Александр Проценко - Энергетика сегодня и завтра
Перспективнее всего пока что увеличивать отдачу обычных неглубоких нефтеносных пластов. Ведь в среднем в мире из нефтяных месторождений извлекаются всего 25–35 процентов запасов, у нас — до 40–45 процентов. Чтобы повысить нефтедобычу, месторождение заводняют. Через часть скважин в пласт закачивается вода.
Она как поршень выталкивает более легкую нефть из пористого нефтеносного слоя в эксплуатационные скважины. Увы, очень часто вода прорывается непосредственно к скважинам, и насосы начинают качать наверх нефть, «разбавленную» водой.
Многие месторождения содержат очень густую, вязкую нефть. Ее трудно поднять на поверхность с помощью обычных методов, так что с глубин извлекаются всего 6–8 процентов общих запасов сырья. Но достаточно подогреть нефть до 100 °C, и она становится текучей, как вода. Как это сделать? Проще всего поджечь нефть под землей и непрерывно подавать воздух для горения.
Но тогда не избежать закоксования пласта, взрывоопасности и потери сжигаемой нефти. Привлекательнее закачивать с поверхности в скважину горячую воду или пар. Нефть разогревается и становится менее вязкой, легче поднимается на поверхность. Пар же можно получать в котлах, сжигая газ или уголь или используя ядерный реактор.
Недавно советские ученые предложили новый способ почти полного извлечения жидкого топлива после заводнения месторождения. В этом методе сочетается тепловое воздействие с насыщением нефти газом. А для того, чтобы ускорить всплытие нефти и ее сбор в подземных; куполах, в пласте с помощью специальных виброустановок создаются мощные сейсмические колебания.
Виброустановка с усилием до 2000 килоньютонов эффективны для глубин 200–300 метров, а в сто раз более мощные источники сотрясения земной толщи позволяют воздействовать на месторождения, лежащие на глубинах до полутора километров.
Если бы удалось добиться почти 100-процентной степени извлечения нефти из пластов, то, пожалуй, нефтяная проблема на какое-то время потеряла бы свою остроту. Однако резкое удорожание разведки и добычи нефти не оставляет места для благодушия.
Рассмотрим положение с запасами и добычей нефти в нашей стране. Наиболее перспективный нефтегазовый район — Западная Сибирь. Кроме того месторождения могут быть открыты также на континентальном шельфе, площадь которого в нашей стране составляет около С миллионов квадратных километров.
В то же время средняя глубина нефтяных скважин увеличилась в стране с 1350 метров в 1950 году до почти 3000 метров ныне. Кое-где уже разведываются и эксплуатируются нефтегазовые горизонты на глубинах 4–6 километров. И если в 1960 году почти всю нефть давали залежи в европейской части СССР, то теперь две трети ее добывается в Западной Сибири, в том числе в труднодоступных, малоосвоенных районах.
Поддерживать высокий уровень нефтедобычи в Тюменской области стало очень тяжело. Продуктивность действующих скважин упала почти вдвое. Новые скважины дают вдвое меньше, чем старые. Естественно, увеличивается объем бурения, растут капитальные затраты. Еще сильнее упала добыча в других месторождениях страны. В последние годы тюменские нефтяники каждый год выкачивали из-под земли на 17 миллионов тонн топлива больше, но из них 14 миллионов покрывали падение продуктивности других месторождений. Нефтяникам приходится вслед за газовщиками идти на север Западной Сибири, интенсивнее осваивать нефтеносные пласты Казахстана, Восточной Сибири и морских мелководий.
Вот некоторые данные из книги «Энергетический комплекс СССР», изданной под редакцией известных советских энергетиков Л. Мелентгева и А. Макарова, активных участников разработки Энергетической программы СССР, показывающие изменение условий нефтедобычи.
Оказывается, за 20 лет средняя длина трубопровода возросла с 350 до 2000 километров, а капиталовложения, необходимые для обеспечения прироста добычи нефти на одну тонну в год, выросли со 100 до 300 рублей. Сейчас нефть обходится почти в два раза дороже газа.
Таким образом, независимо от того, много или мало нефти осталось в земле, затраты труда, материалов и энергии на ее добычу существенно выросли. И продолжают расти дальше. А месторождения между тем истощаются. Где же выход? Не перейти ли на другие источники энергии? Ведь, ко всему прочему, нефть недаром называют «черное золото». Она сама по себе ценнейшее углеводородное сырье, чудесный дар природы.
Пока не до конца ясно, как природа выпестовала это свое сокровище. Первобытная органическая материя, слепленная всего из атомов водорода и углерода, а сколько разнообразных и полезных свойств! На долю кислорода, азота и серы, также присутствующих в нефти, приходится не более 2–6 процентов состава нефти.
Соединены углерод и водород в различные большие молекулы — углеводороды — с молекулярным весом до 250–300. Такое разнообразие углеводородов и определяет многочисленные полезные качества нефти.
Так, из нее вырабатывают различные дезинфицирующие, болеутоляющие и рассасывающие средства.
Способность «черного золота» задерживать разложение и гниение используют для защиты деревянных конструкций, бальзамирования, обеззараживания различных очагов инфекции. Резкий своеобразный запах отпугивает насекомых — вредителей сельского хозяйства.
Очень поучительная история использования нефти в качестве топлива. Трудно себе представить, но были времена, когда человек не умел ее сжигать в обычных топках. Она потреблялась главным образом для разжигания твердого топлива. В древности горючесть нефти использовалась только на создание оружия типа горящих стрел и сосудов со вспыхивающей жидкостью, забрасываемых метательными машинами в осажденные города.
Даже в начале нашего века не знали, что делать с бензином. А эта фракция нефти, получаемая при ее атмосферной перегонке, горит с большой скоростью, легко испаряется и очень пожароопасна. Нефтепромышленники в Баку не знали, куда девать бензин, и избавлялись от него самыми различными способами, например сливали его в море, но тайком, потому что знали — из-за бензина гибнет рыба и могут быть протесты. Рыли также специальные ямы для сжигания бензина. Сотни тысяч тонн его в начале нашего века пропадали впустую.
Были объявлены конкурсы на лучший метод уничтожения самой горючей фракции нефти. Только изобретение двигателя внутреннего сгорания прекратило это энергетическое кощунство.
Долгое время примерно так же обстояло дело и с мазутом. Если бензин выделяется при температуре 50- 200 °C, то затем при повышении температуры последовательно выкипают лигроин, керосин, дизельные топлива.
Остается мазут. Продолжая процесс атмосферной перегонки, из мазута получают далее различные масла, вазелин, парафин. Остается гудрон, но и из него можно выделить смазочные масла, а потом битум, нефтяной кокс. Кстати, на одном из совещаний с удивлением узнал, что до сих пор нефтепереработчики планируют производство нефтяного кокса. Конечно, нефтяной кокс неплохое сырье для получения высококачественных электродов, однако не выгоднее ли добиваться их изготовления другим путем, не расходуя такой ценный исходный продукт, как нефть.
Выдающиеся отечественные ученые понимали ценность «черного золота», искали пути наиболее рационального и полного его использования. Много сделал в этом направлении известный инженер В. Шухов, про славившийся сооружением изящной Шуховской башни на Шаболовке в Москве. В 1887 году он, например, разработал устройство, в котором струя распыленного мазута смешивается с необходимым для горения воздухом.
Идея форсунок Шухова лежит в основе всех современных горелок, предназначенных для жидкого, газообразного или пылевидно-угольного топлива.
В. Шухов создал также первый нефтепровод. Он предложил новую схему процесса расщепления нефти и сконструировал соответствующую аппаратуру. Ему удалось существенно усовершенствовать и конструкцию глубинного насоса.
Важная и до сих пор не решенная до конца проблема, которой небезуспешно занимался наш знаменитый ученый-конструктор, — утилизация попутного газа. Ведь нефтяные залежи обычно сопровождаются газоносными пластами/ В. Шухов долгое время работал в Баку, где с давних времен вокруг загорающихся газов, просачивающихся из земных недр, воздвигались храмы огнепоклонников. Остатки одного из таких храмов с естественным «вечным огнем» сохранились неподалеку от Баку в селении Сураханы — там сейчас создан музей.
И вот В. Шухов в 1880 году предложил использовать попутный газ, выходящий из нефтяных скважин, для интенсификации добычи нефти — газ собирают и компрессором закачивают обратно в скважину. Он пробулькивает через нефть, увлекая ее за собой. В результате она поднимается из скважины с гораздо большей скоростью.
Таков принцип газлифта, который через столетие после открытия В. Шухова все еще недостаточно активно внедряется в практику нефтедобычи.
