Лучшие друзья нефтянников (OIL1)
22/09/2012 02:22 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
rattterОригинал взят у ![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
serg70p в Лучшие друзья нефтянников (OIL1)
serg70p в Лучшие друзья нефтянников (OIL1)Оригинал взят уcrustgroupв Лучшие друзья нефтянников (OIL1)
crustgroupв 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 - этобриллианты 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
Это и есть то, что мы называем "традиционными" нефтью и газом.
- Осетрина второй свежести (OIL2)
- crustgroup
- May 22nd, 11:20
При использовании любого ресурса, созданного самой природой, человеку приходится выдумывать для него некое прокрустово ложе стандарта. Всё, что не подходит под высший сорт, объявляется первым сортом, не удовлетворяющее первому - вторым, ну и так далее - ad infinitum.
Как мы поняли в предыдущем посте традиционная нефть и традиционный газ - это своеобразный "золотой стандарт" нефте и газодобычи. Высший сорт. Отборные зёрна, филейная часть, марочное вино хорошей выдержки. Нефть похожа на нефть, газ похож на газ, вмещающая порода согласна беспроблемно, на протяжении долгого промежутка времени, отдавать продукт в ствол скважины - только подливай водичку в нужные точки месторождения, да следи за тем, чтобы пористость и трещинноватось вмещающей породы оставалась на приемлемом уровне.
Безусловно, рано или поздно "высыхает" практически любая скважина, а процесс уменьшения текущего EROEI вообще начинается уже с первого дня работы скважины. В целом по миру процесс отработки всё менее и менее выгодных месторождений по факту привёл к тому, что в 2010 году мировой EROEI для традиционной нефти опустился до значения 18:1, в то время, как на начальном периоде нефтяного бума первой половины ХХ века месторождения нефти эксплуатировались с безумной по нынешним временам отдачей - EROEI тогда достигал 100:1.
Однако даже падение отдачи традиционной нефти до уровня, в пять раз меньшего, чем в начале эксплуатации этого ресурса - это только жалкое начало того процесса падения энергетической эффективности и увеличения затрачиваемых усилий, который предстоит человечеству в ближайшем будущем.
Засим, прошу проследовать к столу. Осетрина второй свежести уже готова...
Вначале стоит разобраться с самой нефтью. На самом деле нефть - это никакое ни химическое вещество, а скорее - целый коктейль различных веществ. В ней есть вещества вредные, есть вещества бесполезные, а есть вещества очень даже востребованные.
Кроме того, полезные вещества нефти - углеводороды, из которых она состоит на 79-88%, по отдельности гораздо востребованнее в экономике, чем необработанная, сырая нефть. Поэтому после добычи нефть разделяют по фракциям углеводородов, изначально содержащихся в ней, и продают их отдельно. Коллективная Золушка нефтепереработки денно и нощно путём возгонки и крекинга нефти отделяет мух от котлет, зёрна от плевел и волков от агнцов.
Вот они, альфа и омега индустриальной нефтяной экономики:
Наиболее ценны так называемые "лёгкие" продукты перегонки нефти - весь верхний ряд - от нефтяного газа до соляра. Кроме того, ценность фракции нефти растёт (в общем случае) в верхнем ряду справа налево - соляр дешевле газойля, газойль дешевле бензина, бензин дешевле эфира и т.д. Особняком стоит лишь нефтяной газ (вот и подоспела наша первая осетринка...), который продаётся в целом дешевле жидких фракций. Иногда его вообще не заморачиваются утилизировать, а сжигают прямо на месторождениях:
Выглядит, конечно, красиво, но пользы никакой не приносит.
Почему же нефтяной газ не используется для получения чего-нибудь путного? Ответ прост - его качество часто и густо гораздо хуже того газа, который предлагает нам для продажи наш любимый "Газпром". В попутном нефтяном газе полно всяких вредных примесей - что насочилось в ствол, то и качаем наверх. Сероводород, азот, углекислый газ. Кроме того, количества нефтяного газа, получаемые от нефтяной скважины, обычно в разы меньше, чем количества природного газа, поступающие из скважин, изначально "заточеных" именно на газ. Поэтому не всегда раньше, на высоких значениях EROEI (и, как следствие, при низких ценах на газ и нефть) получалось экономически выгодно дотянуть трубу до каждой нефтяной вышки, выбрасывающей факел такого газа.
В России проблема нефтяного газа отягощается тем, что часто нефтяные месторождения расположены в столь отдалённых Мухосрансках, что транспортировать куда-либо попутный нефтяной газ с них просто смерти подобно - на его доставку потребителям будет затрачено больше энергии, чем содержится в нём самом. Впрочем, проблема нефтяного газа остро стояла и стоит не только у нас, а во всём мире. В английском языке он, собственно говоря, и называется flare gas, что, в общем-то, символизирует.
В последнее время, на фоне роста цен на минеральное топливо попутному нефтяному газу всё же нашли достойное применение. Любой нефтяной промысел остро нуждается в электроэнергии для запитки различного промышленного оборудования. В России, как мы помним, эта проблема отягощается расположением промысла где-то в никому не известном Скотопригоньевске. Поэтому нефтянники наловчились утилизировать нефтяной газ прямо на промысле, используя его, как топливо для производства электроэнергии с помощью всяких новомодных штучек типа газопоршневых установок или газовых микротурбин. Собственно говоря, именно отсюда растут ноги у 10% попутного нефтяного газа в газовом балансе современных США. Именно этому начинанию американских коллег нашим российским и украинским нефтянникам надо учиться "настоящим образом". Нечего сосать электричество из общих сетей, чай и сами не пальцем деланые.
Поскольку нефтяной газ, по сути дела, поступает из недр вместе с нефтью, то его EROEI соответствует EROEI самого месторождения. И будет падать вместе с истощением источников традиционной нефти. Закончится традиционная нефть - уйдёт в небытиё и нефтяной газ. Ну, разве что, кто-то счастливый сможет запитать свою бытовую конфорку от расположеной поблизости старой нефтяной вышки - ведь остатки попутного нефтяного газа ещё долго выходят даже из заброшенных скважин.
Вдобавок к "осетринке" нефтяного газа в традиционной нефти, на другом конце спектра углеводородных молекул, содержится столь же трудная к утилизации фракция - мазут и гудрон. И, если в нефтяном газе, к неудовольствию нефтянников, собираются все бесполезные и вредные газы, то в мазуте и гудроне собирается всё, что есть бесполезного и вредного в самой нефти - сера, карбиды и даже зола. Самые тяжёлые фракции нефти практически нереально поджечь, даже нагрев их до высоких температур, поэтому их ценность как топлива - минимальна. В силу этого основные количества гудрона сейчас используются для дорожного строительства - это известный всем битум, который мы часто видим на дорогах нашей страны или на своих автомобилях:
Много битума - плохо и на дороге, и в нефти.
Нефть из разных мирвых месторождений содержит разное количество тяжёлых фракций. Чем меньше тяжёлых фракций в нефти, тем она дороже - большее удельное количество лёгких фракций всегда можно дороже продать. Эта особенность рынка нефти, кстати, и определяет многие разночтения в оценках мирового производства, торговли и потребления нефти.
Желающие оценить масштабы "святой войны" на тему "сколько же баррелей таки в тонне нефти" могут последовать вот сюда:
http://neft.tatcenter.ru/market/15682.htm#7
Мнений много, производитель обычно хочет считать больше баррелей нефти в своей тонне, покупатель - меньше, Саудовская Аравия спорит по этому вопросу с ВР, а российские экспортёры - с правительством России, но для нас же важно, что большая часть традиционной нефти имеет вес, соответсвующий 7-8 баррелям в метрической тонне - или плотностям, соответсвенно в пределах 780-900 кг/м3 для тех, кто как я, был в детстве испорчен использованием системы СИ для построения научной картины мира.
Мазут и гудрон, содержащийся в традиционной нефти, важен для понимания того, что из себя представляет так называемая "тяжёлая" нефть. Для тяжёлой нефти характерно высокое содержание этих фракций и, как следствие, её плотность выше, чем у традиционной нефти.
Долгое время понятие "тяжёлой" нефти было размытым. Было понятно, что надо где-то провести грань между обычной и необычной нефтью, между "лёгкой" и "тяжёлой". Но тут опять-таки было много политики и экономики, но мало здравого смысла и математики.
В итоге, лишь в 1987 году на XII Мировом нефтяном конгрессе в городе Хьюстон была принята общая схема классификации нефтей и природных битумов, мировой консенсус был найден и нефть всё же была поделена по следующим группам:- легкие нефти — с плотностью менее 870,3 кг/м3;
- средние нефти — 870,3–920,0 кг/м3;
- тяжелые нефти — 920,0–1000 кг/м3;
- сверхтяжелые нефти — более 1000 кг/м3 при вязкости менее 10 000 мПа•с;
- природные битумы — более 1000 кг/м3 при вязкости свыше 10 000 мПа•с.
Они могут литься сами по себе...
...они могут карабкаться вверх по штырю...
...их можно бить кулаком и, самое главное, из них можно лепить прикольные шарики! ;)
Вот такие вот самобытные жидкости могут попасться нам в глубинах нашей планеты.А сейчас мы с этой хренью постараемся взлететь. И это всё нефтянники пытаются поднять наверх своими усилиями...
(продолжение следует)
