Банковский билет на миллион фунтов стерлингов (5)

Недавно я пересмотрел старый добрый фильм с Грегори Пеком - "Банковский билет в миллион фунтов стерлингов", снятый по одноименному рассказу Марка Твена в 1954 году.



Сюжет фильма прост и незатейлив - два эксцентричных лондонских миллионера, поспорив между собой, дают американскому безработному Генри Адамсу "неразменный" банковский билет на миллион фунтов стерлингов, на который он должен прожить целый месяц в чужом ему городе. Единственное условие сделки - билет нельзя разменивать на более мелкие купюры. Один из братьев (Оливер Монпелье) утверждал, что владелец билета сможет спокойно с ним прожить целый месяц не разменивая его и пользуясь лишь его внушительным видом. Родерик Монпелье возражал брату, что это невозможно и разменять билет всё-таки придётся.

События поначалу подтверждают правоту Оливера. Благодаря билету Адамс начинает жить на широкую ногу: поселяется в шикарном отеле, обедает в лучших ресторанах. В газетах о нём пишут как об эксцентричном миллионере, везде ему всё отпускают в кредит и даже не просят денег. Адамс попадает в высший свет Лондона и знакомится с очаровательной аристократкой Порцией Лэнсдаун.

Адамс сильно переживает по поводу того, что у него в кармане миллион, но наличных денег, как таковых, нет. Его американский знакомый Ллойд Хастингс предлагает совместное предприятие по разработке рудника в Южной Америке. Всё что требуется от Адамса - это его имя и знаменитый банковский билет. С таким залогодателем акционеры Хастингса готовы выделить средства на продолжение поисков золота. В самый ответственный момент банковский билет неожиданно пропадает из гостиничного номера Адамса. Имя миллионера и всё его благополучие мгновенно рассеивается как дым. Адамса готовы немедленно выкинуть из отеля на растерзание кредиторам. Родственники Порции требуют, чтобы девушка и думать забыла о проходимце.

Билет, к счастью, находится и всё заканчивается вполне удачно. Оливер выигрывает спор, а Генри Адамс возвращается к своей невесте.

Однако - это сказка. В жизни, к сожалению, не существует "неразменных банковских билетов", хотя богатство и может упасть на вас с неба - а точнее, просочиться из-под земли. Поэтому, перенесёмся всё в тот же далёкий уже 1954 год и посмотрим, что происходило тогда в бескрайних песках Аравийского полуострова...

После открытия в 1935 году месторождения Даммам, казавшиеся до этого бесплодными пески Саудовской Аравии наконец-то привлекли внимание геологов со всего мира. В отличии от соседних Ирана и Ирака, где следы ловушек - куполов и антиклиналей, в которых миллионами лет накапливалась нефть, были хорошо видны на поверхности и месторождения можно было буквально "открывать с самолёта или пешком", Саудовская Аравия задала геологам непростую задачу.

Бескрайнее море песка легко и надёжно укрывало все геологические складки местности и сказать на основании осмотра местности, где может залегать та или иная геологическая структура, часто не представлялось возможным. Поэтому, многие нефтяные поля Саудовской Аравии были открыты больше благодаря интуиции и везению, нежели на базе точных данных о геологическом строении и научном расчёте.

Кроме того, основной период открытий саудовской нефти, пришёлся на трудный период 1941-1951 годов, когда средства на геологоразведку на Аравийском полуострове выделялись по остаточному принципу - основные игроки нефтяного рынка тогда больше занимались вопросами Второй Мировой войны и послевоенных разборок между собой. Поэтому, практически все крупные открытия аравийской нефти были сделаны всего двумя сотнями людей, с помощью всего шести примитивных буровых установок!

Поэтому, конечно, совершенно неудивительно, что такое громадное месторождение, как Гавар, открывали не сразу, а как минимум - в три "присеста":

Как открывали Гавар

Месторождение это и в самом деле огромно - больше 280 километров длиной, 30 километров в поперечнике. Площадь Гавара составляет 2 250 квадратных километров, а толщина продуктивного слоя известняка - более 400 метров. Начальные запасы нефти составили от 9 до 11,6 миллиардов тонн (от 72 до 93 миллиардов баррелей).
Историческую последовательность открытий границ Гавара можно и сейчас наблюдать наименовании частей этого громадного нефтяного поля - Айн-Дар, Шедгум, Утмания, Хвия и Харад. Как видно на картинке, даже на сбор этого громадного "пятипалубного линкора" в умах и представлении геологов, его обнаруживших, понадобилось целых пять лет. После этого, собственно говоря, наш бывший безработный - Саудовская Аравия - и получил свой "неразменный банковский билет в миллион фунтов стерлингов".

Освоение Гавара началось уже в 1951 году, еще до момента его полного открытия. Слон оказался столь велик, что папуасы начали поджаривать на костре его хобот, даже не уяснив себе до конца его истинных размеров. ;)
Освоение месторождения проводили по всем правилам тогдашней нефтяной науки, но, как мы раберём в дальнейшем, на совершенно пещерном уровне технологии, с точки зрения достижений сегодняшнего дня. Поэтому, многие особенности сегодняшней эксплуатации возможностей Гавара находятся в том славном времени, когда Грегори Пек был ещё молод, а Сталин - ещё жив.

Дальше я расскажу о том, как нефтяники давят нефть из пласта и многие присутствующие наконец-то узнают, что такое "варварские методы добычи нефти". ;)

Задача геолога - найти нефть. Чем больше и лучше качеством будет нефть - тем успешнее работа геолога. Задача нефтяника - максимально эффективно эту нефть из недр поднять. Эффективность работы нефтяника определяется таким параметром, как КИН - коэффициент извлечения нефти, в простонародье ещё именуемый нефтеотдачей. По-английски этот термин звучит, как oil recovery factor.

КИН - это отношение величины извлекаемых запасов к величине геологических запасов. В зависимости от многочисленных факторов он варьируется от 0,09 до 0,75 (или от 9 до 75 %). То есть, мало того, чтобы "нефтяной мёд" оказался в "геологической банке" какой-нибудь купольной ловушки. Надо ещё уметь его оттуда выковырять. И желательно меньше оставить "по стеночкам".

Как это делают нефтянники?
Вначале нефть бьёт из пласта сама, но обычно таким фонтанным методом добычи можно получить единицы процентов (от 1 до 5%) от общих геологических запасов нефти. После этого естественное расширение сжатой в пласте нефти прекращается и фонтан перестаёт бить. Дальше же в ход идут разные гидравлические хитрости. И да, фонтанная добыча нефти - это нефтяное варварство в чистом виде.

Как мы помним, часто нефть в месторождении ассоциирована с газом. Природный и нефтяной газ может "подпирать" пласты нефти сверху и снизу, кроме того, нефть может содержать в себе газ в растворённом состоянии. При сбросе давления в пласте за счёт фонтана нефти или откачки её из ствола скважины насосом давление в пласте начинает падать. Газ из газовой шапки месторождения начинает расширяться и подпирать нефть своим объёмом, а газ, растворённый в нефти, при падении давления начинает "кипеть" и подпитывать газовую шапку пласта. Кто пробывал открыть бутылку с кока-колой в солнечный день, сразу поймёт суть процесса ("Твою мать! Мои белые штаны!"). Это и есть сущность так называемых газонапорного режима отработки пласта и режима растворённого газа. Такие режимы работы пласта позволяют добыть от 20 до 40% от общих запасов нефти.

Однако тот, кто изучал физику в школе, помнит, что газ - хорошо сжимается и прекрасно "разжимается". Товарищи Бойль и Мариотт в своё время вывели безумно красивую формулу pV=const, которой мы пользуемся и до сих пор. Поэтому, режим газовой шапки и режим растворённого газа помогают добывать нефть ровно до тех пор, пока давление газовой шапки не станет меньше давления пласта . Кроме того, если ненароком газовая шапка найдёт выход к стволу скважины, то газ моментально выйдет наружу и пласт будет потерян. Потерянная газовая шапка - как мы понимаем, это тоже варварство. Пласт потерян, нефть осталась в породе. Поэтому, гораздо более интересен вариант так называемого водонапорного режима, когда нефтяной пласт подпирается снизу хорошим, годным источником воды:


Сравнение режимов отработки пластов

Как видно, в отличии от газа, вода позволяет уйти от "дамоклова меча" быстрого падения дебита скважины, присутствующего в случае газонапорного режима или режима растворённого газа. Однако, как мы увидим дальше, у обводнения пласта есть и свои отрицательные стороны.

Водонапорный режим эксплуатации скважины может носить естественный или искусственный характер. Хорошо, если вода под давлением уже есть где-то ниже пласта. Плохо, когда её там нет. В этом случае нефтяники качают воду в пласт сами, через систему водонапорных скважин, которые поддерживают пластовое давление. Водонапорный режим в целом более эффективен, нежели газонапортный режим ли режим растворённого газа, и позволяет добыть от 35 до 75% от содержащейся в породе нефти.

В чём же опасность воды и почему нефть всё же не добывается из пласта на 100% даже при водонапорном режиме?
Обычно заводнение пласта и добычу нефти таким способом прекращают, когда скважина выдаёт на гора 90-99% воды. В отличии от бензобака автомобиля, в котором бензин и вода всегда разделятся естественным образом под действием силы гравитации, в пласте на флюиды - воду и нефть действует ещё уйма различных сил - гидростатического давления, сцепления с вмещающей породой и т.п. В пласте, например, всегда есть более и менее проницаемые области, сложенные более или менее пористой вмещающей породой. Вода, как мы помним, "всегда дырочку найдёт" - поэтому она старается попасть в зону пониженного давления (к добывающей скважине) по самому кратчайшему пути, минуя области низкой проницаемости пород:


Из таких зон, которые вода уже обошла в своём постепенном движении наверх по пласту, нефть обычными способами извлечь уже практически невозможно. Можно, безусловно, прибегать к различным ухищрениям (и об этом - далее по тексту), но все эти ухищрения достаточно дороги и ненадёжны. Поэтому, конечно, пласт пытаются обводнять максимально медленно, давая воде возможность максимально "нежно" выдавить нефть наверх из таких зон малой проницаемости. Старые скважины часто оставляют "отдохнуть" на несколько месяцев в надежде выжать потом нефть из таких зон пласта. Погоня же за сиюминутной прибылью и быстрое движение по пласту зоны водо-нефтяного контакта создаёт большое количество таких целиков нефти и как раз и является варварской технологией добычи.

С обводнением пласта связана и вторая особенность потери нефти, которая, тоже является в чистом виде варварством и погоней за прибылью. Это образование так называемых конусов обводнения возле добычных скважин - в районе интенсивно работающих "качалок" воду из пласта выпирает наверх, выше обычного уровня водо-нефтяного контакта:



Кроме потерь в КИН за счёт нефтяных целиков и конусов обводнения в любом пласте присутсвуют потери нефти за счёт смачивания частиц колектора нефтью. Любая вмещающая порода под микроскопом выглядит усреднённо вот так:



Песчаник состоит в основном из частиц кварца - SiO₂, а известняк - из частиц карбоната кальция - CaCO₃. Нефть плохо смачивает кварц, но очень хорошо пристаёт к карбонату. Поэтому в среднем известняковые коллекторы имеют более низкий КИН, нежели песчаниковые - в известняковых коллекторах нефть, даже на микроуровне, "жмётся" к частицам породы, а вода легко просачивается через поры между частицами пласта.

Поэтому, при хороших раскладах, даже имея спокойный темп добычи, за счёт традиционных методов добычи, можно достичь значения среднего значения КИН в 30-35%. Однако, иногда в силу геологического строения пласта, значение КИН, при всех ухищрениях нефтяников, может сотавить цифру в эпические 5%. Что делать дальше?

Дальше нефть из ловушек, пор и целиков пытаются выдавить уже не "по-хорошему", а "по-злому". На макро-уровне это делают хорошо знакомым нам разрывом пласта (в ход идёт химия, динамит и тактические ядерные заряды), а на микро-уровне - всячески пытаются поднять собственную текучесть нефти и уменьшить её сцепление с породой. По-английски эти "злые" технологии собирательно называются EOR - enhanced oil recovery - улучшенные способы добычи нефти.

Легче всего выдавить нефть, подавая в водонапорные скважины углекислый газ (СO₂). Углекислый газ растворяется в нефти, содержащейся в породе и собирает её в более крупные "капли", которые уже можно выдавить вместе с потоком воды в добывающий ствол:


Схема добычи остатков нефти путём растворения в ней диоксида углерода.

Однако, надо понимать, что все технологии EOR в целом обходятся гораздо дороже традиционных способов добычи нефти. Вот оценка европейского агенства IEA по стоимости добычи нефти разными методами, включая и основные методы EOR:


Сравнение стоимости различных методов добычи и получения жидких углеводородов.

Как видно из графика, вся уже добытая традиционная нефть легко уложилась в пределе себестоимости от 2 до 30 долларов за баррель.
Вытеснение нефти за счёт нагнетания CO₂ принципиально будет стоить от 20 до 70 долларов за баррель, за счёт других EOR - и того выше - от 30 до 80 долларов за баррель.
Желающие и интересующиеся могут оценить реальность "нефти по пиисят и зафтра!" исходя из перспектив себестоимости вновь добываемой арктической нефти (от 40 до 100), битумозной, сланцевой и тяжёлой нефти (от 40 до 80), нефтеносных сланцев (от 50 до 100) и различных "синтетических" альтернатив - GTL, CTL и BTL. Отдельной строкой, как всегда, стоит отметить замечательные себестоимости (в деньгах! не энергетические!) таких педалируемых сейчас "альтернатив", как биоэтанол и биодизель. Короче, пища для размышлений и - "имеющий уши, да услышит".

Однако - а что же наш безработный арабский бедуин, которому добрые дяди дали в 1951 году "неразменный билет на миллион фунтов стерлингов"? О, он далеко пошёл!

И об этом - в следующем материале.