Семь элементов, которые изменили мир - Джон Браун

Добыча нефти

Проведя исследования, нужно пробурить скважину, чтобы выяснить, есть ли нефть. В последние годы новые технологии дистанционного зондирования снизили вероятность неудач, но и успех никогда не может быть гарантирован; напоминанием служит история скважины Муклук [42].

После обнаружения нефти месторождение должно эксплуатироваться таким образом, чтобы обеспечить прибыль инвесторам и ренту собственнику территории, обычно государству. Но месторождения, не требующие больших усилий для освоения, уже активно эксплуатируются. То, что еще можно освоить, находится в труднодоступных местах. В первые десятилетия XX в. компании начали переходить от разработки месторождений на суше к подводным месторождениям и стали бурить скважины в озерах Венесуэлы, Техаса и Луизианы. Освоение морского шельфа проходит труднее, потому что море глубже, ветры сильнее, а волны выше.

Самый впечатляющий проект морского бурения я видел в Каспийском море недалеко от столицы Азербайджана Баку. О нефтяных пятнах на воде давно сообщали капитаны местных судов, а многие морские скалы часто оказывались покрыты черной нефтяной пленкой. В 1947 г. в Каспийском море на прибрежных скалах построили первую, довольно шаткую буровую платформу. Позднее стало появляться все больше и больше платформ, которые соединялись временными деревянными мостами. С берега на баржах подвозили валуны для строительства новых искусственных островов. К 1955 г. Нефтяные Камни, как стало называться новое поселение, производили нефти больше, чем где-либо еще в Азербайджане, экспортируя 14 000 000 баррелей черного золота в год. Пятиэтажные многоквартирные дома, магазины и отели поднимались буквально из воды, обеспечивая проживание все большего количества людей, приезжавших работать на нефтяное месторождение. Но остальная часть богатейших нефтяных запасов Каспийского моря находится восточнее Нефтяных Камней под более толстым слоем воды. Освоение этих месторождений, иногда находящихся на глубине шести километров ниже поверхности моря, потребовало бы чего-то большего, чем платформы на деревянных подпорках вблизи морского берега.

Я впервые посетил Баку и Нефтяные Камни в 1990 г. вскоре после распада СССР, когда British Petroleum начала обсуждать вопрос о создании предприятия для исследования глубоководной части Каспийского моря [43]. Плачевное состояние города меня поразило. Типы, подпиравшие заборы, казалось, взяты из известной сцены фильма «Звездные войны». Вследствие долгого пребывания страны за «железным занавесом» технология, использовавшаяся в Нефтяных Камнях, совершенно устарела и не позволяла рассчитывать на освоение глубоководных месторождений Каспия. Но не все надежды потеряны. В течение первых нескольких лет нового тысячелетия импортируемые с Запада технологии позволили освоить гигантское месторождение Чираг-Азери-Гунашли.

Освоение все более и более глубоководных месторождений требует огромных инвестиций в разработку новых технологий. Примером может служить месторождение Тандер Хорс: здесь для добычи нефти пришлось построить гигантское плавающее сооружение, о котором рассказывалось в предыдущей главе, посвященной железу. Глубина залегания нефти составляет 2000 метров ниже уровня воды. Для сравнения: в Каспийском море этот показатель составляет 200 метров, а вблизи Нефтяных Камней – всего 20 метров. Капитальные затраты очень высоки, но каждый год технология совершенствуется, и себестоимость добычи барреля нефти снижается [44]. И здесь можно добиться еще очень многого – добычи нефти в более глубоководных районах, а также повышения процента нефти, извлекаемой из пластов (сегодня после прекращения эксплуатации месторождения обычно 60 или более процентов остается под землей). Причина чисто экономическая: извлечение большего количества нефти становится все более дорогим, а значит, неприбыльным. Издержки предполагается снизить благодаря применению новых технологий.

Как поддерживать текучесть нефти

Французский инженер Анри Дарси, работавший в XIX в. в Дижоне, был внимателен. Он пристально следил за тем, как вода проходит через разные типы горных пород на дне городских фонтанов, и задавался вопросом, что определяет ее скорость. Позднее он составил формулу для описания скорости течения жидкости через проницаемый материал. В его честь она получила название формулы Дарси [45], а степень проницаемости измеряется теперь количеством «дарси в час». Эта формула помогает объяснить четыре разных способа, которыми может быть улучшен показатель извлечения нефти из пласта, – или, как говорят специалисты, показатель повышения нефтеотдачи. Во-первых, если естественное давление нефти в пласте слишком низкое, чтобы заставить нефть подниматься на поверхность, можно повысить его, закачав воду, природный газ, азот или двуокись углерода [46]. Часто это самый простой способ повысить показатель извлечения нефти. Во-вторых, можно задействовать бо́льшую часть пласта, пробурив горизонтальные каналы в стороны от основной скважины. В-третьих, можно сделать нефть менее вязкой или менее склонной оставаться в полостях нефтеносной породы (нефть удерживается там так называемой силой поверхностного натяжения жидкости). Один из способов достичь этого результата – закачать в пласт газ, в частности сжиженную двуокись углерода, чтобы он смешался с нефтью. Другой способ – нагревание нефти. Оно требуется для так называемой тяжелой нефти, которая встречается в нефтеносных песках Канады и Венесуэлы [47].

Наконец, в-четвертых, можно повысить нефтеотдачу за счет проницаемости нефтесодержащей породы. Это самый старый метод, используемый с первых дней существования нефтяной отрасли.

В 1865 г. полковник Эдвард Робертс учредил Roberts Petroleum Torpedo Company. До этого он три года участвовал в Гражданской войне и наблюдал, как артиллерийские снаряды, выпущенные армией конфедератов, взрывались, попадая в укрытия вдоль линии фронта. Он подумал: дробление нефтесодержащей породы может повысить извлечение нефти из скважины. Робертс наполнял порохом тонкие металлические трубки, опускал их в скважину и затем поджигал, благодаря чему удавалось повышать добычу нефти из скважины, пусть и совсем ненадолго. Позже предпочтительным взрывчатым веществом стал нитроглицерин. К сожалению, он нередко взрывался от неосторожного обращения, убивая и калеча людей [48].

Столь грубые методы перестали использовать с середины XX в. после создания технологии гидравлического разрыва пласта. Благодаря закачиванию жидкости (обычно смеси воды, химикатов и песка) в горные породы, содержащие нефть или газ, гидравлический разрыв значительно повышает проницаемость пород, в результате удается извлекать больше нефти или газа.

Сегодня эффективные методы повышения нефтеотдачи пластов очень востребованы. На некоторых месторождения неизвлеченной остается до 80 % нефти. На других же никакая добыча невозможна без гидравлического разрыва пласта – в частности, на американских месторождениях сланцевого газа и трудноизвлекаемой нефти.

Обычно дешевле разведывать и осваивать новые месторождения, чем пытаться выжимать максимум из давно эксплуатируемых. Однако в последние годы, когда цена на нефть резко поднялась, потенциал применения методов повышения нефтеотдачи также быстро вырос: по оценкам экспертов, за пять лет, то есть к 2009 г., потребность в них увеличилась в 20 раз.