|
УДК 553.982/73 |
M.Л. СУРГУЧЕВ (ВНИИ)
В развитии нефтяной промышленности любой страны чрезвычайные, неожиданные обстоятельства в добыче нефти и удовлетворении потребностей в ней могут возникнуть вследствие изменения обстановки в мире и на мировом рынке, стихийных бедствий, неподтверждения прогнозов открытия новых запасов и др. Исходя из этих предпосылок, правительства многих развитых стран принимают активные меры по созданию и сохранению больших резервов нефти. Наибольшее внимание этой проблеме уделяется в США. Страна располагает следующими видами резервов нефти [1-5]: стратегический (в подземных емкостях), федеральный (на законсервированных, неразрабатываемых месторождениях), потенциальный (в мощностях добычи на разрабатываемых месторождениях) и частный (в резервуарах частных компаний).
Стратегический резерв нефти. Энергетический кризис, разразившийся в 1973 г., поставил капиталистические страны перед угрозой прекращения импорта нефти из стран - членов ОПЕК. Это послужило толчком к созданию стратегических резервов нефти во многих странах. В 1975 г. в США был принят «Закон об энергетической политике и экономии энергии», предусматривающий, для обеспечения нефтью в критических ситуациях, создание государственного стратегического нефтяного резерва (СНР) в подземных резервуарах. Первоначально предусматривалось создать к 1985 г. СНР в объеме 136 млн. т, на что выделялось 8,8 млрд. долл., из которых 6,3 млрд. долл.- на приобретение нефти. Однако эта программа неоднократно менялась. В настоящее время предусматривается к 1990 г. создать СНР в размере 102,7 млн. т, что соответствует 88-дневному объему импорта нефти или 46-50-дневному потреблению. Общие затраты на создание СНР в США оцениваются в 33 млрд. долл., большая часть которых предназначена для приобретения нефти. К середине 1987 г. объем СНР США составил 75 млн. т. При установленном темпе его распределения (извлечения в экстренных случаях) равном 510 тыс. т/сут., США могут в течение полугода возмещать примерно половину объема импорта нефти. Резерв в объеме 102,7 млн. т будет иметь возможность распределяться с темпом 616 тыс. т/сут.
В США основные подземные хранилища нефти сооружаются в соляных кавернах на побережье Мексиканского залива. Один комплекс, Брайан Маунд, расположен в штате Техас (30 млн. м3), четыре остальные - Байю Чонто (12 каверн, общим объемом 16 млн. м ), Уэст Хакберри (5 каверн, 10 млн. м3), Сальфер Майнс (3 каверны, 3 млн. м ) и Уикс Айленд (бывшая каменноугольная шахта объемом 15 млн. м3) - в штате Луизиана. Хранилища нефти создаются в соляных куполах, которые подвергаются выщелачиванию путем закачки пресной воды. Эти хранилища располагаются на глубинах 300-1800 м. Высота создаваемых полостей достигает 400-500 м, диаметр 55-60 м, а объем до 1,5-2 млн. м3. Однако, объем многих полостей составляет 150-200 тыс. м3.
Нефть в подземных хранилищах, созданных в соляных куполах, может храниться без каких-либо изменений в течение 6-ти лет, адсорбция нефти стенками полостей при этом незначительна. Наибольшие потери нефти (около 5 %) возможны за счет образования вязкостного слоя на поверхности раздела нефть - вода, состоящего из воды, твердых осадков и соли. При этом стоимость хранения составляет всего 1,5 долл./т в год по сравнению с 25 долл. в частных хранилищах.
Подземные хранилища отличаются от традиционных наземных многими преимуществами: большей единичной емкостью, надежностью, конструктивной простотой, экологической безопасностью, определенной экономичностью. Например, даже с учетом стоимости трубопроводов подземные хранилища часто оказываются более чем в 2 раза дешевле наземных хранилищ аналогичной вместимости.
В Канаде СНР хранится в подземных емкостях, созданных путем контролированного, локализованного растворения пластов каменной соли. Они располагаются на глубинах от 500 до 2000 м. Удельная стоимость создания такого хранилища 0,24 долл. на 1 м3 объема породы, что в 15-20 раз меньше, чем строительство наземного хранилища. Предполагается создать еще одно хранилище в заброшенной железорудной шахте объемом 14,5 млн. м3, расположенной под дном моря, на глубине 360 м. Удельная стоимость строительства такого хранилища - 0,03 долл./м3 емкости.
Аналогичные резервы нефти созданы и в странах Западной Европы – ФРГ (10 млн. т), Великобритании (20 млн. т), Японии (15 млн. т.) и др., где СНР создаются в необлицованных подземных хранилищах, расположенных в твердых, преимущественно скальных породах (граниты, гнейсы, диориты). Такие хранилища создаются путем взрывобуровых работ. Лидирующее место среди стран Западной Европы по строительству подземных хранилищ занимает Швеция. В Норвегии и Финляндии также принят шведский метод строительства подземных хранилищ.
Поскольку естественная температура в полости хранилища составляет, как правило, 7-8 °С, нефть хранится без подогрева. Подземные хранилища в скальных породах располагаются на глубинах от 300 до 1000 м и состоят из одной или нескольких полостей, конфигурацию и размеры которых доводят до необходимых, используя осторожные сглаживающие взрывы. В зависимости от конкретных условий кровля и стены подземных емкостей требуют крепления, что на 50-60 % увеличивает стоимость строительства. Общий период строительства и крепления полости хранилища емкостью от 200 до 500 тыс. м3 составляет 12-18 месяцев. Размеры полостей хранилища различны, однако, как правило, высота полости принимается в 2-2,5 раза больше, чем размер поперечного сечения.
Объемы единичных подземных хранилищв скальных грунтах также различны - в Финляндии они от 50 тыс. до 1 млн. м3, в Швеции построено крупнейшее в мире подземное хранилище (в скальных породах) объемом 2,8 млн. м3. Оптимальный размер хранилища такого типа составляет 150 тыс. м3, а стоимость его оценивается в 20-40 долл. на 1 м3 эффективной емкости. Эксплуатационные расходы составляют 0,3 долл./м3 в год по сравнению с 1,8 долл. для наземных стальных хранилищ.
В Японии из-за высокой сейсмической активности к подземным хранилищам для нефти предъявляются повышенные требования: их стенки облицовываются бетоном или сталью, устанавливаются дополнительные детекторы утечки. Получают распространение подземные хранилища мембранного типа: наружная оболочка хранилища покрывается предварительно напряженным железобетоном, между наружной оболочкой и внутренней мембраной из нержавеющей стали гофрированной формы устанавливается изолирующая прокладка. Наружный диаметр такого хранилища 55-60 м, высота 30-35 м, объем 100-110 тыс. м3. Во время проведения специальных исследований в течение нескольких месяцев было зарегистрировано четыре землетрясения, однако никаких нарушений подземных хранилищ такого типа зафиксировано не было.
Федеральный резерв нефти в США официально введен в 1923 г. решением президента Хардинга [1]. В распоряжение Министерства ВМФ были переданы четыре крупных высокопродуктивных нефтяных месторождения: Элк Хилс (штат Калифорния) - резерв-1 с геологическими запасами около 400 и извлекаемыми - 200 млн. т; Буэна Виста (штат Калифорния) - резерв-2 с геологическими запасами около 200 и извлекаемыми - 95 млн. т; Типот Доум (штат Вайоминг) - резерв-3 с геологическими запасами 35 и извлекаемыми 12 млн. т и обширная нефтегазоносная территория более 27 тыс. квадратных миль на самом севере Аляски - резерв-4. Добыча нефти на первых трех месторождениях превышала 18 млн. т в год, запасы нефти месторождений в зоне резерва-4 пока точно не определены.
В настоящее время право на ввод в разработку нефтяных месторождений федерального резерва принадлежит исключительно президенту страны и Конгрессу. Этим правом, за всю историю существования резерва, президенты воспользовались лишь дважды - в период второй мировой войны и во время энергетического кризиса в 1973-1975 гг. Во время войны было разрешено ввести в разработку резерв-1 с добычей нефти 3,3 млн. т в год. По окончании войны он вновь был фактически законсервирован - добыча нефти здесь была ограничена до 0,1-0,2 млн. т/год. В 1986 г. извлекаемые запасы нефти на месторождении Элк Хилс составляли 100 млн. т, т. е. около 50 % от начальных извлекаемых запасов. Резерв-2 также был введен в разработку в 40-х годах, и затем добыча нефти здесь не прекращалась. Теперь его запасы практически полностью истощены (извлечено более 97%). Резерв-3 вводился кратковременно в разработку во время энергетического кризиса 1973-1975 гг., он сохраняется неистощенным - отобран всего 1 млн. т нефти. Однако возможности этого месторождения ограничены из-за малых начальных запасов, хотя при искусственном воздействии добыча нефти на нем может быть доведена до 1,5-2 млн. т/год.
Резерв-4 - основной федеральный резерв США. Активные поисковые, разведочные работы были начаты после второй мировой войны. На территории резерва-4 пробурены поисковые скважины с отбором керна и испытанием пластов. Проведены сейсмическая разведка во всей зоне, аэрофотосъемка, магнитометрическая и гравиметрическая съемки и детальное картирование.
В результате этих работ на глубине 600-1800 м были открыты пять небольших нефтяных месторождений - Умиат, Симпсон, Фиш Крик, Найфблэд и Титалик, шесть газовых - Барроу, Губик, Волф Крик и др.
Мелкие месторождения в зоне резерва-4 не разрабатываются. Дебиты скважин при опробовании на месторождении Умиат составляли 15-55 т/сут. Много скважин «сухих». На месторождении Барроу газ отбирается на местные нужды поселка.
За пределами зоны резерва-4 были открыты: уникальное месторождение Прадхо Бей (1968 г.) с извлекаемыми запасами 1,35 млрд. т, Купарук (1969 г.) с запасами более 200 млн. т, Лисбёрн (1969 г.) - 50 млн. т, Эндикот - 55 млн. т и другие, на которых добывается сейчас более 100 млн. т/год нефти.
На основе всех проведенных геологопоисковых работ, исследований и открытий установлен потенциал нефтегазоносности зоны резерва-4. По оценкам Министерства ВМФ и геологического управления США потенциальные извлекаемые ресурсы нефти в этой зоне составляют 1,4-4,5 млрд. т, а возможная добыча - 50-150 млн. т/год.
Все эти ресурсы сосредоточены в 46 перспективных структурах, из них 9 могут содержать более чем по 70 млн. т, 11 - по 35-70 млн. т и 26 - по 14-35 млн. т каждая УВ в нефтяном эквиваленте.
Потенциальный резерв нефти на разрабатываемых месторождениях включает в себя доказанные извлекаемые запасы нефти. В США с 1970 г. они снизились с 5 до 3,9 млрд. т, но уровень добычи нефти сохраняется практически постоянным. Это указывает на то, что США располагают еще значительными резервами для поддержания добычи нефти. Резервы на разрабатываемых месторождениях обусловлены следующими причинами:
в основу американской системы определения доказанных запасов нефти заложен принцип первоначальной минимальной оценки и непрерывного движения и пополнения их в процессе разработки. Поэтому доказанные запасы нефти США на известных месторождениях не являются окончательными;
более 60 % известных геологических запасов нефти (более 70 % скважин) разрабатываются на режиме истощения, с низкой степенью их использования, не более 20-25 %;
добыча нефти на всех месторождениях ограничивается на уровне ниже их добывных возможностей на протяжении всего периода разработки.
В табл. 1 представлены объемы прироста доказанных запасов нефти в США на разрабатываемых месторождениях за счет открытия новых, начиная с 1946 г. Как видно, запасы нефти лишь на 5-30 % увеличивались за счет открытия новых месторождений, а 70-90 % прироста запасов происходит на разрабатываемых.
При вводе месторождений в разработку включается малая доля фактически извлекаемых открытых запасов нефти. А в последующий период, уже в процессе разработки, на известных месторождениях в баланс доказанных вносится запасов в несколько раз больше. Пополнение доказанных запасов нефти производится за счет расширения площади при разбуривании, переоценки параметров и нефтеотдачи пластов по мере их изучения и анализа эффективности процесса, а также включения новых пластов и пропластков. Эта система определения и занижения запасов принята сознательно, для обеспечения непрерывного движения запасов и недопущения в баланс сомнительных, ненадежных объемов нефти. Например, второе по величине месторождение Ист Тексас разрабатывается с 1930 г. Но если десять лет тому назад по нему указывались начальные извлекаемые запасы 750 млн. т, то в 1985 г.- 830 млн. т. Текущие доказанные запасы составляют еще 150 млн. т и добыча 6,5-7 млн. т/год.
В табл. 2 приведены данные по 17 наиболее крупным старым месторождениям США. Как видно, после 60-85 лет разработки извлекаемые запасы этих месторождений истощены лишь на 75-78 % и содержат 20 % доказанных запасов, продолжая играть еще большую роль в текущей добыче нефти и обеспечивая более 12 % ее объема. Разработка этих месторождений показательна еще и с точки зрения сохранности добывающих скважин, большая часть которых эксплуатируется более 50-80 лет.
Многие из указанных месторождений (см. табл. 2) разрабатываются на естественных режимах истощения с нефтеотдачей 20-25 % (Керн Ривер, Хангтингтон Бич, Вентура, Макэлрой и др.). Применение на них вторичных или третичных методов увеличения нефтеотдачи позволит повысить извлекаемые запасы и уровень добычи нефти в 1,5-2 раза. Столь длительная разработка старейших месторождений малыми темпами, без искусственного воздействия на пласты, свидетельствует об эффективно действующей системе ограничения добычи нефти в стране и стратегии сохранения собственных ресурсов на более длительный период времени.
Относительно новые месторождения Прадхо Бей, Купарук (см. табл. 2) и другие разрабатываются также весьма умеренными темпами. Самое крупное месторождение США Прадхо Бей обладает прекрасными геолого-физическими условиями (вязкость нефти 0,8 мПа-с, проницаемость пласта 0,4-0,7 мкм2, толщина 130 м), по-видимому, значительно большими извлекаемыми запасами нефти, чем указывается в официальных источниках (1,35 млрд. т), при заниженной нефтеотдаче (40%). Месторождение Купарук также вероятно, обладает более высокими запасами нефти и разрабатывается очень низкими темпами.
На этих месторождениях существуют большие резервы в мощностях по добыче нефти, но уровни ее установлены правительством и могут быть превышены только по его разрешению. В целом же 17 месторождений, (см. табл. 2) содержат 41 % текущих доказанных запасов нефти США (1,59 млрд. т), а добывается на них лишь 32 % общей добычи (140 млн. т). Обеспеченность добычи нефти на этих месторождениях явно заниженными запасами составляет 11,4 лет, тогда как в целом по стране она составляет менее 9 лет.
Система ограничения добычи нефти в США действует около 70 лет и осуществляется разными органами. Наиболее жесткой контролирующей организацией являлась так называемая Техасская железнодорожная комиссия, уполномоченная с 1919 г. осуществлять контроль за разработкой месторождений и устанавливать норму отбора нефти из скважин всех нефтяных компаний. Чем плотнее сетка продуктивных скважин и меньше глубина их, тем меньше норма отбора нефти по сравнению с их потенциальными возможностями. Не ограничивается добыча лишь из скважин с дебитом меньше 1,35-2 т/сут.
Примером жестких ограничений добычи нефти на крупных месторождениях является месторождение Йейтс. При начальных извлекаемых запасах нефти 270 млн. т из месторождения до 1976 г. было разрешено отбирать всего 2,5 млн. т/год. В 1986 г. компаниям позволили удвоить объем добычи, при этом потенциальная добыча достигает 12,5 млн. т/год. За 60 лет разработки извлечена лишь половина геологических запасов нефти. Аналогичная обстановка наблюдается и по крупным месторождениям Керн Ривер, Мидуэй Сансет. Комиссия никогда не разрешала использовать добывные возможности месторождений (мощностей по добыче) на 100 %, а устанавливала отбор на уровне не более 50-70 % от возможностей. Свои действия комиссия мотивировала интересами благополучия нации и сохранения ресурсов нефти.
С 1970 г. контроль над добычей нефти в штатах Техас и Луизиана, а также в Мексиканском заливе, содержащих 70 % доказанных запасов нефти, стало осуществлять геологическое управление США. Оно контролирует определение максимального эффективного темпа добычи по каждому месторождению и, исходя из состояния разработки и нефтеотдачи пластов, техники добычи, обустройства и охраны окружающей среды, без учета требований рынка устанавливает максимальную добычу. Разница между эффективным темпом и нормой добычи представляет резерв (излишек) мощностей в добыче нефти при существующих условиях. В середине 70-х годов при добыче нефти 435 млн. т/год резерв мощности в добыче нефти США (по определению геологического управления) составлял 50 млн. т/год или 11,5 % от добычи, а в середине 80-х - при добыче нефти 445 млн. т/год - резерв в добыче нефти незначительно уменьшился. Из 27 нефтедобывающих штатов в США резервом мощностей в добыче нефти обладают лишь10. Среди них наибольшим - Аляска, Техас, Калифорния, а также Мексиканский залив (30-35 млн. т/год). В Мексиканском заливе, например, резерв мощностей добычи из 3200 скважин составлял 30 % нормы добычи. По остальным штатам максимальная норма добычи нефти достигла фактически максимального эффективного отбора и может поддерживаться или расти за счет изменения воздействия на пласты.
Частный резерв нефти возник в связи с дефицитом нефти и частыми затруднениями в снабжении ею, особенно в зимнее время, в середине 70-х годов, когда крупные частные компании и кампании-потребители нефти создали свои резервы свободной нефти, как правило, в наземных резервуарах. Объем этих накоплений нефти и нефтепродуктов достигал 180 млн. т, что составляет примерно 90-дневную потребность. В последующие годы этот объем был увеличен до 120-дневной потребности, т. е. до 240-250 млн. т.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. The gold Realities of Alaska's NPR-4.Drilling. Vol. 37 No 13. Oct. 1976.
2. FEA asks fast, private development of NPR-4.Oil and Gas J. 1976. Vol. 74. No 32.
3. International Petroleum Encyclopedia. 1986.
4. Petrole Informations. 1986. No. 1624. PP. 34-36.
5. Underground Space. 1983. Vol 7. No 4-5. PP 242, 273-282.
Таблица 1 Прирост доказанных запасов нефти в США (млрд. т)
|
Период |
На разрабатываемых месторождениях |
На новых месторождениях |
|
1946-1955 |
3,9 |
0,35 |
|
1956-1965 |
3,5 |
0,21 |
|
1966-1975 |
2,9 |
1,54 |
|
1976-1985 |
2,3 |
0,7 |
Таблица 2 Использование извлекаемых запасов нефти на старейших месторождениях США (млн. т)
|
Месторождения, год открытия |
Начальные извлекаемые запасы |
Остаточные доказанные запасы (1985 г.) |
Уровень добычи (1985 г.) |
|
Элк Хилс, 1911 |
200 |
98 |
6,5 |
|
Керн Ривер, 1899 |
280 |
125 |
7 |
|
Мидуэй Сансет, 1894 |
300 |
62 |
7,2 |
|
Бреа Олинда, 1880 |
60 |
9 |
0,35 |
|
Хангтингтон Бич, 1920 |
150 |
10 |
1,1 |
|
Вентура, 1919 |
130 |
50 |
5,6 |
|
Уилмингтон, 1932 |
350 |
500 |
5,6 |
|
Ист-Тексас, 1930 |
830 |
150 |
6,6 |
|
Том О'Коннор, 1934 |
110 |
12 |
2,6 |
|
Конрой, 1931 |
105 |
6,5 |
1,1 |
|
Джонсон, 1932 |
70 |
5 |
1,3 |
|
Коуден, 1930 |
69 |
8 |
2,1 |
|
Макэлрой, 1926 |
70 |
9 |
1,2 |
|
Голдсмит, 1934 |
110 |
7 |
1,2 |
|
Йейтс, 1926 |
270 |
125 |
62 |
|
Прадхо Бей, 1968 |
1350 |
700 |
78 |
|
Купарук, 1969 |
220 |
195 |
11 |