обычные взрывчатые вещества, можно, если очень хочется, крошить пласт и тактическими ядерными зарядами (этим в своё время переболел СССР). Сейчас практически все разрывы пласта осуществляются водой, смешанной со специальными химическими веществами и песком.
Вода и химия при этом, за счёт внешнего давления и химических реакций "раздвигают" поры и трещины породы, а песок не даёт им закрыться.
Недостатки гидроразрыва похожи на недостатки предыдущих методов. Опять-таки надо решать вопрос с пресной водой, надо тратить дополнительно средства и энергию на проведение гидроразрыва, вода вместе с химикатами попадает в пласт и обратно - в ствол скважины. Кроме этого, добавляется экологический момент - химия гидроразрыва отнюдь не целебна для человека и её попадание в грунтовые воды может быть фатальным для артезианских источников воды на территории.
Поэтому, резюмируя вышесказанное - лучшие друзья нефтянников - это бриллианты пористые, трещинноватые вмещающие породы с максимально возможным, длительно не падающим при добыче продукта, давлением в пласте.
Это и есть то, что мы называем "традиционными" нефтью и газом.