Нетрадиционные источники традиционного топлива

Существуют пока не разрабатываемые, но огромные запасы нетрадиционных источников энергоносителей. Рост мировых цен на энергоресурсы делает их разработку все более рентабельной

Нетрадиционные источники традиционного топлива

Анализ ситуации с поиском альтернативных источников энергии говорит о том, что заменить нефть и газ на принципиально новые виды топлива в мировом энергетическом балансе в обозримом будущем вряд ли удастся. Современный уровень технологий лишь приближается к масштабному освоению таких перспективных и нетрадиционных источников нефти и газа, как битуминозные песчаники, горючие сланцы и газогидраты. По данным геологической службы США, мировые запасы горючих сланцев и нефтеносных песков оцениваются в 700–800 млрд тонн, что в 7–8 раз больше выявленных в мире запасов нефти.

Нефть из песка…

Битуминозные песчаники представляют собой смесь песка, глины, воды и нефтебитума. Некоторые развитые страны приступили к добыче и переработке битуминозных песков с целью получения из них так называемой нетрадиционной нефти. Однако на промышленном уровне нефть из битума получают только в Канаде (свыше 1 млн баррелей в день), где нефтеносные песчаники содержат уникально высокую концентрацию битума. Прогнозируется, что в 2010 году добыча достигнет 1,3 млн баррелей в день, а к 2015 году превысит 2,7 млн.

Многие эксперты полагают, что дефицит традиционной нефти будет восполнен нетрадиционной, изменив при этом мировую геополитику: основными производителями нетрадиционной нефти станут Канада, США, Венесуэла, где сосредоточены мировые разведанные запасы битумов. Вопрос лишь в стоимости барреля натуральной и нетрадиционной нефти. Из трех тонн битуминозного песка, который содержит до 14% и более битума по массе, можно получить 2 барреля жидких углеводородов. По оценке Национального совета США, разработка битуминозных пород рентабельна при цене на нефть не менее 100–120 долл./тонна.

…и камня

Горючие сланцы по внешнему виду напоминают уголь, но имеют более высокую воспламеняемость, поскольку в больших количествах содержат битуминозные вещества (кероген). Согласно оценке Мирового энергетического совета (МИРЭС), содержание нефти в мировых запасах горючих сланцев составляет 411 млрд тонн, из которых (по данным Управления энергетической информации США) 370 млрд тонн считаются извлекаемыми.

Основные ресурсы горючих сланцев – до 70% – сосредоточены в США, в странах ОПЕК их практически нет, около 9% приходится на долю России. Залежи сланцев выявлены в Италии, Австралии, Китае, Канаде, Эстонии.

 До последнего времени сланцы в ограниченном объеме используются в химической промышленности, строительстве и энергоснабжении. Технологии получения нефти из сланцев на промышленном уровне находятся в стадии исследований. Особенно активно этой проблемой занимается компания Shell.

Добыча нефти из сланцев требует громадных по масштабу горных работ: из тонны сланцев получают от 0,5 до 2 баррелей нефти, при этом остается свыше 700 кг пустой породы (объем которой превышает объем исходных сланцев) и происходит загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ртутью, кадмием, свинцом).

Высокая стоимость работ препятствует интенсивной переработке горючих сланцев и нефтеносных песков. Стоимость добычи битумов прогнозируется в размере 220–314 долл./куб.м, а получение синтетической нефти из горючих сланцев – 346 долл./куб.м. Таким образом, крупномасштабная переработка горючих сланцев и битуминозных песчаников – дело будущего.

Газ изо льда

При определенных термобарических условиях молекулы метана способны внедряться в полости кристаллических структур, составленных из молекул воды, образуя соединения включения СН4(H2О)n, которые называются газовыми гидратами. Подобные структуры могут образоваться в донных осадках при давлении 25 атм. и температуре 0oС. Если температура выше, то для образования газогидрата необходимо увеличение давления воды. Именно поэтому газогидраты встречаются в основном в океанах и морях на глубинах от 300–400 до 1000–1200 м. Внешне и по физическим свойствам газогидраты напоминают мокрый снег или лед, причем этот «лед» хорошо горит. Запасы газогидратов в сотни раз превосходят запасы нефти, газа и угля во всех разведанных месторождениях, но до сих пор неясно, как оценивать эти запасы и как они образуются.

Подводная тектоническая активность периодически разрушает газогидратные залежи. А разрушение вызывает резкое понижение температуры в пласте, что создает условия для образования нового гидратного льда.

Причины катастроф в Бермудском треугольнике ряд специалистов объясняет именно быстрым разрушением газогидратов. Дно Мексиканского залива в районе Бермудского треугольника изобилует мощнейшими газовыми потоками, нередко образующими на поверхности моря купола воды и газа. Плотность насыщаемой метаном воды резко снижается, корабль получает отрицательную плавучесть и в считаные секунды тонет. Кроме того, насыщая верхний 100-метровый слой атмосферы и уменьшая в нем концентрацию кислорода, метан может быть и причиной остановки двигателей самолета. А при высоких концентрациях метана может произойти и воспламенение.

Следует отметить, что газогидраты относятся к метастабильным образованиям и при обычном давлении и температуре быстро разрушаются. В нормальных условиях на один объем гидрата приходится до 200 объемов газообразного метана. Таким образом, речь идет, с одной стороны, о скрытом в гидратах метана огромном энергетическом потенциале, а с другой – об огромной опасности, которую газогидраты могут представлять для климата планеты. По мнению климатологов, метан – один из главных виновников глобального потепления. Все парниковые газы сравнивают, как правило, с углекислым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы.

Запасы неисчерпаемы – способы добычи не разработаны

Исследования на континентальных шельфах и в различных акваториях (Тихий и Атлантический океаны, Черное, Охотское, Северное моря, Мексиканский залив и т. д.), проведенные в последние десятилетия, позволяют сделать предположение о крупных скоплениях как газогидратов, так и углеводородов под газогидратными покрышками.

Прогнозные запасы газового гидрата, содержащегося в донных отложениях Мирового океана и в вечной мерзлоте, значительно превосходят прогнозируемые запасы природного газа (от 300 до 600 трлн куб.м) на планете и оцениваются от 2800 до 25000 трлн куб.м. Даже если незначительную часть (10%) этих запасов считать извлекаемыми, они как минимум вдвое превысят количество имеющихся на планете запасов нефти, угля и газа, вместе взятых. Таким образом, морские газогидраты – еще одна кладовая, на которую энергетики мира делают все более серьезные ставки, рассматривая их как наиболее вероятный нетрадиционный источник природного газа.

Многие страны приняли национальные программы по изучению и освоению газогидратных месторождений. Ученые ряда стран (Канады, Великобритании, США, Германии, Норвегии, Японии, Индии, Китая) ведут активные исследования в области разведки и разработки безопасных методов промышленного извлечения газа из гидратов. Однако на сегодняшний день промышленной технологии извлечения газа из газогидратов нет: предложенные до сих пор способы добычи мало эффективны.

Каспий в опасности?

Помимо низкой экономичности есть и другая проблема – безопасность. Разработка месторождений может вызвать дестабилизацию гидратов и превращение сцементированных ими пород на дне моря в разжиженную массу с крупномасштабными подводными обвалами и оползнями и, как следствие, разрушительными приливными волнами. Кроме того, нельзя не считаться и с возможностью выбросов огромных масс метана с морского дна в атмосферу, что чревато экологическими катастрофами.

Последнее в связи с планируемой широкомасштабной разработкой нефтегазовых ресурсов Каспийского моря (только «ЛУКОЙЛ» планирует к 2016–2017 годам довести добычу в российском секторе Каспия до 50 млн тонн условного топлива, а ведь есть еще Кашаган и другие проекты) напрямую затрагивает и страны Каспийского региона. Дело в том, что проходка нефтяных и газовых скважин через гидратсодержащие слои под морским дном может вызвать оттаивание гидратов и деформацию скважин, а следовательно, увеличить риск аварийных ситуаций на добывающих платформах.

По данным российских ученых, земная кора под дном Среднего Каспия раздроблена густой сеткой сейсмоактивных разломов трех направлений – меридионального, северо-западного и северо-восточного, обусловливающих обширные зоны дегазации недр. Донные отложения обогащены сульфидами и покрыты газогидратами. Некоторые специалисты считают, что даже небольшое сотрясение может привести к быстрой фазовой трансформации водно-метановой смеси и образованию газового пузыря. Именно такое высвобождение большого количества газа, по мнению ряда экспертов, привело в свое время к разрушению добывающих платформ в Каспийском море. Так, завалившаяся в начале 1980-х годов буровая установка нефтяников и по сей день лежит на дне моря в окружении восходящих из недр струй воды и газов.

Участились случаи загадочной массовой гибели животных и рыбы на Каспии. К примеру, после массовой гибели в начале апреля 2001 года обитающей на больших глубинах кильки анализ морской воды техногенного загрязнения не выявил. Однако в жабрах и мышцах погибшей кильки были обнаружены газообразные включения. Российские специалисты полагают, что гибель кильки была вызвана мощными выбросами сероводорода и метана в средней части котловины Каспия. Анализ космических снимков показал, что в это время произошло внедрение нижних холодных слоев в верхний теплый слой воды, сопровождавшееся его резким охлаждением. Причиной, возможно, стало разрушение газовых гидратов.

Среди основных факторов этого называется деятельность человека, нещадно эксплуатирующего недра вокруг Каспия и под ним. О наличии большого количества газов свидетельствуют кристаллы газогидратов в донных осадках на Среднем Каспии.

С целью предотвращения подобных (а возможно, и более трагичных по своим последствиям) катастроф при инженерных работах по прокладке газопроводов, создании гидротехнических сооружений, освоении нефтегазовых месторождений в глубоководных акваториях необходимо учитывать специфику донных отложений Каспийского моря.

Все это требует перехода от разрозненных исследований к планомерному изучению субмаринных газогидратов Каспия, незамедлительного решения основных проблем, обусловленных взаимовоздействием пластового флюида месторождений с газогидратами перекрывающих отложений, создания новой техники и технологий, новых конструктивных решений для добывающих платформ.

Статьи по теме:
Спецвыпуск

Бремя управлять деньгами

Замедление экономики разводит все дальше банки и реальный сектор

Бизнес и финансы

Номер с дворецким

Карта столичных гостиниц пополнилась новым объектом

Тема недели

От чуда на Хангане — к чуду на Ишиме

Как корейский опыт повышения производительности может пригодиться Казахстану?

Тема недели

Доктор Производительность

Рост производительности труда — главная цель, вокруг которой можно было бы построить программу роста национальной экономики