Сохранить для будущих поколений

Как обеспечить необходимую добычу энергоресурсов? Какие проблемы при этом возникают? Как лучше преобразовать первичные виды энергии во вторичные, используемые в народном хозяйстве?

Эти и еще десятки вопросов возникают при чтении разделов Энергетической программы. Как и кем они должны решаться? И даже... как добиться дальнейшего роста сегодня, когда, казалось бы, уже и так все сделано? Все ли? Давайте посмотрим.

Конечно, в центре внимания оказывается нефть.

Сегодня около двух третей всей производимой энергии мы получаем благодаря сгоранию углеводородного топлива. Поэтому от его запасов зависит будущее энергетики.

При теперешнем ежегодном мировом потреблении нефти, равном трем миллиардам тонн, ее с учетом разведанных запасов вроде бы должно хватить на несколько десятилетий. Достаточно ли обоснована столь пессимистическая оценка?

Разведка на нефть и газ - дело дорогое. На нее иногда уходит до 30-50 процентов общих затрат на разработку месторождения. Обычно разведывательное бурение проводится непосредственно перед эксплуатацией залежи. В результате нефтяные ресурсы в основном оцениваются не с помощью разведки скважинами, а на основании обобщенных геологических данных. Многие специалисты полагают, что нефти в подземных кладовых значительно больше, чем разведано сейчас.

На 27-м Всемирном геологическом конгрессе, прошедшем в 1984 году в Москве, большинство специалистов высказалось весьма оптимистично: в будущем будет разведано жидкого углеводородного топлива в мире по крайней мере столько же, сколько известно сегодня.

Но запасы запасам рознь. Один из важных показателей - продуктивность скважин. В США для добычи 500 миллионов тонн нефти в год нужно пробурить 500 тысяч скважин, в Иране - 600, а в Кувейте - всего 100.

По-видимому, эпоха месторождений-гигантов кончается, и вновь открываемые залежи будут преимущественно некрупными по запасам, трудными для разведки и сложными по технологии извлечения ископаемого углеводородного сырья. Соответственно резко возрастают расходы на его поиск и добычу.

Геологи все надежнее предсказывают районы и глубины поиска. Так, в США вдоль Скалистых гор протянулось обширное "кладбище скважин на нефть". 500 скважин пробурено впустую! Геологи посоветовали пробиваться в более глубокие пласты. И удача пришла.

Благодаря подсказкам геологов в последнее десятилетие было открыто несколько гигантских месторождений на шельфах, в том числе в Северном море и у Ньюфаундленда. Судя по всему, новые нефтегазовые месторождения могут быть разведаны в арктической зоне. Возможно, значительные залежи скрыты под более чем двухсотметровой водной толщей. В подобные кладовые с надводных платформ уже не проникнуть. Поэтому нефтедобывающее и даже нефтеперерабатывающее оборудование предлагается разместить на дне моря в герметичных отсеках цилиндрической формы. Там же предлагается поселить эксплуатационные и ремонтные бригады. Конечно, непросто решить множество проблем по созданию бетонных и многослойных металлических корпусов, отработать технику погружения герметических модулей. Одно несомненно - стоимость добычи нефти из-под морского дна будет только возрастать.

Перспективнее всего пока что увеличивать отдачу обычных неглубоких нефтеносных пластов. Ведь в среднем в мире из нефтяных месторождений извлекаются всего 25-35 процентов запасов, у нас - до 40-45 процентов. Чтобы повысить нефтедобычу, месторождение заводняют. Через часть скважин в пласт закачивается вода. Она как поршень выталкивает более легкую нефть из пористого нефтеносного слоя в эксплуатационные скважины. Увы, очень часто вода прорывается непосредственно к скважинам, и насосы начинают качать наверх нефть, "разбавленную" водой.

Многие месторождения содержат очень густую, вязкую нефть. Ее трудно поднять на поверхность с помощью обычных методов, так что с глубин извлекаются всего 6-8 процентов общих запасов сырья. Но достаточно подогреть нефть до 100°С, и она становится текучей, как вода. Как это сделать? Проще всего поджечь нефть под землей и непрерывно подавать воздух для горения. Но тогда не избежать закоксования пласта, взрывоопасности и потери сжигаемой нефти. Привлекательнее закачивать с поверхности в скважину горячую воду или пар. Нефть разогревается и становится менее вязкой, легче поднимается на поверхность. Пар же можно получать в котлах, сжигая газ или уголь или используя ядерный реактор.

Недавно советские ученые предложили новый способ почти полного извлечения жидкого топлива после заводнения месторождения. В этом методе сочетается тепловое воздействие с насыщением нефти газом. А для того, чтобы ускорить всплытие нефти и ее сбор в подземных куполах, в пласте с помощью специальных виброустановок создаются мощные сейсмические колебания. Виброустановки с усилием до 2000 килоньютонов эффективны для глубин 200-300 метров, а в сто раз более мощные источники сотрясения земной толщи позволяют воздействовать на месторождения, лежащие на глубинах до полутора километров.

Если бы удалось добиться почти 100-процентной степени извлечения нефти из пластов, то, пожалуй, нефтяная проблема на какое-то время потеряла бы свою остроту. Однако резкое удорожание разведки и добычи нефти не оставляет места для благодушия.

Рассмотрим положение с запасами и добычей нефти в нашей стране. Наиболее перспективный нефтегазовый район - Западная Сибирь. Кроме того месторождения могут быть открыты также на континентальном шельфе, площадь которого в нашей стране составляет около 6 миллионов квадратных километров.

В то же время средняя глубина нефтяных скважин увеличилась в стране с 1350 метров в 1950 году до почти 3000 метров ныне. Кое-где уже разведываются и эксплуатируются нефтегазовые горизонты на глубинах 4- 8 километров. И если в 1960 году почти всю нефть давали залежи в европейской части СССР, то теперь две трети ее добывается в Западной Сибири, в том числе в труднодоступных, малоосвоенных районах.

Поддерживать высокий уровень нефтедобычи в Тюменской области стало очень тяжело. Продуктивность действующих скважин упала почти вдвое. Новые скважины дают вдвое меньше, чем старые. Естественно, увеличивается объем бурения, растут капитальные затраты. Еще сильнее упала добыча в других месторождениях страны. В последние годы тюменские нефтяники каждый год выкачивали из-под земли на 17 миллионов тонн топлива больше, но из них 14 миллионов покрывали падение продуктивности других месторождений. Нефтяникам приходится вслед за газовщиками идти на север Западной Сибири, интенсивнее осваивать нефтеносные пласты Казахстана, Восточной Сибири и морских мелководий.

Вот некоторые данные из книги "Энергетический комплекс СССР", изданной под редакцией известных советских энергетиков Л. Мелентьева и А. Макарова, активных участников разработки Энергетической программы СССР, показывающие изменение условий нефтедобычи. Оказывается, за 20 лет средняя длина трубопроводов возросла с 350 до 2000 километров, а капиталовложения, необходимые для обеспечения прироста добычи нефти на одну тонну в год, выросли со 100 до 300 рублей. Сейчас нефть обходится почти в два раза дороже газа.

Сохранить для будущих поколений

Таким образом, независимо от того, много или мало нефти осталось в земле, затраты труда, материалов и энергии на ее добычу существенно выросли. И продолжают расти дальше. А месторождения между тем истощаются. Где же выход? Не перейти ли на другие источники энергии? Ведь, ко всему прочему, нефть недаром называют "черное золото". Она сама по себе - ценнейшее углеводородное сырье, чудесный дар природы.

Пока не до конца ясно, как природа выпестовала это свое сокровище. Первобытная органическая материя, слепленная всего из атомов водорода и углерода, а сколько разнообразных и полезных свойств! На долю кислорода, азота и серы, также присутствующих в нефти, приходится не более 2-6 процентов состава нефти.

Соединены углерод и водород в различные большие молекулы - углеводороды - с молекулярным весом до 250-300. Такое разнообразие углеводородов и определяет многочисленные полезные качества нефти.

Так, из нее вырабатывают различные дезинфицирующие, болеутоляющие и рассасывающие средства, Способность "черного золота" задерживать разложение и гниение используют для защиты деревянных конструкций, бальзамирования, обеззараживания различных очагов инфекции. Резкий своеобразный запах отпугивает насекомых - вредителей сельского хозяйства.

Очень поучительная история использования нефти в качестве топлива. Трудно себе представить, но были времена, когда человек не умел ее сжигать в обычных топках. Она потреблялась главным образом для разжигания твердого топлива. В древности горючесть нефти использовалась только на создание оружия типа горящих стрел и сосудов со вспыхивающей жидкостью, забрасываемых метательными машинами в осажденные города.

Даже в начале нашего века не знали, что делать с бензином. А эта фракция нефти, получаемая при ее атмосферной перегонке, горит с большой скоростью, легко испаряется и очень пожароопасна. Нефтепромышленники в Баку не знали, куда девать бензин, и избавлялись от него самыми различными способами, например сливали его в море, но тайком, потому что знали - из-за бензина гибнет рыба и могут быть протесты. Рыли также специальные ямы для сжигания бензина. Сотни тысяч тонн его в начале нашего века пропадали впустую. Были объявлены конкурсы на лучший метод уничтожения самой горючей фракции нефти. Только изобретение двигателя внутреннего сгорания прекратило это энергетическое кощунство.

Долгое время примерно так же обстояло дело и с мазутом" Если бензин выделяется при температуре 50- 200°С, то затем при повышении температуры последовательно выкипают лигроин, керосин, дизельные топлива. Остается мазут. Продолжая процесс атмосферной перегонки, из мазута получают далее различные масла, вазелин, парафин. Остается гудрон, но и из него можно выделить смазочные масла, а потом битум, нефтяной кокс. Кстати, на одном из совещаний с удивлением узнал, что до сих пор нефтепереработчики планируют производство нефтяного кокса. Конечно, нефтяной кокс неплохое сырье для получения высококачественных электродов, однако не выгоднее ли добиваться их изготовления другим путем, не расходуя такой ценный исходный продукт, как нефть.

Выдающиеся отечественные ученые понимали ценность "черного золота", искали пути наиболее рационального и полного его использования. Много сделал в этом направлении известный инженер В. Шухов, про славившийся сооружением изящной Шуховской башни на Шаболовке в Москве. В 1887 году он, например, разработал устройство, в котором струя распыленного мазута смешивается с необходимым для горения воздухом. Идея форсунок Шухова лежит в основе всех современных горелок, предназначенных для жидкого, газообразного или пылевидно-угольного топлива.

Сохранить для будущих поколений

В. Шухов создал также первый нефтепровод. Он предложил новую схему процесса расщепления нефти и сконструировал соответствующую аппаратуру. Ему удалось существенно усовершенствовать и конструкцию глубинного насоса.

Важная и до сих пор не решенная до конца проблема, которой небезуспешно занимался наш знаменитый ученый-конструктор,- утилизация попутного газа. Ведь нефтяные залежи обычно сопровождаются газоносными пластами. В. Шухов долгое время работал в Баку, где с давних времен вокруг загорающихся газов, просачивающихся из земных недр, воздвигались храмы огнепоклонников. Остатки одного из таких храмов с естественным "вечным огнем" сохранились неподалеку от Баку в селении Сураханы - там сейчас создан музей.

И вот В. Шухов в 1880 году предложил использовать попутный газ, выходящий из нефтяных скважин, для интенсификации добычи нефти - газ собирают и компрессором закачивают обратно в скважину. Он пробулькивает через нефть, увлекая ее за собой. В результате она поднимается из скважины с гораздо большей скоростью. Таков принцип газлифта, который через столетие после открытия В. Шухова все еще недостаточно активно внедряется в практику нефтедобычи.

Если же закачивать в скважину воздух, то может образоваться гремучая смесь, нефть окисляется, происходит осмоление.

К сожалению, у нас много попутного газа идет на ветер, сжигается в факелах. А по своему составу он намного ценнее природного газа. И почему бы не переработать его целиком или хотя бы направлять обратно в нефтеносные пласты?

В некоторых странах законодательно запрещено разрабатывать нефтяные месторождения, если не обеспечивается утилизация попутного газа. У нас поставлена задача покончить с расточительством ценнейшего продукта к 1990 году.

Однако на многих месторождениях в ряде районов мира газ продолжают сжигать. Так, в алжирской части Сахары на нефтяных вышках чуть ли не через каждые пять километров круглые сутки горят яркие факелы. Белые аисты из наших краев прилетают здесь на свои африканские зимовки по ночам, когда пламя хорошо видно. Восходящие потоки нагретого воздуха облегчают перелет. Редкий случай, когда бесхозяйственность идет на пользу животному миру!

Незаменима нефть для химических предприятий. При нагревании под давлением в присутствии катализаторов из нее получают этилен, пропилен, ацетилен, бензол, фенол, а из них, в свою очередь, синтетические волокна, пластмассы, каучук, капролактам, фармацевтические препараты, моющие средства, синтетические жиры, синтетические белки, парфюмерные изделия и многое другое. Легкие фракции идут на производство растворителей для пищевой и лакокрасочной промышленности.

В принципе эти продукты можно синтезировать из углерода, водорода и кислорода, но обойдется такой синтез гораздо дороже. Нефть как исходное сырье еще долго будет оставаться вне конкуренции.

Ископаемое углеводородное сокровище необходимо всем - химикам, медикам, пищевикам. Его требуется все больше и больше для многих отраслей народного хозяйства. А больше остальных его используют ныне энергетики. На всех нефти уже явно не хватает, к тому же все чаще нефтяные залежи консервируются в сберкассе природы для будущих поколений, которые распорядятся богатством разумнее и выгоднее, чем мы. И энергетики должны волей-неволей не делать ставку только на жидкое топливо. Поэтому взоры их обратились на "голубое золото" - природный газ.