В России опробована уникальная технология, позволяющая добывать черное золото из отработанных скважин. Масштабное применение этого метода может серьезно повлиять на нефтяную конъюнктуру

Традиционные методы добычи полезных ископаемых по большому счету уже давно не отвечают потребностям крупных добывающих компаний. Требуются свежие технологии или даже новая философия изысканий. Кардинально иное решение еще в конце 60-х годов стал искать член-корреспондент Академии наук СССР, профессор, лауреат Ленинской премии Иван Нестеров, выбравший сферой своих профессиональных интересов разработку сланцевых месторождений. Между прочим, уже тогда в нашей стране стали задумываться об энергетическом кризисе, связанном с дефицитом энергоресурсов. Группа тюменских ученых под руководством Нестерова начала разрабатывать технологию получения нефти в отработанных скважинах из отмершего органического вещества. Сейчас по этой технологии можно добывать только из одной скважины порядка ста тонн нефти в сутки по себестоимости три доллара за баррель. По мнению специалистов, масштабное освоение альтернативного источника углеводородов способно серьезно повлиять на мировую нефтяную конъюнктуру.

Для справки: сегодня себестоимость добычи нефти в России доходит до 10 долларов за баррель в зависимости от региона и залегания углеводородов. Эпоха "легкой" нефти подходит к концу, а потребность в ней диктует увеличение добычи к 2030 году на тридцать, а то и более процентов. Вот тут-то и возникнет необходимость альтернативных источников углеводородов.

Сначала было ЧП

Поводом для исследований послужило ЧП на Салымском месторождении под Сургутом. Осенью 1968 года одна из нефтяных скважин выбросила аварийный фонтан - сгорела буровая, а вместе с ней и весь запас нефти. Прокуроры привлекли к расследованию тюменских ученых. Те провели геологические исследования, и выяснилось, что в этом месте отсутствуют нефтеносные слои, способные извергать фонтан мощностью более 500 тонн в сутки. Но такая нефть-то была! Расследование зашло в тупик. Спустя месяц после происшествия буровики с соседней скважины добрались до отметки 2840 метров. Из-под земли забил очередной фонтан. Тогда специалисты получили материал для сравнительного анализа, а вместе с ним и возможность сделать правильные выводы. Впервые в истории нефтяной геологии было заявлено, что нефть способна фонтанировать из глинистых пород. Тогда еще мало кто догадывался, что речь по сути идет об альтернативном источнике углеводородов. Это сегодня уже очевидный факт, что черные сланцы (условное название глинистых пород с рассеянным содержанием органики) - это "невызревшая" нефть. В природе этот органический материал, состоящий в основном из ископаемой массы - останков древних растений и микроорганизмов, является сырьем для образования углеводородов. При определенной температуре и давлении за миллионы лет на глубине нескольких сотен метров возникает нефтеносный слой. Например, на территории Западной Сибири сформировалась платформа глинистых пород площадью более миллиона квадратных километров и толщиной до 60 метров. Казалось бы, осталось только превратить глину в тонны черного золота.

Текущий результат

Чтобы доработать появившиеся в 60-х годах идеи, геологи из Тюменского государственного нефтегазового университета приступили к изучению необычного для них объекта - мертвых клеток. Зачастую химия органического вещества нет-нет да и натолкнет на интересную гипотезу. Так было и на тот раз, когда специалисты изучали ископаемые клетки при помощи способа электропарамагнитного резонанса. Оказалось, что они обладают внутренней молекулярной энергией, сравнимой по мощности с атомной. Заряд живые организмы и растения получают от Солнца еще при жизни. Энергия накапливается в клетках и сохраняется в молекулярном виде. Парадокс заключается в том, что с момента смерти клетки начинается ее новая жизнь: процесс жизнедеятельности угасает, а молекулярное строение сохраняется. Впрочем, любая клетка, живая или мертвая, существует по одним и тем же законам. Все элементы таблицы Менделеева имеют ядро. Вокруг ядра вращаются электроны. Однако между живой и неживой клеткой есть существенная разница на молекулярном уровне. В нормальной живой клетке электроны занимают каждый свое определенное место, вращаясь вокруг ядра по первоначально заданной орбите и уравновешивая друг друга. В отмершей это магнитное равновесие, как правило, нарушается. В клетке происходит разрыв связей, сбой. Появляются неспаренные электроны, вращающиеся вокруг не одного, а нескольких ядер углерода. Орбита электрона изменяется, и появляются магнитное поле и так называемые парамагнитные центры. А это уже молекулярная энергия. Если научиться возвращать электрон на первоначальную орбиту, то можно получить мощнейший источник энергии.

Этот вид энергии ученые назвали спиновым. Ее носителями являются все мертвые органические вещества, в том числе уголь, черные сланцы, нефть. Способ получения спиновой энергии путем перемещения электрона в мертвой клетке на другую орбиту и является основным инструментом, который способен превратить отмершее органическое вещество в черное золото.

Ученые долгие годы оттачивали революционную технологию в лабораторных условиях. Сперва облучали клетки с помощью электронной пушки. Как только пучок электронов попадал на органическое вещество, мгновенно происходил микровзрыв с образованием водорода и метана. Опыты производились без давления при низких температурах. Каково было удивление специалистов, когда увеличение давления привело к образованию жидких углеводородов. Так установили, что, регулируя температуру и давление, можно управлять процессом выделения спиновой энергии, а следовательно, и регулировать процесс образования нефти. Казалось бы, что может быть проще: поддал жару - получил нефть, но в реальности все гораздо сложнее.

"В своей технологии я рассчитываю на внутримолекулярные процессы, - поясняет профессор Нестеров. - Этот способ принципиально отличается от тех, к которым сегодня прибегают многие компании. В первую очередь мы анализируем горную породу в районе расположения скважины. Дальше создаются условия, идентичные тем, которые создает природа, только в более короткие сроки". Для каждой скважины требуется индивидуальный подход. Если, например, в одном случае давление воздействия на пласт горной породы может составлять 300 атмосфер, то в другом необходимо 350. На одной скважине воздействие на пласт может продолжаться пять минут, и только тогда можно получить нефть, а на другой этого недостаточно. "Технология основана на природных процессах, которые делают нефть одинаковой по всему миру, - рассказывает ученый, - я просто воспользовался этим, и когда у нас появилась техника, имитирующая природные процессы, то получил нефть".

"Итогам" удалось выяснить некоторые подробности добычи дешевой нефти. В пласт закачивают специально подготовленный песок, который предварительно подвергают электромагнитному воздействию. Стоимость его обработки составляет около 20 рублей за тонну. Тюменские исследователи научились внедрять заряженный песок в сектор радиусом около ­полукилометра. А дальше происходит физический процесс, в результате которого электрон в атоме органического вещества перемещается с одной орбиты на другую, и происходит это на глубине до пяти километров. Технология Нестерова заключается в том, что за счет создания в недрах земли мощных электромагнитных полей один из электронов начинает вращаться вокруг ядра не одного, а двух атомов углерода. Появляется магнитное поле, а это уже энергия, и она практически соизмерима с атомной. "Была задача - переместить этот электрон на его законную орбиту, и мы создали такую технологию с использованием уже внедренного на производстве способа, носящего название "гидроразрыв подземных пластов битуминозных пород", - делится секретом профессор.

Спустя трое суток с момента закачки песка нефть можно получать на поверхности земли. По словам профессора, в отличие от сырья, получаемого из обычных коллекторов, в данном случае не нужно поддерживать пластовое давление закачкой воды (как это делается традиционно). Регулировать горное давление будут с поверхности, заставив силу тяжести качать нефть из-под земли.

Ученые утверждают, что готовы реализовать идею хоть сейчас. На полигоне Эниторского лицензионного участка в Ханты-Мансийском автономном округе, находящемся в нераспределенном фонде недр с обустроенной инфраструктурой, предполагается использовать законсервированную пустую скважину номер 971. Ожидается, что из нее по уже готовой к промышленному эксперименту технологии можно добывать почти 100 тонн нефти в сутки. По примерным подсчетам тюменских специалистов, при эксплуатации скважины в течение года от реализации нефти можно получить около 13,8 миллиона долларов, если международная стоимость одного барреля будет составлять 60 долларов. Затраты на расконсервацию скважины, подготовку ее к пробной эксплуатации и началу добычи нефти составят не более 200 тысяч долларов. По меркам нефтедобывающей отрасли это более чем скромная сумма. Дальше - больше.

За и против

В России черные сланцы - это непаханое нефтяное поле. Например, на сегодняшний день только на территории Уральского федерального округа есть 158 площадей с промышленными притоками нефти из глин. А законсервированных скважин по всей России – более 16 тысяч. В Тюменской области при существующих объемах добычи будут получать к 2020-2030 годам не более 50 миллионов тонн нефти. При этом потребность в нефти к тому времени возрастет в стране до 500 миллионов тонн. При таком раскладе Россия вынуждена будет покупать ее из-за рубежа.

Похожими исследованиями получения энергоносителя сегодня усиленно занимаются на Западе. Компания Shell объявила, что проблема извлечения нефти из битуминозных глинистых пород по значимости соизмерима с проблемой холодного ядерного синтеза, и фирма планирует к 2020 году добыть таким образом 100 миллионов тонн нефти на западе США. "Американцы за два года убедились в чрезвычайной важности новых источников энергии, а наши чиновники будут отвергать эту идею, пока не наступит нефтяной кризис", - сетует профессор Нестеров. В то же время технология Shell достаточно дорогая. Она может реализоваться при себестоимости барреля нефти не менее 100 долларов, тогда как российская технология с использованием законсервированных скважин обеспечит добычу барреля за 3-5 долларов.

"Представители западных компаний как-то рассказали мне по секрету, что они получают дорогую и некачественную нефть, но традиционными способами, а все остальное сопряжено с большими затратами", - добавил Иван Нестеров.

В российском представительстве компании Shell, куда обратились "Итоги", сообщили, что "крупные игроки на этом рынке постоянно участвуют в разработках альтернативных источников нефти, но пока все они нацелены на долгосрочную перспективу". По словам сотрудника компании, в штатах Колорадо и Юта существуют экспериментальные площадки по добыче нефти из сланцев, но на сегодняшний день себестоимость нефти в этих районах составляет 100-300 долларов за баррель. "Представляете, какие энергоресурсы необходимы для того, чтобы в течение нескольких месяцев поддерживать на глубине около 600 метров температуру порядка 400 градусов по Цельсию?" - отметил собеседник.

Мнения ученых тоже неоднозначны. Как известно, любая теория нуждается в экспериментальном подтверждении. "Во всем мире ведутся поиски альтернативного источника нефти, но пока в этих исследованиях не все так просто, - говорит профессор Университета нефти и газа имени И. М. Губкина Аведик Саркисов. - Например, наши математики вычислили, что, если воздействовать на органическое вещество на глубине нескольких сотен метров температурой и давлением, то горные породы могут схлопнуться, и ничего не произойдет".

Многие эксперты считают, что наука недооценивает процессы "рождения" нефти, и не исключено, что запасы углеводородов гораздо богаче, чем принято полагать. Надо только знать, где искать. "Традиционная теория происхождения нефти, вошедшая в школьные учебники, - не единственная, - считает профессор Московской академии тонкой химической технологии Владимир Кучеров, - и в противовес ей можно привести несколько доводов. Например, углеводородов много на спутнике Сатурна Титане, где никакой органики быть не могло (температура минус 180 градусов делает жизнь на поверхности невозможной), а самый простой углеводород, метан, обнаружен в атмосфере газовых гигантов и может образовываться без всякого участия живых организмов. При характерных для глубоких слоев горных пород давлении и температуре нам удалось синтезировать сложные углеводороды из метана. А метан, как известно, может поступать и из недр планеты".

Впрочем, все аргументы как за, так и против лучше всего покажут себя лишь в сочетании с экспериментом. Если опытные скважины подтвердят правоту Нестерова, придется пересмотреть оценки того, на сколько еще хватит человечеству нефти. Причем существенно в сторону увеличения.

Дмитрий Сурин