Шахта и пар: один из самых необычных способов добычи нефти
«И по ней плывут играющие радужными цветами тонкие пленки нефти» — так пейзажист Борис Безсонов описывал реку Ярегу в книге об экспедиции по Вологодской губернии в 1907–1908 годах. Нефть на Яреге оказалась слишком густой, чтобы подниматься по скважине. Тогда геолог Николай Тихонов предложил добраться до ценных пластов через шахты. Сегодня Ярегское месторождение — единственное в России, где нефть до сих пор добывают шахтным способом.
Первые нефтяные шахты появились в XVIII веке во Франции на месторождениях Пешельбронн, где слои песка пропитались битумом. Битумный песок тверд, поэтому его добывали, как уголь: просто выкапывали и очищали. В конце XIX века нефтяные шахты появились в Германии и в России на Уйташском месторождении, а потом в Японии, Австрии, Чехословакии, Польше, Канаде и других странах.
На Ярегском месторождении, открытом в 1930-х, нефть не была «каменной»: она оказалась текучей, но очень густой из-за высокого содержания тяжелых углеводородов — ее называют высоковязкой, или тяжелой нефтью. Из-за повышенной вязкости ее сложно выкачивать из недр насосами через скважины, даже когда залежи находятся в десятках метров под поверхностью. Поэтому месторождение решили разрабатывать шахтным способом.
Ярегское месторождение находится в Республике Коми в 25 километрах к юго-западу от города Ухты. Нефть залегает на глубине всего 130–300 метров. Размеры залежи: 36 километров в длину, 6 километров в ширину и 87 метров в высоту. Запасы оценивают в 131,8 миллиона тонн нефти.
Первую шахту там заложили в 1936 году. Похожие на тоннели метро шахты вели к нескольким точкам над месторождением. Позже шахты начали прокладывать в сам нефтяной пласт. Его пронизали множеством вертикальных и наклонных скважин. В них нефть медленно стекала сама по себе — сначала ее поднимали в шахты, а затем на поверхность.
К 1970-м удалось добыть лишь 2,2% запасов Ярегского месторождения — методика со стекающей в скважины нефтью себя исчерпала. Не желая терять богатые пласты, советские нефтяники разработали принципиально новую технологию — термошахтный способ. Закачивая по скважинам водяной пар, пласты разогревали, и нефть становилась более текучей. Такой метод позволил добыть половину запасов месторождения.
Сегодня на Ярегском месторождении используют усовершенствованный термошахтный способ. В нефтеносные слои сверху все так же нагнетают пар. Он образует в пласте камеры, где конденсируется, а потом по сотням скважин конденсат стекает вместе с разогретой и разжиженной нефтью в специальные подземные галереи. В них поддерживают высокую температуру, чтобы нефть не успела загустеть, прежде чем ее поднимут на поверхность. Плюсы такого способа — прямой доступ к пластам и максимум добываемой нефти при минимуме потерь тепла.
С 2014 года на Ярегском месторождении шахтную добычу дополнили парогравитационным дренажом: он позволяет прогревать недра и добывать нефть прямо с поверхности земли. Пар в нефтеносные слои закачивают через нагнетательные скважины, которые бурят параллельно добывающим, но выше на 5–7 метров. Растопленная нефть вместе с конденсатом стекает в добывающие скважины. На то, чтобы пропарить участок пласта, уходит около трех месяцев. Еще месяц разогретая нефть стекает в добывающую скважину под действием силы тяжести.
За нагнетанием пара и поддержанием высоких температур в шахтах и скважинах следит автоматика. Сейчас на Ярегском месторождении тестируют комплекс автоматизации шахтной добычи нефти, разработанный учеными Вятского государственного университета. Он состоит из двух частей: сети автоматизированных задвижек с датчиками, которые устанавливают на скважины для отсекания пара, и системы управления, которая координирует работу этой сети в зависимости от измеряемых параметров скважин. Комплекс позволяет экономить воду (пластовую и из ближайших источников) и электроэнергию, которая тратится на разогрев и нагнетание пара.
По оценке специалистов, запасов высоковязкой нефти в 5–6 раз больше, чем остаточных запасов нефти малой и средней вязкости. Однако даже при современных технологиях ее добывают в небольших количествах и не все запасы считаются извлекаемыми.
В России высоковязкая нефть составляет 22% от всех запасов. При этом на нее приходится лишь 3% от добычи трудноизвлекаемой нефти.
Высоковязкая нефть — ценный источник привычных продуктов нефтепереработки и других соединений и элементов, в том числе металлов ванадия и никеля. Например, из нефти Ярегского месторождения производят химические продукты для дорожно-строительной, космической и фармацевтической отраслей и дизельное топливо для работы при сверхнизких температурах Арктики.
