Все про нефть и газ. Что представляет собой нефть и является ли она чистым веществом? Влияние добычи нефти на окружающую среду
Что будет с энергетикой, если завтра весь мир откажется от бензина?
При нынешних темпах роста продажи электромобилей в мире будут удваиваться каждые три года. Они начнут доминировать на рынке уже в 2025-м, а дальнейшее ужесточение экологических требований и снижение себестоимости производства полностью вытеснят «грязный» автотранспорт до 2050 года.
В 2013-м продажи самых популярных электромобилей выросли вдвое, до 206 тыс. Власти Евросоюза поставили задачу к 2020 году увеличить количество электромобилей на дорогах до 8-9 млн и для этой цели субсидируют их покупку. Развивается инфраструктура: в 2011-м электрозаправок было около 12 тыс., а к 2020-му их число возрастет до 800 тыс. Производитель электромобилей Tesla Motors планирует покрыть сетью зарядных станций основные магистрали США до конца этого года, а к 2017-му построить завод по выпуску аккумуляторов мощностью 1 ГВт. Себестоимость батарей снизится на 30%.
Перемены в автомобильной индустрии повлекут за собой перестройку энергетической отрасли. Чтобы понять, в какой мере, можно представить, что весь мир пересел на электромобили уже сегодня.
Сколько понадобится энергии, чтобы обеспечить все электромобили? В России легковые машины в среднем проезжают 15,6 тыс. км в год, грузовые - в 4 раза больше. В США - 18,3 и 40,5 тыс. км соответственно. Согласно данным по 72 странам, средний пробег автомобиля составляет 16,4 тыс. км. В 2012 году все 1,14 млрд автомобилей в мире проехали 18,72 трлн км.
Общий расход топлива автотранспорта в 2011-м достиг 1,89 гигатонн условного топлива, что эквивалентно 2,53 трлн л бензина или 22,3 трлн кВт·ч энергии. Обычный автомобиль расходует 13,2 л бензина на 100 км, то есть примерно 117 кВт·ч. Популярный электромобиль Tesla Model S тратит всего 23,6 кВт·ч на 100 км. Таким образом, годовые затраты электроэнергии для всех электромобилей могут составить 4,42 трлн кВт·ч - примерно на 20% больше того, что вырабатывается сейчас.
Для производства такого объема на современных электростанциях с учетом их КПД понадобится сжигать порядка 1,9 млрд тонн каменного угля или 850 млрд куб. м природного газа. Строительство достаточного числа солнечных электростанций потребует 20 млн тонн поликристаллического кремния (ПКК). Если верить физикам, самые значительные, но пока условные объемы энергии получаются с помощью аннигиляции: при КПД 50% из 1 кг антиматерии выходит 25 млрд кВт·ч энергии. На мировой автопарк уйдет 177 кг.
Учитывая КПД ТЭС в 30-42%, для обеспечения всех электромобилей потребуется сжечь не более 950 млн тонн бензина. Это лишь 40% от топлива, сэкономленного за счет вытеснения двигателей внутреннего сгорания. Большая часть нефти идет на производство дизельного топлива и бензина, поэтому спрос на нее упадет в несколько раз.
Более того, сегодня лишь 4% электроэнергии вырабатывается из нефти (41% - из угля, 22% - из природного газа, 16% - ГЭС, 12% - АЭС). С ужесточением экологических стандартов эта доля едва ли увеличится. Получается, что лишняя нефть может оказаться слабо востребованной и в производстве электроэнергии. При резком сокращении спроса и цен на нефть эксплуатация значительной части месторождений углеводородов станет нерентабельной. Зато сократятся выбросы углекислого газа в атмосферу - с 5,7 млрд нынешнего автопарка до 2,4 млрд тонн, выработанных электростанциями.
На самом деле беспокоиться нефтяникам еще рано. Аналитики Goldman Sachs считают, что продажи электромобилей в 2020 году не превысят 1%, их коллеги из PwC и Navigant Research придерживаются более оптимистичных оценок (2,3 и 3% соответственно). Правительство США ставило задачу увеличить число электромобилей на дорогах до 1 млн к 2015-му, однако пока их в 4 раза меньше. Китай также не выполняет поставленную два года назад задачу повышения доли электромобилей. В середине 2014-го на один электромобиль приходилось 200 обычных машин.
Специалисты Министерства энергетики США отмечают, что автопроизводители предпочтут создание более экологичных и эффективных двигателей внутреннего сгорания, а не радикальные перемены в своем модельном ряду. Топ-менеджеры крупнейших автомобильных корпораций (Toyota, Volvo и Renault-Nissan) согласны, что большое будущее имеют гибриды с двигателем внутреннего сгорания. По крайней мере, им это было бы гораздо выгоднее.
Баррели, тонны, кубометры и гектолитры… Миллионы, миллиарды. А куда собственно уходит нефть? Что из нее делают, что производят? Почему она дорогая и почему будет дорожать и дальше?
Баррель нефти - это всего 42 галлона. Т.е. баррель нефти - это 158,98 литра. Почему существуют такие дурацкие единицы измерения? Как и все в мире - по историческим причинам. Нефтяная торговля идет на баррели и с этими глупыми единицами приходится считаться.
Напомню, что баррель нефти стоит сейчас $101,70. Иными словами, литр черной жижи, по слухам - остатков пней и динозавров — расценивается в 64 цента. Поскольку весит нефть существенно меньше воды, то при пересчете на килограммы выходит около 80 центов.
Килограмм нефти стоит дороже килограмма сахара! Это при том, что нефть, зачастую добывается очень просто и дешево (в ряде регионов - ведрами и лопатами), а производство сахара - это целый процесс. Килограмм сырой нефти стоит дороже килограмма зерна, килограмма овсянки. В то время, как совершенно ясно - требует намного меньше затрат. Литр нефти стоит дороже, чем крестьянское молоко. Можно было бы сказать, что «цены на нефть перегреты», если бы не одно обстоятельство - замены для нефти нет и в ближайшее время не будет. И она кончается.
Замены нефти быть не может. Продукты нефтехимии, даже самые простые абсолютно незаменимы. Бензин, керосин, солярка - самые компактные и безопасные формы хранения энергии. Все альтернативы им - в лучшем случае дорогая игрушка, в худшем - сломанная дорогая игрушка.
Итак, добытый баррель нефти, знаменитая синяя бочка, ввозится на переработку. Что из него получается:
85,55 литров - вожделенного, сладкого, липкого бензина;
25,36 литров - народно-хозяйственного дизеля, топлива тракторов и джипов
20,82 литров - авиационного керосина
9,08 литров - сольвента, смеси растворителей
8,33 литров - графитовой сажи
5,68 литров - мазута
4,54 литров - сжиженного газа
3,03 литров - битума
1,51 литров - смазочные материалы, консистентные смазки
2,65 литров - другие полезности
Т.е. всего получится 166 литров разного рода незаменимых вещей. В зависимости от марки нефти эти показатели могут сильно меняться - например битума будет больше, бензина меньше. Нефти многих месторождений СССР имеют такой состав - в них много парафина и прочих тяжелых фракций.
Наша бочка превратилась в десяток более мелких бочек и бутылок, что кстати объясняет такой факт - цены на бензин не точно коррелируют с ценами на нефть. Если бы все, кроме бензина, выкидывалось бензин бы стоил намного больше.
Теперь из всего этого можно сделать пластмассовых роботов, именинные свечи, вазелин, лекарства, краски и все что вы видите вокруг, кроме разве что бетонных стен. Есть предложения, чем заменить нефть?
Добыча нефти - сложный и многоступенчатый процесс, поэтому необходим комплексный подход, включающий несколько стадий изучения, требующий огромных инвестиций и трудозатрат. Стремление к максимизации эффективности, сокращению издержек и исключению негативных последствий для окружающей среды подталкивает нефтедобывающие компании к внедрению инноваций и тщательному исследованию месторождения задолго до того, как на нем началась работа.
А стоит ли оно того?
Геологоразведка предшествует непосредственно добычи и требует огромных инвестиций, использования самых современных технологий, глубокой и всеобъемлющей экспертизы. Бурение самой простой неглубокой скважины обходится в миллионы рублей, на шельфе, например, в Северном море, затраты могут достигать 1,5 млрд, и это не предел.
На таком фоне значение всех этапов геологоразведки трудно переоценить, ведь каждая скважина, промахнувшаяся мимо нефти, может стать причиной огромных убытков. А для долгосрочного развития компании и отрасли в целом необходимо постоянно искать новые места залегания нефти. Даже небольшие перерывы чреваты резким снижением добычи в будущем.
В те времена, когда углеводороды практически не применялись в промышленности, а ценилась только их горючесть и вязкость, за миллионами баррелей никто не гнался. Поэтому добывали сырье часто там же, где увидели его на поверхности почвы, и никто не мог предугадать, когда оно закончится. По мере развития индустрии в начале двадцатого века потребовались большие объемы сырья, и именно это время можно считать точкой отсчета для геологоразведки в современном понимании.
Где искать нефть?
Одно из ключевых свойств нефти заключается в том, что она обладает меньшей плотностью, чем вода. Проверить это очень легко: налейте в любую емкость подсолнечного масла и добавьте воду. Вода окажется внизу, масло поднимется наверх. Если в емкости остался и воздух, представляющий собой смесь газов, то он расположится на самом верху, сформировав третий слой. Именно так нефтеносные пласты и формируются: снизу вода, посередине нефть, выше - природный газ. Породы, заключающие нефть и допускающие свободное перемещение и накопление жидкостей и газов, называются коллекторами. Чаще всего они - осадочные. Пористость коллекторов зависит от типов зерен, а также от наличия цемента. Проницаемость определяется размером пор и их сообщаемостью.
Главнейшими коллекторами нефти являются пески, песчаники, конгломераты, доломиты, известняки и другие, хорошо проницаемые горные породы. При этом для формирования коллектора необходимо, чтобы пористый слой был заключен между непроницаемыми слоями, например, глиной и гипсом.
Нефть залегает в так называемых "ловушках", в которых богатые углеводородами слои оказываются зажатыми между непроницаемыми слоями. Они являются главной добычей нефтяников. Но бурить наугад бесполезно, ведь большинство месторождений расположены на глубине более километра и с поверхности ловушки не видно. Чтобы увеличить шансы на успех, нефтяники используют аэрофотосъемку и сейсморазведку.
Аэрофотосъемка и сейсморазведка: это еще что?
Чтобы увеличить шансы на успех, человечество сначала научилось анализировать местность, по косвенным признакам определяя, где же находится нефть. Это направление получило развитие после появления аэрофотосъемки. В наши дни упор делается на аэромагнитную и гравиметрическую съемку - с помощью таких методов можно выявить структурные особенности почвы.
Более того, сегодня нефтяникам помогают и космические технологии: группировка российских научных спутников помогает определить, как формировалась почва, и где может залегать сырье. Важную роль играют и экспедиции, цель которых - выяснить, целесообразно ли начинать бурение.
Сегодня сейсморазведка на суше осуществляется с помощью специальных передвижных платформ и сети из тысяч высокоточных датчиков. Компьютеры на основе полученных данных составляют карту, на которой отчетливо видны не только очертания, но и сведения о составе тех или иных слоев. Дело в том, что разные по типу породы по разному отражают звук, то есть соль "поет" не так как, например, глина.
Звуковые волны способны пронизывать землю на 3 км в глубину и более. Почва хорошо проводит звук.
А как это работает в большой воде?
Специфика работы на шельфе заключается в том, что здесь приходится использовать пневматику. Сначала на дно опускается сеть датчиков, а затем корабль с помощью специальных звуковых пушек, высвобождающих сжатый воздух, отправляет звуковые сигналы, которые и позволяют узнать, что же находится под морским дном. Данные технологии применяются только вместе с целым комплексом мер по предотвращению влияния на морскую фауну.
Проверочная работа
После того как было принято решение о том, как глубоко и где конкретно находится ловушка с нефтью, приходит время проверочных скважин. На самом деле, если мы говорим о стратегической геологоразведке, то опорные, параметрические и структурные скважины могут буриться и на ранних этапах, чтобы определить, на какие месторождения компания может рассчитывать в будущем.
Если же говорить о запуске коммерческого использования конкретного месторождения, то здесь важно понять, сырье какой категории и в каком объеме находится под землей, насколько легко оно извлекается, и вообще, с точки зрения монетизации, стоит ли начинать здесь полномасштабную добычу?
Интересно, что первой целью при бурении поисковых скважин становится не сама нефть, а столбик породы, так называемого керна. На поверхность поднимают образец того или иного пласта цилиндрической формы, который затем направляется на детальный анализ в лабораторию. Сделав выводы о перспективах добычи нефти на основе структуры керна, пробу отправляют в специальное кернохранилище, где она будет оставаться всегда, даже когда само месторождение будет выработано.
Помимо физических проб, нужно добыть и дополнительную информацию. Например, о том, как пласт почвы меняется по мере удаления от скважины. Под землю могут опустить специальный геофизический зонд. Надо сказать, что нефтяники не лишены юмора. Этот метод называется каротаж от французского "carotte" ("морковь"). Уж очень высокотехнологичный зонд похож на морковку.
Вот такую трудоемкую работу приходится проделывать до полномасштабной добычи нефти.
Каждый раз, когда человек слышит по радио или читает в газете, что нефть дорожает, у него возникает мысль, что в очередной раз повысятся цены на топливо.
Однако, если разобраться в процессе утилизации и переработки нефти, то можно заметить, что подорожание нефти сказывается не только лишь на ценах на топливо. Продукты переработки нефти используются для производства многих вещей и предметов, с которыми человек имеет ежедневный контакт, и даже не подозревает, что тот же чайник, зубная щётка, телевизор когда-то раньше были всего лишь “чёрной жидкостью”.
Естественно, большая часть добытой нефти идёт на производство пластмассы (это полимерное вещество, которое, в свою очередь, синтезируется из мономеров), которая входит в состав, как уже говорилось выше, зубной щётки, пластмассового чайника, корпуса телевизора и мониторов для компьютеров, игрушек для детей, изоляции кабелей, посуды, светильников, упаковок, спортивного инвентаря. То есть для всего, что состоит из пластмассы или же пластика .
Получается, что человек даже не задумывается о масштабах использования нефти и сколько именно «нефтяных» предметов прошло через его руки сегодня.
К примеру, нефть идёт на получение так называемого АСБ-пластика, который, в свою очередь, используется для изготовления крупных деталей автомобиля, для производства оболочки многих кабелей, игрушек и обувной подошвы. Из стирола, который так же является продуктом переработки нефти, изготавливают канцелярские принадлежности, холодильники и даже сантехнику.
Всем известный полиэтилен , который сейчас является самым часто используемым упаковочным материалом, когда-то раньше был нефтью. Кроме того, он используется и при производстве бутылок и других ёмкостей.
Многие знают, что для изготовления очков и многих осветительных приборов используют оргстекло. Оно называется полиметилметакрилатом, предшественником которого тоже является нефть, которая становясь полиуретаном используется при изготовлении матрасов и подошв для обуви.
Однако, это было сказано лишь о пластмассовых вещах, хотя нефть идёт и на производства резиновых вещей, таких как шины для автомобильных и прочих колёс, игрушек, прокладок для сантехники, спортивного инвентаря.
Также в нашу жизнь плотно вошли различные синтетические ткани, которые образуются путём переработки полимеров. Их пропускают через специальные отверстия, получая при этом синтетические тяжи, которые используются для изготовления полотна. Самыми известными являются полиамидные волокна – это, к примеру, капрон, анид и энант, - диапазон использования которых достаточно широк: швейные нитки, рыболовные сети, конвейерные ленты.
Следует заметить, что продукты переработки нефти также идут на производство современных, довольно эффективных моющих средств, бытовой химии. Их главным преимуществом перед натуральными средствами является высокая эффективность и мощное действие.
Кроме того, можно привести в качестве примера несколько интересных фактов. К примеру, в Род-Айлендском университете учёные изобрели пластмассу, которая способна изменять свой цвет при определённой температуре. На данный момент это 82 градуса. При таком значении она становится жёлтой.
Получается, что возможность использования такой пластмассы практически не ограничена. Её можно использовать и в декоративных целях, и в санитарных целях (по цвету можно будет определить, как долго продукты находились при высокой температуре).
Следует заметить, что в год мировое производство выпускает порядка 200 миллионов тонн пластмассы. Хотя массовый выпуск продуктов переработки нефти (гребней, пуговиц и игрушек) начался лишь в конце XIX века.
Согласитесь, что было бы неплохо иметь свою качалку. Нет, не для того, чтобы бесплатно заниматься весь день спортом. Речь идёт немного о других качалках. О тех, с помощью которых с километровых глубин на свет божий поднимают самое ценное, что есть у человечества, и из-за чего оно ведёт бесконечные войны — нефть. Так получилось, что нефть есть не везде. А там, где она есть, её нужно суметь добыть. Кстати, в Ульяновской области тоже есть нефть. Пусть её не так много, и она не такая хорошая, как в Сибири (это даже хорошо в каком-то смысле), пусть её не так легко добыть, как в Катаре, но она есть. И её успешно добывают тут аж с 70-х годов.
Хотите узнать, как это делается и можно ли поставить рядышком свою собственную качалку?
(ВНИМАНИЕ! Лужа на фото — не растёкшаяся нефть, а последствия удивительно жаркого и сухого лета в Центральной России)
С третьей попытки
Чёрное золото в Поволжье было обнаружено еще в 18 веке, но тогда такого ажиотажа, как сейчас, оно не вызывало, поэтому про нефть успешно забыли. Спустя 200 лет, когда после Второй мировой войны стране нужно было много топлива, сюда отправили первые геологические разведки. Они-де и отчитались о Поволжье, как о районе огромных нефтяных месторождений!
Но немного просчитались.
Приехавшие сюда следом за геологами буровики дали куда более скромные оценки. Но скважины всё же пробурили. И опять о них забыли.
Третий раз про Поволжскую нефть вспомнили уже только в 1976 году. И поспособствовали этому... деревенские пироманы!
На поверхность одной из законсервированных в 50-х годах скважин за 20 лет вытекло под естественным давлением целое озеро нефти. Местные любители огонька решили "море синее зажечь" и с N-й попытки им это удалось. Нефть вспыхнула как факел, вода под ней вскипела и начала выбрасывать высоко в голубое небо горящие водонефтяные фонтаны. Поднялись клубы чёрного дыма, которые было видно даже из окон Кремля. Так и вспомнили, что на берегах Волги уже много лет пропадает народное достояние. В 1977 году в Новоспасском были запущены в эксплуатацию первые скважины "Новоспасскнефти", приносящие стране около 12000 тонн бурой жидкости в год.
После распада Союза "Новоспасскнефть" превратилась в АО "Ульяновскнефть" и вместе с другими нефтедобытчиками Ульяновска и Пензы была включена в холдинг "РуссНефть".
Сейчас у "Ульяновскнефти" 259 добывающих скважин на территории 33-х месторождений Ульяновской и Пензенской областей. Их силами выкачивается из земли более 700 000 тонн нефти в год.
Качалка
Давайте посмотрим, как устроена типичная нефтекачалка — глубинный штанговый насос. Одна из таких и установлена в Новоспасском районе Ульяновской области. Глубина её скважины — 1300 метров. Это как раз та скважина, которою пробурили еще в 50-х годах и законсервировали.
Принцип работы станка-качалки очень прост. Представьте себе, что вам нужно из пузырька, не переворачивая его, вылить какую-нибудь жидкость. Как лучше всего это сделать? Правильно — взять шприц и за несколько приёмов выкачать её оттуда. Так же работает и нефтекачалка. Только вот пузырёк с жидкостью находится на глубине более километра. "Шприц" (поршневой насос) опускают на самое дно скважины, а его хвостовик соединяют с поверхностью сваренными между собой стержнями-штоками.
Приводимый в движение электромотором станок совершает возвратно-поступательные движения балансиром, двигает глубинный поршень вверх-вниз, и тот поднимает столб нефти на поверхность. Там, в зависимости от объёмов запаса (дебетности) месторождения, нефть попадает либо в подземный нефтепровод, либо накапливается в хранилище, откуда её регулярно забирает нефтевоз — та самая воняющая тухлыми яйцами оранжевая автоцистерна, за которой вы плетётесь, ожидая "окно" для обгона.
Однако, добытая сырая нефть мало куда годится и до товарного вида ей нужно пройти путь очистки. Дело в том, что нефть, поднимаемая с глубин, смешана с грунтовыми водами. Получается своего рода эмульсия, в которой содержится много воды. К примеру, на этой скважине доля воды в смеси — 68%. Понятно, что никто не хочет транспортировать и покупать воду, поэтому первым делом от неё избавляются. Для этого сырую нефть по трубопроводам или автоцистернами доставляют на УПСВ — установку предварительного сброса воды. Там смесь отстаивается, сепарируется и деэмульсируется.
Следующий этап — центральный пункт подготовки нефти (ЦППН). Здесь нефть окончательно очищают от ненужных примесей, доводят до стандарта и заливают в систему трубопроводов "Транснефти" под маркой Urals (тяжёлая, высокосернистая нефть).
Скайнет "Мегафона"
У "Ульяновскнефти" более 200 качалок, разбросанных по центру и югу Ульяновской области. Как правило, стоят они в чистом поле, куда нельзя проложить даже отсыпанную гравием дорогу (земли вокруг качалок зачастую используются как пахотные). Как управлять качалками? Как отслеживать, работают они или стоят? Как охранять их от посягательств любопытных граждан?
Можно было бы посадить возле каждой сторожа и оператора, но тогда вся прибыль компании уходила бы им на зарплату. Что же делать?
Конечно же, сейчас на дворе 21-й век и управлять качалками можно удалённо, используя мобильную сеть. К примеру, качалки "Ульяновскнефти" обмениваются данными с центром мониторинга в Новоспасском через сеть "МегаФон". Эта технология имеет название M2M — Machine-to-machine, "машина с машиной". Вот так, машины общаются между собой и люди им совсем не нужны...
Каждый станок-качалка оснащена блоком управления, в котором есть два модема, через которые в центр управления отправляется телеметрия и принимаются различные команды. К примеру, можно удалённо остановить или запустить станок, получить оперативную информацию о его состоянии и в случае поломки незамедлительно выехать на место.
Информация кодируется и отправляется по GPRS в центр, где она отображается на экране оператора.
Но это еще не всё. С помощью M2M "Мегафона" снимаются и передаются в пункт учёта показания счётчиков расхода электроэнергии. Эта система позволяет сэкономить уйму времени при расчёте затрат электроэнергии каждой качалки.
Поставщик электроэнергии самостоятельно обращается к базе данных и на основе её данных автоматически формирует счёт на оплату.
Вот этот волшебный ящик у трансформатора:
С помощью чёрной антенны и передаются данные по мобильной связи.
И это не всё! Симки "Мегафона" установили даже в те самые нефтевозы. Каждая машина оборудована системой "ГЛОНАСС", которая помогает отследить местоположение автоцистерны на карте. Датчики уровня топлива через мобильную связь передают данные о количестве солярки в баках и сигнализируют о его резком падении. Да, так бывает, когда за счёт компании водитель решает заправить свой трактор или "толкнуть горючку налево". Система мониторинга решает и эту проблему.
Ульяновские нефтяники остановили свой выбор на "МегаФоне" из-за того, что у этого оператора большое количество базовых станций и наиболее устойчивый сигнал связи, что очень принципиально.
Можно ли добывать нефть самому?
Уже давно прошли те романтические времена фонтанирующей из скважины нефти. Чтобы что-то вычерпать из глубин земли, нужны технологии, машины, люди и глубокие знания. По Конституции РФ недра России принадлежат государству и народу, проживающему в нём. Это означает, что теоретически вы можете поставить свою качалку и качать, качать, качать сколько душе угодно! Но на практике всё намного сложнее. Чтобы начать добывать нефть, нужно получить лицензию на этот вид деятельности. А вот сделать это может только ограниченный круг лиц, доказавших свою состоятельность в данном вопросе.
Для того, чтобы разрабатывать месторождение нужно всего-навсего:
- Разведать и определить его запасы;
- Определить лимиты добычи;
- Доказать, что вы сможете придерживаться этих лимитов и ежегодно докладывать перед комиссией об успехах и провалах свой миссии. За последние вас просто лишат лицензии. Категорически запрещено качать больше и не приветствуется добыча нефти меньше установленных лимитов.
Но, поговаривают, нефть сейчас сильно подешевела. Добывайте лучше биткоины, а нефть оставьте профессионалам. :)
