Нечерное золото: что не так с нашими знаниями об ископаемых ресурсах

Можно долго рассуждать, что такое нефть в истории человечества – великое благо или проклятье. Однозначного ответа на этот вопрос точно нет, и эту дискуссию мы начинать не будем. Сегодня мы поговорим о самых популярных стереотипах о нефти и попробуем разобраться, почему в действительности все иначе, чем многие привыкли думать.

Данную статью можно прослушать в формате подкаста.

Стереотип № 1. Нефть скоро станет не нужна?

Последние 20 лет только и слышно, что нефть и нефтепродукты «совсем скоро» будут вытеснены новыми энергоносителями — от «зеленой» электроэнергии и биомассы до водорода. Сбываются ли эти прогнозы?

Пока потребление нефти как топлива все время растет. Не считая, конечно, 2020 год, когда люди практически перестали путешествовать. Но мы все-таки надеемся, что эта ситуация – временная.

В 1980-х объем потребления нефти составлял 60 миллионов баррелей в день, в 2004 году — 70 миллионов, а в 2019-м — уже более 80 миллионов. Это особенно интересно на фоне обещаний Римского клуба и ряда других организаций, сделанных еще в 1970-х годах, что нефть закончится «через 20-30 лет». С тех пор минуло полвека, и все это время добыча продолжала расти. Пока никто не может уверенно сказать, когда она достигнет пика.

Если брать объем потребляемой в мире первичной энергии, то нефть, как ни странно, все это время остается на первом месте. Первичной энергией называют ту, что не подвергалась преобразованию человеком: например, тепло, полученное при сгорании топлива. Вторичной — преобразованную из первичной, как, скажем, электроэнергия.

Пусть в выработке последней нефть играет все меньшую роль, то в общем энергобалансе Земли именно нефтепродукты занимают первую строчку. На их долю приходится более 32% мирового потребления первичной энергии. Причина в том, что огромную долю потребляют различные виды транспорта — в сумме даже больше, чем электрогенерация. Именно для транспорта превзойти нефть как энергоноситель крайне сложно. И вот почему.

В одном литре углеводородного топлива содержится в четыре раза больше энергии, чем в одном литре жидкого водорода, и в десятки раз больше, чем в одном литре литиевой батареи. Водород к тому же в разы дороже, это делает его перспективы неочевидными. Электроэнергия из аккумулятора в пересчете на километр пробега дешевле «бензиновой» или «дизельной», но пока это позволяет использовать электромобили только в качестве автотранспорта. Для самолетов, как мы уже писали, переход на аккумуляторы невозможен (они весили бы больше самой конструкции), а для морских судов — крайне затруднителен. Поэтому как минимум в авиации и морском транспорте такая замена в ближайшие десятки лет маловероятна.

Именно поэтому самая прогрессивная ракета современности, частично многоразовая Falcon 9, летает на керосине, а не на водороде: нужный для водорода объем топливных баков сделал бы ее корпус слишком большим, а значит, более тяжелым. Для ракет сегодняшних размеров — выводящих в космос не более 60 тонн грузов — пока основным видом горючего остается именно керосин.

Вывод: уход от нефти в качестве энергоносителя выглядит не так просто, как об этом часто говорят. Если для ряда отраслей он и реален, то это пока слабо сказывается на потреблении нефти, пока она остается важнейшим топливом.

Стереотип № 2. Всего лишь топливо?

Еще одна распространенная история: нефть используется главным образом как топливо, а после вытеснения другими источниками станет не нужна.

Однако анализ показывает, что продукты нефтепереработки позволяют создавать предметы, без которых представить современную цивилизацию просто невозможно.

К примеру, главный вид сухопутного транспорта — автомобили и тракторы, — требуют трех миллиардов шин в год, причем их стоимость превышает четверть триллиона долларов ежегодно. Две трети каучука в них делают именно из нефти, и ни по цене, ни по ряду иных параметров натуральный каучук не может их вытеснить. В среднем на производство одной шины уходят продукты переработки 26 литров сырой нефти: то есть только эта индустрия потребляет десятки миллионов тонн черного золота. Никаких перспектив отказа от этого огромного массива нет.

Но автомобили нуждаются не только в том, на чем ездить, но и в дорогах, по которым они движутся. Планета потребляет более ста миллионов тонн асфальта в год — и 85 % его идет именно на дорожное покрытие. Еще 15 % — на крыши для жилых домов (покрытие из асфальтовой черепицы популярно в США) и некоторые другие элементы в строительстве. Отказываться от них в обозримом будущем не планируют.

Пластики — еще более крупная сфера применения производных нефти. В современном мире их делают почти 50 килограммов на человека в год — примерно 360 миллионов тонн. Но в Европе эти цифры в 2,5 раза больше. По прогнозам, к 2037 году пластиков на планете произведут более 0,7 миллиарда тонн, к середине века — миллиард. И речь не про упаковку. Если оглянуться вокруг, мы увидим, что практически все сделано из пластика.

Для получения пластика из продуктов переработки нефти молекулярные цепочки углеводородов, как правило, надо существенно удлинить. В итоге, чтобы получить один килограмм нового материала, придется потратить два килограмма нефти. Иными словами, ожидается, что к концу 2030-х только производство пластиков будет поглощать 1,4 миллиарда тонн сырой нефти, или 38 миллионов баррелей нефти, в сутки.

Это огромная цифра, равная примерно половине объема современного потребления. Скорее всего, выпадающий спрос на нефть как топливо будут замещать потреблением нефти как сырья для пластиков. Причем экологически неоднозначная пластиковая упаковка (30% потребления пластиков) может сдать свои позиции. А вот трубы, синтетические ткани и другие изделия, служащие дольше аналогов или заменяющие мех и шерсть, напротив, станут популярнее.

Вывод? Если сегодня на изготовление пластиков и другие промышленные нужды (смазки и тому подобное) уходит четверть всей нефти, то к середине века, по некоторым оценкам, на эти цели могут тратить и три четверти от сегодняшнего уровня добычи — и даже больше.

Стереотип № 3. Нефть под землей содержится в больших резервуарах

Нефть под землей свободно течет, как вода, думают многие из нас. На самом деле она находится в микропорах и тонких трещинах различных твердых пород. Зачастую они настолько плотные, что в руке будут ощущаться как мрамор.

За последние 50-70 лет качество нефтяных запасов значительно ухудшилось. Например, для добычи нефти очень важна проницаемость пластов, то есть способность породы пропускать через себя жидкости и газы. Чем она выше, тем легче добывать нефть. Проницаемость измеряют в единицах «дарси», или «миллидарси» (мД). Для сравнения: типичное месторождение Поволжья в 1950-х годах имело проницаемость <1000 мД, а сейчас нефтяники разрабатывают запасы с проницаемостью 1 мД или даже меньше. То есть современная порода, вмещающая нефть, в тысячи раз хуже пропускает углеводороды к скважинам, чем это было еще сравнительно недавно.

Пример еще более сложных запасов – баженовская свита. Наверняка все слышали про сланцевую нефть. Российская баженовская свита – ее своеобразный аналог с точки зрения сложности разработки. Эти запасы относятся к категории так называемых нетрадиционных. Это когда всем известно, где они находятся, но как их достать, чтобы это было экономически рентабельно, пока не решено.

Баженовская свита состоит из битумозных карбонатных глинистых и кремнистых пород. Это сверхплотный камень, а не то, что мы обычно представляем, когда слышим словосочетание «нефтяной пласт». В зависимости от условий и места залегания проницаемость пород бажена может составлять 0,01 мД. Получается, что современные запасы минимум в тысячу раз плотнее, чем в прошлом веке, а бажен – еще в 100 раз плотнее, чем самые плотные современные разрабатываемые пласты.

Зачем же добывать нефть из таких «упрямых» пород? С одной стороны, «легкая» нефть подходит к концу, а с другой – баженовская свита содержит гигантские запасы сырья, ее геологические ресурсы оцениваются от 18 до 60 миллиардов тонн. Для сравнения: ежегодно в России добывают порядка 550 миллионов тонн.

«Газпром нефть» несколько лет назад начала искать способы разработки бажена. За это время себестоимость добычи удалось сократить с 30 до 16 тысяч рублей за тонну. Пока это экспериментальные проекты, а рентабельный уровень добычи в 8,5 тысяч рублей за тонну планируется достичь уже в 2021 году. После этого можно будет начинать разработку бажена в промышленных объемах. С помощью каких технологий это станет возможным, а также узнать, какую прибыль нефтяным компаниям приносят инновации, можно в интервью директора по технологическому развитию «Газпром нефти» Алексея Вашкевича.

Кроме баженовский свиты в России много и других сложных для разработки пород с колоссальными ресурсами: ачимовская толща (34,4 миллиардов тонн), доманиковые залежи (3-6 миллиардов тонн), палеозойский фундамент (26 млрд. тонн). Все они были обнаружены достаточно давно, так почему тот же Римский клуб говорил про то, что нефть скоро кончится, несмотря на такие гигантские разведанные объемы углеводородов?

Дело в том, что в то время многие геологические резервы считались недоступными для рентабельной разработки. И периодически звучали прогнозы, что нефть скоро закончится. И действительно, запасы того времени подходят к концу, но развитие технологий позволяет приступать к разработке новых, более сложных.

Стереотип № 4. Проще пареной нефти

Традиционно считается, что добыча нефти — простое занятие. На самом деле, как мы увидели в предыдущем стереотипе, это не так. И сокращение проницаемости пород в тысячу раз – не единственная сложность. Меняется и сама форма разрабатываемых пластов. Если раньше они были широкие и однородные, то сейчас – тонкие и разрозненные. С учетом масштаба бурение сегодня больше напоминает операцию на сосудах – нужно очень точно провести скважину по тонкому нефтяному пласту, не выходя за его пределы. Эволюция конструкций скважин показывает, как менялась работа нефтяников.

Еще в XIX веке на Кубани нефть добывали в специальных нефтяных колодцах. Из них нефть черпали ковшами, ведрами и бадьями. Но уже в 1866 году в России появились технологии, позволившие машинным методом пробурить скважину глубиной 37,6 метра, которая дала первый в истории страны нефтяной фонтан.

Дальше нефтяная отрасль развивалась очень быстро: появился метод ударного бурения, новые способы укрепления стенок скважин, надежные сварные трубы. Все это значительно сказалось на росте объемов нефтедобычи, ее эффективности и безопасности.

В начале XX века стали применяться технологии вращательного бурения, которые, в совокупности с другими усовершенствованиями, позволили строить вертикальные скважины, похожие на современные. Строить их относительно легко – буровому оборудованию помогает продвигаться вниз сила тяжести, а укреплять стенки скважины не составляет труда. А уже в середине 20 века у нефтяников были все необходимые технологии для разработки гигантских месторождений Западной Сибири.

Вертикальные скважины разрабатывали однородные пласты толщиной до 100 метров, которые залегали на относительно небольшой глубине. Нефть буквально сама выходила на поверхность под давлением в пласте.

За последние 50 лет кардинально изменилась не только проницаемость нефтяных пород, но и их толщина, которая сократилась больше чем в 10 раз. Сегодня нефтяникам приходится работать с пластами толщиной и в 2-3 метра.

Для таких тонких и разрозненных запасов вертикальные скважины не подходят – у них будет слишком маленькая площадь контакта с пластом, а значит, они будут давать очень мало нефти и не окупят затраты на их строительство.

Поэтому сегодня для добычи нефти используют высокотехнологичные горизонтальные скважины. Благодаря специальному оборудованию стволы таких скважин постепенно набирают угол наклона и в итоге могут изогнуться на 90° по отношению к своей вертикальной части.

Бурить горизонтальные скважины очень сложно. Нужно вслепую, ориентируясь только на расчеты и показания приборов, на глубине в 2-3 километра попасть в нефтяной пласт шириной всего несколько метров. Более того, затем надо с ювелирной точностью пробурить уже в горизонтальной плоскости сотни метров в этом пласте, повторяя его траекторию и не выходя за его пределы. Только в этом случае добыча такой скважины будет приносить прибыль.

В наши дни горизонтальные скважины и их разновидности – норма. Например, около 80% всех скважин, которые ежегодно бурит «Газпром нефть» на своих активах, относятся к этой категории.

Хотите узнать, как выглядит скважина под землей? Увидеть это можно в специальном видео.

Какие еще технологии сегодня применяют нефтяники? Как они создают управляемую трещину на глубине 3 километра? Смотрите об этом видео!

Стереотип № 5. В нефтянке нужны только буровики и геологи

С четвертым стереотипом связан еще один: мол, в нефтянке работают одни геологи и буровики. Это не так.

Теперь разведка и добыча жидких углеводородов часто требуют построения «цифрового двойника» месторождения — задача, для решения которой широко применяют и машинное обучение, и работу с огромными объемами данных. Цифровые технологии позволяют сегодня нефтяникам моделировать многие подземные операции на специальных симуляторах, которые помогают подбирать оптимальные параметры для реальной работы на месторождениях.

Математики, физики, химики, программисты, инженеры, строители и представители еще десятков профессий сегодня работают над тем, чтобы добыча нефти оставалась стабильной, рентабельной и эффективной.

Думаете, что могли бы стать нефтяником? Тогда пройдите тест на профориентацию «Газпром нефти», который может вам подсказать, в каком направлении вы могли бы построить карьеру в этой отрасли. Но авторы подчеркивают, что в тесте выбор профессий для гуманитариев ограничен, поскольку распределение идет только по специальностям, применяемым в нефтегазовой отрасли. Так что если вы режиссер кино, то достойной альтернативы в нефтянке может не найтись. Тест создавался для студентов, но пройти его может каждый – профессии и рекомендации совершенно реальные!

Подведем итоги. Нефть часто ассоциируют с неперспективными направлениями промышленности или профессиями. На самом деле это не так. Да, качество запасов за последние десятки лет значительно изменилось, но новые технологии помогают нефтяникам находить «ключи» для рентабельной разработки месторождений, которые еще 10-15 лет назад казались непригодными для добычи. И их усилия стоят того, ведь сегодня нефть – это не только топливо, но и сотни других предметов и материалов, которыми мы пользуемся каждый день. Сейчас нефтяники – это представители десятков специальностей, которые помогают добывать «нечерное золото».

Больше интересных фактов о том, как сегодня добывают нефть, можно узнать из этого видео.

Партнерский материал подготовлен совместно с Научно-техническим центром «Газпром нефти».