Как добывают нефть

Запустить человека в космос гораздо проще, чем выкачать нефть из-под земли. В космосе нет чудовищного давления, атмосфера нашей планеты практически однородна, наконец, мы при помощи довольно примитивных инструментов можем наблюдать, что же происходит там, наверху. Олег Макаренко из Санкт-Петербурга побывал на месторождении Южно-Приобское, где в современных условиях добывают нефть и делится с читателями своим интересным рассказом об этом.

В прошлом добыча нефти была делом нехитрым: кое-где нефть выходила прямо на поверхность, и её можно было прямо черпать вёдрами. В древней Индии из нефти делали асфальт и битум, в древнем Египте нефть использовали для бальзамирования трупов, в Византии нефть, как мы знаем из отечественной истории, использовали в качестве топлива для примитивных корабельных огнемётов, так называемого «греческого огня».

В конце XIX века за нефтью пришлось уже спускаться под землю. Инженеры в России и в других странах бурили скважины, выкачивая через них драгоценную жидкость. Глубина тех скважин была по современным меркам совсем небольшой — достаточно было «проколоть» в нужном месте слой в 15-20 метров, и находящийся под землёй нефтяной пузырь начинал немедленно фонтанировать нефтью.

Шли годы и десятилетия. Расположенная в удобных местах нефть закончилась, а наша цивилизация тем временем вступила в углеводородную фазу, поставив всю экономику в зависимость от добычи нефти и газа. Когда вам будут с придыханием рассказывать про айфоны и солнечные батареи, подпирайте голову кулаком и скептически улыбайтесь: современный мир держится не на айфонах, а на углеводородах. Из нефти делают топливо для автомобилей, самолётов и кораблей, при помощи газа и мазута топят котельные. Всё вокруг нас буквально кишит предметами из пластика, а если мы откроем аптечку, мы найдём там, к примеру, синтезируемый из нефти аспирин.

Пятьдесят лет назад у человечества не осталось иного выбора, кроме как научиться добывать нефть из таких мест, которые ещё относительно недавно казались абсолютно недоступными для коммерческого освоения. Приятно сознавать, что огромный вклад в разработку нужных для этого «космических технологий» внесла и Россия.

На днях мы навестили действующее Южно-Приобское месторождение «Газпромнефть-Хантоса», дочернего общества «Газпром нефти» в ХМАО-Югре, чтобы лично прикоснуться к этому инженерному чуду современности.

Начну с приятного известия: нефти под землёй много. Если вам приходилось когда-либо наслаждаться хорошим слоёным пирогом, вы без труда представите и внутренности нашей планеты: они тоже состоят из многочисленных пластов разных пород. Один из нефтеносных слоёв этого подземного «пирога», Баженовская свита, расположен под западной Сибирью. Баженовская свита занимает площадь в миллион квадратных километров и содержит достаточно нефти, чтобы обеспечить мировое потребление на протяжении 15-30 лет.

Теперь известие не такое приятное. Технологии человечества пока что ещё недостаточно продвинуты для полноценного, экономически эффективного освоения Баженовской свиты. В прошлом году «Газпром нефть» открыла в Ханты-Мансийске технологический центр «Бажен», однако способы коммерческой добычи нефти из группы этих пород пока что только разрабатываются. Хоть первые тестовые скважины уже и работают, но учёным «Газпром нефти» потребуется ещё несколько лет, чтобы довести добычу до коммерчески прибыльного уровня в 2,5-4 млн тонн в год. Если не заглядывать слишком далеко в будущее, в ближайшие десятилетия есть обоснованная надежда вытащить из Баженовской свиты около 5% содержащихся там углеводородов.

Чтобы было понятно, в чём конкретно заключаются сложности, расскажу о работе «Газпромнефть-Хантоса», которое добывает сейчас около 15 млн тонн нефтяного эквивалента в год. Представьте пропитанные нефтью кирпичи, спрятанные на глубине в 3 километра под землёй. Эти кирпичи спрессованы в тонкий, высотой в 15-20 метров слой: под ними и над ними, как в слоёном пироге, находятся другие породы.

Чтобы добраться до этих «кирпичей», нефтяники организуют буровую площадку. Геологи указывают нужную точку в окрестностях Ханты-Мансийска, на этой точке отсыпают из песка большую, изолированную от воды площадку размером с пару футбольных полей. Вокруг площадки возводят песчаный вал, чтобы в случае аварии нефть не могла никуда утечь, а на самой площадке собирают монструозную буровую установку: громыхающее многоэтажное здание, ездящее на рельсах от скважины к скважине.

Начинается бурение. По мере продвижения вниз, ствол скважины укрепляется трубами, чтобы скважина не схлопнулась, и чтобы бур ходил по стволу подобно шомполу в гладкоствольном ружье. Пространство между трубами и горной породой «тампонируется», то есть заливается цементом.

Сам бур представляет собой обычно внушительного вида болванку из особо прочного материала. Бурильщики подают в шахту воду, вода крутит бур и уходит по стенкам шахты обратно. Крутящийся бур углубляет скважину в том направлении, которое указывают ему сверху.

Представьте, что вы играете в бильярд, стреляя по металлическим шарам из водяного пистолета, и пытаясь тем самым загнать их в лузы. Теперь представьте, что вы не только не видите шара, но и находитесь от него на расстоянии в несколько километров. Вот примерно такие задачи решают сейчас отечественные бурильщики.

Бурение одной скважины занимает несколько недель. Помните, несколько абзацев назад, я упоминал, что буровая установка стоит на рельсах? Так вот, после окончания работы над очередной скважиной, буровая установка сдвигается на несколько метров и начинает бурить следующую, потом ещё одну, и так, покуда не образуется целый «куст» из 12-18 скважин.

Первый километр эти скважины идут более-менее вертикально, однако потом они плавно сворачивают в разные стороны, переходя практически в горизонтальную плоскость, и образуя тем самым настоящий подземный куст. Благодаря такой компоновке каждый куст собирает нефть с подземной площади радиусом до 4 км.

Высокие технологии требуют, разумеется, соответствующего порядка. Объекты содержатся в идеальной чистоте, всё аккуратно подписано и ошильдено, все, включая начальство, ходят в касках и в защитных очках. Зарплаты у рядовых бурильщиков соответствующие — примерно двести тысяч рублей за месячную смену, которая перемежается месячным отдыхом.

В таком режиме работы есть плюсы: на объекте кормят с ресторанным качеством и, вообще, снабжают всем необходимым, так что вахтовик может привезти домой почти всю зарплату, чтобы с радостью спустить её за месяц отдыха перед следующей вахтой. Во время вахты, опять-таки, соблюдается Трудовой Кодекс: вахтовики работают по 12 часов за смену. С другой стороны, на вахте бывает довольно холодно, а рваный вахтовый график не самым благоприятным образом сказывается на отношениях в семье. Пожалуй, это всё же работа для молодых.

Вернёмся в скважину. Если вы думаете, что добурившись до пласта, можно уже подсоединять трубу и выкачивать нефть, я вас разочарую. Бурение одной вертикальной скважины обходится компании в среднем в 35-45 млн рублей. Обеспеченный москвич может теоретически продать квартиру в центре столицы и проделать у себя на даче мощную дыру вниз, однако даже если он каким-то чудом и найдёт в глубине немного нефти, поднять её на поверхность у него не получится. Нефть, повторюсь, содержится в довольно плотных слоях, более всего напоминающих пропитанный нефтью песчаник или кирпич. Сама по себе она, конечно же, никуда не потечёт, как не потечёт яблочный сок из проткнутого шилом яблока.

Чтобы всё же поднять нефть на поверхность, геологи проводят ювелирную операцию — гидроразрыв. В скважину под адским давлением закачивается вода. После того, как вода разрывает пласт, в образовавшиеся трещины загоняется песок, не позволяющий трещинам сомкнуться обратно. «Газпром нефть» обладает передовыми технологиями гидроразрыва: именно на месторождении «Газпромнефть-Хантоса» был в 2016 году проведён рекордный 30-стадийный гидроразрыв пласта, после которого забой (нижний конец) скважины превратился в некое подобие ёршика для мытья посуды.

На этом работы не заканчиваются. Чтобы нефть захотела пойти наверх, нужно сначала подтолкнуть её водой снизу. Геологи делают тщательные расчёты, после чего указывают, в какие скважины закачивать воду, а из каких забирать идущую на поверхность нефть. По мере откачки давление в пластах меняется, так что это непрерывная работа: в одни скважины нагнетают технологическую воду, на дно других погружают насосы, чтобы те под чудовищным давлением гнали нефть на поверхность.

Давление — ещё одна причина платить высокие зарплаты и поддерживать порядок на производстве. Даже скромных по нефтяным меркам 200 атмосфер вполне достаточно, чтобы любая тоненькая струйка действовала, как острейший скальпель, разрезая на части и ценное оборудование, и зазевавшихся сотрудников. Кстати, оборудование на месторождении работает по большей части отечественное — с характерными чёрными шильдиками и непривычными для компьютерщика надписями на кириллице. К моему большому удовлетворению, Россия находится сейчас в числе лидеров по разработке нефтяных технологий.

Итак, мы пробурили скважины, провели ряд гидроразрывов, создали сложную систему сообщающихся под давлением сосудов, очистили стволы шахт от песка и прочего мусора. На поверхность пошла долгожданная нефть. Дальше в действие вступают операторы.

Ещё несколько лет назад они по кругу обходили скважины, собирая в бутылки пробы пластовой жидкости, которые выглядят как хорошо взбитый коктейль из тёмного шоколада, а пахнут как обычный бензин с обычной городской бензоколонки. Оператор поворачивал вентиль, цедил в бутылку пенную смесь нефти с водой, а потом при помощи специального устройства посылал в скважину звуковую волну, чтобы определить её текущую глубину. Начинающих операторов, кстати, начальство после прохождения испытательного срока до сих пор обмазывает пластовой жидкостью, посвящая их таким образом в нефтяники.

Теперь эти романтичные прогулки по песчаной площадке, напоминающей летом арабскую пустыню, стали куда как более редкими: скважины увешаны датчиками, которые снимают все показания в режиме реального времени и передают их в центр управления.

Раньше этим бы автоматизация и ограничилась: в конце концов, управлять всеми приборами и вентилями из одного места куда как удобнее, чем переговариваться по рации с операторами на кустовой площадке. Жизнь однако заставляет нефтяные компании участвовать в вечной гонке — добыча нефти постоянно дорожает, но платежеспособный спрос на неё растёт отнюдь не так быстро, как хотелось бы. Месторождение можно эксплуатировать при рентабельности в 15%, и выйти на этот весьма скромный показатель с каждым годом становится всё сложнее.

Нефтяники делают сейчас для месторождений цифровые двойники. Все данные стекаются в ЦУД — Центр управления добычей, который внешне напоминает Центр управления полётами космических кораблей. Мощные компьютеры симулируют при помощи нейросетей идущие под землёй процессы и дают прогноз — сколько и какой нефти должен выдавать наверх каждый насос на каждой скважине, и что именно нужно сделать, чтобы добиться максимальной отдачи.

Человек может представить себе движение жидкостей в глубине и работу насосов весьма примерно, а цифровой двойник моделирует всё точно, ежеминутно корректируя трёхмерную картину по свежим показаниям датчиков. Это знание позволяет системе извлекать из месторождения максимум возможного. Там, где люди смогли бы добыть 6 млн тонн за год, компьютеры помогают добыть все 10 млн.

Ещё один нюанс. Нефть под землёй имеет температуру примерно в 100-120 градусов, этого достаточно, чтобы она оставалась жидкой. По мере подъёма на поверхность нефть застывает, и по достижении примерно 60 градусов содержащийся в нефти парафин начинает оседать на стенках. Чтобы шахта не опарафинилась, прервав тем самым процесс добычи, в неё периодически запускают специальный круглый нож, ездящий вверх-вниз и срезающий парафин со стенок. Также в шахте живёт большое количество других приборов, каждый из которых или что-то делает, или выдаёт нефтяникам какую-нибудь важную информацию. Так, например, постоянно проводится «каротаж», от французского carotte, «морковка». Во время каротажа геофизики погружают в ствол специальный, похожий на морковку зонд, который передаёт наверх детальные данные об облегающих скважину породах.

Выйдя на поверхность, пластовая жидкость, — смесь нефти, газа и воды, — идёт по трубам в небольшой паукообразный вагончик. Там жидкость с разных сторон измеряется и направляется дальше, на установку предварительного сброса пластовой воды.

Пусть слово «предварительный» вас не обманывает: кроме скважин на нефтяном месторождении обычно работает ещё и самый настоящий нефтехимический завод, единственной задачей которого является подготовка нефти для путешествия по трубам. Для понимания масштабов: Южно-Приобское месторождение потребляет 96MВт электричества — этого хватило бы, чтобы запитать небольшой город.

На заводе в большом сепараторе пластовая жидкость разделяется на три больших слоя — нефть, воду и попутный газ. Вода идёт обратно к скважинам и закачивается под землю, чтобы поднять давление в системе. Попутный газ делится на две части — природный газ, состоящий из смеси метана с этаном, идёт на отопление и прочие хозяйственные нужды (в том числе на генерацию собственной электроэнергии, что даёт очень серьезную экономию), а ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов), вторая часть газа, закачивается в трубу и движется на завод в Тобольск, где из него делают пропилен и полиэтилен. Раньше попутный газ просто сжигали, однако не так давно власти изменили налоговую систему таким образом, что стало выгодно газ всё же перерабатывать.

Оставшуюся нефть обезвоживают ещё сильнее, очищают от механических примесей, которые могут забить трубу, и обессоливают. Местная лаборатория ежедневно берёт сотни проб, чтобы убедиться, что и на входе, и на выходе получается качественный продукт. Оборудование в лаборатории, увы, российским является далеко не полностью: навскидку, наших приборов там около половины. Тем не менее главный прибор, зловещего вида тренога в стальном брутальном чемодане, всё же российский. Мои товарищи блогеры удивились, как может переносной прибор стоить 2,5 млн рублей, однако опыт показывает, что если бы прибор был импортным, он бы легко мог стоить и ещё в 10 раз дороже.

Кстати, жители зарубежья, пожалуйста, подтвердите или опровергните. Я слышал, что на загнивающем Западе устраивать блог-туры не принято, западные компании предпочитают тщательно охранять свои грязные секреты от широкой публики, а широкая публика там предпочитает читать не про нефть, но про королевские свадьбы и про роскошные прелести сестёр Кардашьян.

Вернёмся к добыче нефти. Когда я впервые услышал про гидроразрыв, я предположил, что пейзаж вокруг месторождения будет напоминать американские ужасы — мёртвые деревья, безжизненную потрескавшуюся почву, скелетированных койотов с двумя головами... к счастью, мои предположения не оправдались. То ли в России гидроразрыв проводится при помощи более экологичных химикатов, то ли он происходит на большей глубине, однако природа на поверхности остаётся нетронутой. В некоторых прудах рядом со скважинами плавают лебеди, а во время инструктажа по безопасности нам подробно объяснили, в каком направлении спасаться в случае сигнала «медведь пришёл».

Характерного химического запаха на месторождении тоже нет. В плане культуры производства мы, конечно, сделали за последние 20 лет огромный шаг вперёд — если раньше японская и немецкая промышленность воспринимались как что-то недостижимое, теперь ровно те же самые аккуратность и ответственность живут и на наших крупных производствах, причём отнюдь не только на столь высокотехнологичных, как нефтедобыча и нефтехимия. Россия может теперь с полным правом называться цивилизованной индустриальной страной.

Источник