Кероген – «незрелый» родственник угля, нефти и даже газа, и учёные испытали способ, как превратить его в нефть
А нужна для этого только очень горячая вода, но в особом состоянии
Суть метода: конфигурация с одной скважиной (слева) или с двумя (справа): 1 – скважина закачки, 2 – добывающая скважина, 3 – закачка воды, 4 – трещины, 5 – кероген, 6 – извлечение нефти и/или воды.
В Центре науки и технологий добычи углеводородов «Сколтеха» (входит в группу ВЭБ.РФ) создали и впервые опробовали одну из технологий, которая с помощью очень горячей воды в состоянии сверхкритической жидкости преобразовывает скопления керогена – твердой органики – в нефть прямо внутри месторождения, и позволяет извлекать её из пласта, сообщает пресс-служба «Сколтеха». Кроме того, специалисты «Сколтеха» запатентовали эту технологию добычи нефти и предлагают бурить не одну скважину, как принято, а две, параллельные в горизонтальной плоскости: одну – для закачки воды, другую – для добычи нефти. Этот метод, по мнению исследователей, не только экономически оправдан, но и более безопасен для окружающей среды.
Специалист «Газпром нефти», петрофизик Алексей Алексеев считает, что одна только баженовская свита в Западной Сибири содержит столько керогена, что из него можно синтезировать больше нефти, чем содержится во всех известных месторождениях в мире. А баженовская свита – крупнейшие в мире залежи трудноизвлекаемой нефти, – расположена, в частности, на территории Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов.
Исследователи «Сколтеха» провели эксперимент с горячей водой, растворяющей кероген, в горючем сланце – нефтеносной породе с высоким его содержанием. Нефть и газ образуются в пластах земной коры в течение 50–350 миллионов лет при подходящих температурах и давлении. Кероген – твёрдое органическое вещество, тоже сформировавшееся из остатков древних морских организмов, но так и не успевшее «дозреть» и стать настоящей нефтью. Как рассказывают авторы технологии, – в отличие от ещё одного своего «родственника», угля, – кероген залегает в недрах не слоями слоем, а крошечными частицами, видимыми под микроскопом. В твёрдом виде кероген считается незрелым, но если из-за воздействия высоких температур и давления в подземных пластах породы ему удалось частично перейти в жидкое состояние, то значит – он дозрел и в дальнейшем может стать нефтью или газом. Состав керогена такой же, как у нефти: углерод, водород (H), кислород (O), азот (N) и сера (S). По мере дозревания в керогене увеличивается доля углерода, формируются различные соединения, и на глубине от 2,3 до 4,6 км и при температуре 50-150°C образуется в основном жидкая нефть, глубже и при температуре 150-200°C – природный газ.
Но, как рассказывали специалисты «Газпром нефти», которые ещё в 2015 году изучали свойства баженовской свиты, – чтобы «искусственно» превратить незрелый кероген в нефть, нужно нагреть его до температуры 350°C при соответствующем давлении. Нагреть кероген внутри пласта можно с помощью газа, электромагнитного поля или воды в сверхкритическом состоянии, еще можно извлечь на поверхность породу, содержащую кероген, и переработать её. Вопрос в рентабельности – какой из методов будет эффективнее и менее затратным. А так – на большинстве известных месторождений Арктики нефть и газ — это производные керогена баженовской свиты.
В Центре науки и технологий добычи углеводородов «Сколтеха» использовали один из возможных методов: закачали в пласты нефтеносной породы, горючего сланца, воду температуры 350°C под сверхвысоким давлением в 200-300 атмосфер – в состоянии сверхкритической жидкости. Это позволило преобразовать почти весь кероген в жидкую нефть за считанные часы, при этом нефть удалось практически полностью извлечь. Очень горячая вода в состоянии сверхкритической жидкости (сверхкритический флюид, СКФ) – это состояние воды, при котором исчезает различие между её жидкой и газообразной фазами.
СКФ обладает уникальными свойствами для использования его в различных технологических процессах, и эксперимент с его участием доказал эффективность одного из возможных методов «искусственного» превращения незрелого керогена в нефть.
Но эксперимент был поставлен в лабораторных условиях, и при применении технологии возникает следующий вопрос – как доставить СКФ на глубину 3 км и извлечь оттуда преобразованную жидкую нефть. Елена Мухина, первый автор работы и ведущий научный сотрудник Центра науки и технологий добычи углеводородов «Сколтеха», уточнила метод, к которому пришли исследователи. Как правило, в случае с трудноизвлекаемой нефтью бурят горизонтальную скважину и производят гидроразрыв пласта, закачивая под давлением воду с реагентами – для формирования трещин в твёрдой породе. И обычно для увеличения нефтеотдачи в скважину закачивают жидкость и/или углекислый газ, потом выкачивают нефть и повторяют этот цикл.
Но исследователи придумали вариант поэффективнее. Они предложили бурить две скважины, параллельные в горизонтальной плоскости: одну – для закачки СКФ, другую – для добычи нефти. Этот метод запатентован, и не только экономически оправдан, но и более безопасен для окружающей среды. СКФ не требует использования химикатов-реагентов, и воду можно использовать многократно – выкачивать обратно, очищать и использовать снова, а это — рациональное использование природных ресурсов.
По словам учёных, следующий этап работы – полевые испытания технологии на месторождении. А обширные залежи горючих сланцев с керогеном присутствуют как на территории России, так и во многих других странах мира.
*Изображение, иллюстрирующее суть предлагаемого метода, предоставлено Еленой Мухиной и др./Chemical Engineering Journal
