Тяжёлый песок (4)

При обсуждении вопросов образования нефти и газа мы столкнулись с интересным вопросом - во время своего путешествия с поверхности Земли и обратно - частицы нефть, для того, чтобы превратится в нефтяное месторождение, должны встретить на своём пути структуру определённого вида - ловушку, которая позволит сконцентрировать и собрать в удобной для дальнейшего использования человеком форме сколь-либо значимые количества нефти.

Ловушка, как геологическая структура, обычно достаточно устойчива (иначе ей не светит собрать в себя сколь-либо значительные количества нефти или газа), но, как и любая геологическая структура - может быть разрушена из-за стечения различных геологических событий.

Что же произойдёт в этом случае с нефтью и газом, которые столь долго копились "под спудом" крышки разрушающейся ловушки? А будет с ними следующее...


При разрушении запирающего купола ловушки первым, практически мгновенно в рамках геологического времени, наверх просачивается природный газ. Молекулам газа всегда легче "протиснуться" в порах пород и выйти на поверхность, нежели  молекулам битума или соляра.
Дальше, уже в самой ловушке начнётся два интересных процесса.

Первый из них связан с падением давления внутри ловушки, вызванным разрушением купола и уходом природного газа из пласта. При падении давления понижается температура кипения многих лёгких фракций газоконденсата (этана, пропана и бутана). Эти фракции, учитывая высокие температуры внутри пласта, тоже легко газифицируются вслед за метаном, и последовательно выходят на поверхность, одновременно забирая с собой и излишки пластового давления. В результате давление в пласте падает практически до равновесного с породами на данной глубине.

Но, кроме того, если месторождение располагается достаточно близко к поверхности - а нефть, как и вода, "всегда дырочку найдёт" и вытечет поближе к поверхности, то после ухода газов рано или поздно месторождение в своём пути наверх попадёт в биологическое окружение, сначала в анаэробное, а потом - и в аэробное. И тут стартует второй процесс.

Несмотря на то, что лишь немногие живые организмы (в основном - это археи) в чистом виде "едят" нефть, тем не менее, многие из них совершенно ею не брезгуют. Поэтому, при попадании нефти в верхние слои земной коры, неизбежно, вдобавок к процессу её медленного химического разложения добавляется более быстрый процесс её биологического распада. При этом и химический, и биологический распад затрагивают в первую очередь лёгкие фракции нефти - битум же слабо поддаётся влиянию как кислорода, так и бактерий с их ферментами. Результатом такой многомиллионной разрушительной эпопеи является обычно месторождение нефти, практически полностью состоящее из битума.

И в мире есть пример такого месторождения. Оно громадно, и оно полностью состоит из битума. Оно не единственное -  в России, Казахстане и Венесуэле тоже есть такие и даже более интересные объекты, но как говорилось в старом анекдоте о хомячке и крысе - пиар у этого "хомячка" - самый лучший:


Знакомтесь: Canadian tar sands

Канадские битумозные пески (tar sands) вышли на поверхность Земли уже в меловом периоде - когда по Земле ещё ходили динозавры. В своём "мезозойском детстве" они, скорее всего, были обычным песчаником, который содержал в себе достаточно высококачественную нефть. Однако, динозавры не были, в отличии от Homo sapiens, сильно заинтересованы в добыче природных углеводородов - и поэтому оставили пылиться и разлагаться эту нефть практически на поверхности формирующегося континента Северной Америки. За 60 миллионов лет нефть, конечно, пришла в полную негодность согласно промышленным стандартам, но даже остатки былой роскоши поражают своими размерами.


T. rex! Ты почему просрал полимеры? Канадские битумозные пески "ан масс"

Согласно проведенным геологическим оценкам, месторождение битумозных песков в канадской провинции Альберта содержит около 1,7 трлн. баррелей нефтяного эквивалента. Это в пять раз больше, нежели оценка геологических ресурсов "трудной" сланцевой нефти для группы месторождений Баккен. Однако, если нефть Баккена, по крайней мере, всё же является "трудной", но в целом - обычной жидкой нефтью, то битумозные пески нефтью не являются. Поэтому-то и выскакивает такое интересное слово, как "эквивалент". Доллар - эквивалент золота. Но не золото. Поэтому, если сланцы - это "ещё не нефть", то битумозные пески - это "уже не нефть".

Как и для случая сланцевой нефти, в случае битумозных песков наблюдается разительное различие между оценкой геологических запасов и извлекаемых резервов. В случае канадских битумозных песков даже самые смелые оценки пока говорят лишь о 177 млрд. баррелей нефтяного эквивалента в качестве извлекаемых резервов - то есть, о 10% от величины общих геологических запасов.

При комнатной температуре природные битума представляют из себя практически твёрдую массу, в случае же канадских месторождений - ещё и перемешанную с песком. Единственным преимуществом канадских песков является то, что некоторая часть из них (около 20%) лежит практически у поверхности - просто таки в состоянии "наливай и пей" "копай и грузи":


Это не уголь, это битумозный песок.

Однако, после достаточно простой, быстрой и весёлой процедуры добычи и перевозки горной массы, в дальнейшем пути битумозного песка к бензобакам рядовых североамериканцев наступает гораздо более печальный этап - который легко описывается русским словом, синонимом слова "счастье", но состоящим из букв "Ж", "П", "О" и "А".

Во-первых, предстоит отделить мух от котлет, а песок - от битума. Делать это приходится путём тотальной обработки горной массы острым паром - в проитивном случае битум просто не хочет куда-либо течь. При этом, полностью отделить битум от песка практически невозможно даже при нынешнем высоком уровне технологии, в силу чего вокруг карьеров вырастают ещё более масштабные отстойники битумозного шлама - адской смеси остатков битума, песка и загрязнённой воды. При этом организовать полностью замкнутый по воде производственный цикл не получается - приходится практически всю воду сбрасывать в шламоотстойники, которые сейчас уже занимают площадь около 50 км2. Этот процесс приводит к тому, что на 1 баррель синтетической нефти производителям приходится тратить от 2,5 до 4 баррелей свежей воды и, попутно, при росте производительности, увеличивать площади отстойников, чтобы хоть как-то обеспечивать использование воды в замкнутом цикле. Собственно говоря, именно с "водным вопросом" и связаны основные претензии экологов к проектам по разработке битумозных песков. Однако, экономически это вряд ли остановит производителей - даже сейчас, на уровне производства в 1,5 Мбд, производство синтетической нефти отбирает на свои нужды не более 2% природного стока реки Атабаска - главной водной артерии бассейна.

Но, гораздо более серьёзная проблема битумозных песков состоит в низкой энергетической эффективности процесса экстракции и последующей переработки полученного битума. Дадим слово самим производителям:

"Oilsands Review: Сколько энергии вы используете для производства одного барреля синтетической нефти, которую производите?

Marcel Coutu: Около 1,5 гигаджоуля (1,5M куб.фт. эквивалента природного газа) на каждый баррель. Это больше цифры  0,8 M куб. фт., которую я назвал раннее, эта цифра касалась энергии, которую мы покупаем извне. Полная энергия, которую мы используем в своём производстве, включает энергию, которую мы генерируем внутри процесса в качестве побочного продукта. По большей мере - это электрическая энергия, по которой мы даже имеем определённый избыток.

Мы также производим большие количества попутного газа в своём процессе, который используется нами для питания газовых турбин. Кроме того, мы получаем в процессе большие количества тепла, которое тоже используется - для производства пара и питания паровых турбин. Это делает процесс гораздо более эффективным."

http://www.consumerenergyreport.com/2008/11/14/the-energy-return-of-tar-sands/

Дальше в статье производится простой расчёт: 5,8 ГДж (выход) делится на 1,5 ГДж (вход) и выводится EROEI, который даже до стадии синтетической нефти уже составляет всего лишь 3,9:1. Дальше, справедливо указывается, что полученная синтетическая нефть гораздо более трудна к переработке на нефтеперегонных заводах и, как следствие, итоговый EROEI по всей цепочке до нормального бензина и соляра можно принять, как 2,9:1.

То есть, даже по состоянию на сейчас, когда почти все битумозные пески добываются "просто неба", в открытых карьерах, внутренняя энергетическая эффективность этого процесса отнюдь не играет весёлыми и радостными красками. Кроме того, построенное производство по экстракции битума из песков достаточно современное  - как пример, установки комбинированного цикла (газовая и паровая турбина) - это вообще одни из наиболее совершенных машин по производству энергии, поэтому надеяться на некие "новые технологии", которые как-то значительно поднимут эффективность процесса, пока не стоит.

Однако гораздо более мощная мина замедленного действия заложена в проекте расширения переработки канадских битумозных песков:



В ближайшие 15 лет Канада собирается увеличить переработку песков, более, чем вдвое - от текущего уровня в 1,5 Мбд до 3,7 Мбд. Это позволит закрыть около 18% потребности двух стран (Канада и США) в жидком топливе по состоянию на 2011 год. Цель, безусловно, благородная, масштабная и, наверное, при должном финансировании - выполнимая. Как видно из приведенной картинки - предыдущие 1,5 Мбд производительности, на самых простых к отработке запасах, канадцы строили целых 30 лет - с 1980 по 2010 год.

Однако, проблема в большей мере состоит в том, что простые к отработке, открытые залежи песков сейчас уже по большей степени вовлечены в отработку (напомню, карьерными самосвалами можно вывозить не больше 20% от общих извлекаемых резервов в 170 млрд. баррелей):

Так битум отделяют сейчас.

Как следствие, большинство новых проектов предполагают уже несколько иную технологию отделения мух от котлет:


Так надо будет работать завтра.

Как видно даже по упрощённой схеме будущего технологического цикла - об эффективном использовании пара, попутного газа и тепла самого процесса для запитки производства экстракции битума можно с сожалением забыть - и, скорее всего, навсегда. Сколько составит EROEI для скважинной добычи битума на канадских битумозных песках - отдельный, пока достаточно непредсказуемый вопрос. В 2009 году были проведены первые опытные бурения и экстракции битума, которые показали, что только процесс извлечения битума "на свет божий" такими скважинами будет иметь EROEI в районе 3,3:1. Интересующихся отсылаю к тексту самой статьи - там много факторов, которые влияют на эффективность и стоимость процесса:
http://netenergy.theoildrum.com/node/5183

Поэтому, не исключено, что оценки, указывающие на совокупный EROEI для будущих проектов разработки битумозных песков в пределах 1,5-2 : 1 не являются уж сильно пессимистичными.

Исходя из вышесказанного, нам, пожалуй, можно новыми глазами посмотреть на этого замечательного канадского осетра на графике прогноза добычи нефти в Северной Америке:

Битумный осётр - Canada Heavy.

Канадский осётр, скорее всего, минимум на треть будет жрать энергию на свой собственный прокорм. Потому что он будет сам очень хотеть кушать гигаджоули и гигаджоули тепла, пара и электроэнергии. Мы немного опоздали к этой нефти. Где-то на 65 миллионов лет - плюс-минус миллион роли уже не играет.

http://crustgroup.livejournal.com/15060.html