Возобновляемый источник

Материалы рубрики читайте также в телеграм-канале «Техносфера, подъем!»

О технологиях добычи нефти знают многие. Это целая наука, которую изучают в университетах. Профессии «инженер-нефтяник» уже более ста лет, она престижна, таких специалистов уважают и ценят во всем мире. О том, каким образом нефть образуется в недрах, точно не знает никто. Предполагается, что это либо органические останки, либо минеральные отложения. За прошедший век эксплуатации технологий добычи нефти эти две научные гипотезы («органическая» и «минеральная») так и не были подтверждены. Зато многолетние наблюдения дали основания для рождения новой научной парадигмы: нефть и газ являются неиссякаемыми полезными ископаемыми. А это уже революция научная, и если принять новые научные данные за основу, то технологии добычи нефти изменятся принципиально: в их структуре не будет источников опасности и затрат. А это и есть та рациональность, о которой надо уже говорить громко, так как будущему поколению мы не должны оставлять технологии, генерирующие негативные последствия. У нас на глазах ученые ведут научные споры и организуют баталии на семинарах и конференциях. От того, кто победит в этой научной схватке, зависит наше будущее.

Российские корни нефтянки

Радует то, что родоначальниками всех научных гипотез и технологий являются русские ученые. Уже этим мы гордимся. Если говорить о первых технологиях добычи и переработки нефти, то в их разработке вместе с русскими промышленниками и предпринимателями участвовали Д. И. Менделеев, В. В. Марковников, Л. Г. Гурвич, Н. Д. Зелинский, С. С. Наметкин. Хорошо известно, что первые проекты хранилищ нефти, трубопроводов и установки для крекинга нефти выполнял инженер В. Г. Шухов, а первый центробежный насос для добычи нефти разработал изобретатель А. С. Арутюнов. Это была единая научная школа разумного хозяйствования. Во всех технических решениях был отпечаток порядка, системы и целесообразности.

Структура производственных систем в то время была простой и рациональной: вокруг скважины размещались технологии переработки сырья в продукт. Например, в Баку в начале XX века вокруг месторождения функционировало более десятка заводов для производства различных нефтепродуктов.

Экспорт сырой нефти из России был ограничен именно потому, что так рекомендовали наши ученые. Поэтому мы торговали не одним, а множеством продуктов ее переработки: керосином, маслами, бензином, мылом. При этом их стоимость не росла, а, наоборот, ежегодно снижалась за счет роста объемов, так как продукты становились доступны широким слоям новых потребителей. Именно доходы от такой торговли стали основой знаменитого премиального фонда Альфреда Нобеля.

Мало кто знает, что еще до знаменитой Нобелевской премии в России была учреждена премия имени его старшего брата Людвига, которую вручали инженерам и разработчикам в различных отраслях промышленности, в том числе нефтяной.

Первым лауреатом российской Нобелевской премии в 1895 году стал технолог Алексей Степанов за работу «Основы теории горения ламп». В 1898 году этой премии был заслуженно удостоен Всеволод Баскаков «за решение проблемы полного сгорания нефти без пульверизации», а в 1905 году русские ученые присудили премию инженеру-технологу Александру Никифорову за разработку технологического процесса и оборудование для переработки нефти в бензол и анилин. Так начиналась знаменитая профессия инженера-нефтяника.

Нерациональная добыча

Сегодня образ нефтяной скважины ассоциируется у каждого из нас не только с пачкой денег и большими налоговыми поступлениями в казну, но и еще с какой-то тайной о привозной воде, авариях и засоленности территории вокруг мест добычи. Функциональная устойчивость производственных систем, добывающих углеводороды, больше зависит от финансовой системы, чем от сырья и энергии. Не секрет, что и научные новации мало влияют на технологии добычи нефти и газа, так как процессы разведки, проектирования, добычи, транспортировки и переработки сырья методологически отдалены друг от друга, а регулирование объемов добычи осуществляется торговыми биржами. Конечно, хотелось бы, чтобы все эти процессы контролировались одновременно в рамках одной системы управления, без виртуальной оценки «эффективность добычи». Но в динамике такая модель управления непосильна для человека, так как требует учета полусотни производных технологических показателей. Поэтому, например, казанские ученые, используя нейросети, решили автоматизировать процесс, чтобы объективно рассчитать хотя бы объемы нефти в одной скважине и выбрать рентабельный (но не рациональный) метод ее добычи.

О рациональности технологии добычи пока никто не говорит, все озабочены ценой барреля, снижением дебета скважин или высокой вязкостью нефти. Неожиданно, например, мы узнаем, что, оказывается, где-то в томском нефтедобывающем регионе у нас есть территории, после грубого освоения которых методом «гидроразрыва пласта» ее биота уже неспособна к самовосстановлению. Для рекультивации таких зон бедствия Томский биологический институт предлагает Проектному институту нефти и газа самый «экономный» из всех возможных вариантов — «мелиоративный метод» очистки грязных территорий от хлорид-ионов. Возможно, засыпка огромных площадей соленых почв гипсом и посев клевера как-то поможет, но вся надежда ученых на успех связана все-таки с обильными дождями и глубокими снегами.

Получается, что это все, чем современные ученые-технологи могут помочь своему региону после бестолкового освоения его территории нефтяниками. После такой информации уважение к профессии инженера-нефтяника напрочь пропадает. А ведь в начале XX века эта профессия была очень даже престижной.

В конце XX века ученые-нефтяники начали вслух говорить, что мы неправильно строили, эксплуатировали и консервировали скважины, так как не знали и не ведали, что процесс формирования нефти и газа в природной системе происходит с характерным 30‒40-летним циклом по механизму «геосинтеза» подземных вод и углекислого газа и попутным образованием кислорода и водорода. Так начала формироваться новая наука о механизмах образования углеводородов. Самое интересное заключается в том, что со временем их теоретические обоснования подтверждаются на практике. Не все могут понять, что скважины по своим свойствам схожи с колодцами для отбора воды. Сколько бы мы ни взяли из такого колодца воды, нефти или газа, через определенное время скважина опять наполнится ценным природным продуктом. Требуется сделать эксплуатационный перерыв. И не надо, как говорится «плевать в свой колодец», разрывая пласты земли, заливать ее кислой водой или вечно бетонировать скважину только для того, чтобы продать кому-то еще один дополнительный баррель нефти. Предлагается просто услышать ученых, которые к тому же научат считать баланс между объемом отбора нефти и объемом ее образования в подземной «углеводородной ловушке».

Ученые уже обсуждают необходимость реанимации принципа «рациональности» при проектировании добывающих производственных систем. Кто будет этим заниматься «по-взрослому», мне непонятно. В университетах этому не учат. А надо бы.

Компактные и мобильные

Так или иначе, но разрешать технические противоречия, накопившиеся в отрасли за последние сто лет, придется новому поколению инженеров-нефтяников. Хочется верить, что устаревшие правила эксплуатации нефтегазовых хозяйств будут изменяться. Начинать надо с самых негативных.

Во-первых, очевидно, будут навсегда забыты методы гидроразрыва пласта, разрушающие естественные природные «ловушки» нефти и газа. Во-вторых, темпы извлечения нефти из недр не будут превышать темпов ее естественного пополнения. В-третьих, уже сейчас ясно, что транспортировка нефти и газа на тысячи километров от скважин затратна как для поставщика, так и для потребителя.

Поэтому для сохранения природного баланса на российском пространстве выгоднее будет торговать не углеводородами на биржах, а продуктами ее переработки непосредственно в месте добычи.

А это означает, что пора учиться проектировать компактные и мобильные комплексы, размещаемые вокруг скважины для одностадийной переработки углеводородов во множество полезных продуктов. Проектанту требуются простые и ясные критерии разработки месторождений с учетом конкретных геологических условий и времени их эксплуатации. До сих пор у нас ничего этого нет, кроме огромного опыта, уникальных научных идей и отложенных технических решений.

Современная наука о нефти предлагает инженерам-проектантам на выбор два вектора развития добывающих технологий.

Первый направлен на продолжение интенсивной добычи сырья с улучшением методов определения «точности контроля добычи нефти и газа»(СПбГУ) и моделирования процессов «перемещения тепла и нефти в скважине»(ПНИПУ). В этом же направлении работают и сибирские ученые, предлагая для разрыва пластов использовать полимерные гели с наночастицами оксидов кремния и алюминия. Это все старо, опасно и затратно.

Второе направление развития технологий добычи углеводородов связано с переводом нефтегазовых месторождений на равновесный режим работы, при котором отбор сырья из скважин компенсируется их естественным восполнением в залежах в соответствии с биосферной концепцией восстановления углеводородного потенциала. Теоретические выводы концепции обоснованны и подтверждаются практикой, что исключает негативные последствия от эксплуатации скважин для всех, в том числе для будущих поколений. Это разумный вектор, и он неизбежно приведет к созданию компактных и мобильных технологий переработки сырья в месте их добычи.

Наверняка существуют и иные направления развития технологий добычи сырья, о которых непременно надо говорить и обсуждать все варианты технических решений без оглядки на традиции, ведомственные желания, личные амбиции и научные интересы.