Перспективы развития добычи нефти из битуминозных пород

Для оценки промышленной ценности битумных пластов важное значение имеет также величина их общей и эффективной мощности, так как данный показатель определяет и ресурсы, и возможности применения различных методов разработки. Единых требований к этому показателю нет и в разных регионах принимаются различные минимальные величины. В Татарстане, например, ресурсы битумов оценены при нижнем пределе мощности 2 м. Характер изменения мощностей битумонасыщенных пластов определяется историей тектонического развития территории распространения битумных полей. Во многих случаях максимальные мощности битумонасыщенных пород, а также максимальные коэффициенты песчанистости и битумонасыщенности отмечаются в сводовых частях поднятий конседиментационного развития. В пределах Татарского свода наибольшие мощности и битумонасыщенность наблюдаются в пределах литологических ловушек барового типа в отложениях уфимского яруса. Большое значение имеет мощность продуктивных пластов при карьерной разработке битумов. Максимальный эффект может быть получен при разработке мощных битумоносных пород, залегающих на небольших

глубинах и характеризующихся малыми углами падения.

Практика разработки месторождений  природных битумов на территории Республики Татарстан [5] с использованием скважин с вертикальным стволом свидетельствует о сложности этого процесса и низкой эффективности использования теплоносителя. Одним из вариантов, благоприятно влияющим на улучшение технологических и экономических показателей, может стать бурение горизонтальных стволов различной архитектуры.

Предполагается использование  следующих схем разработки месторождений  природных битумов  посредством  горизонтально пробуренных скважин:

- пары горизонтальных  стволов, расположенных параллельно  друг другу по напластованию;

- горизонтальные скважины  со сквозным стволом – при  этом один ствол может быть  использован в качестве нагнетательной, а другой – добывающей скважин;

- сеть горизонтальных  скважин, пробуренных с одного  вертикального ствола или кусковой  проходкой в радиальных направлениях.

Применение горизонтальных скважин позволяет создать связь  и управлять фильтрационными  потоками при разработке месторождений  природных битумов. Преимуществами разработки горизонтальными скважинами со сквозным стволом являются: многократное увеличение площади дренирования в интервале продуктивного пласта, что обеспечит ускоренный прогрев прискважинной зоны с наименьшими энергетическими затратами; вовлечение в разработку застойных зон и запасов в санитарно-защитных зонах населенных пунктов и водоохранных зонах водоемов, родников и колодцев; обеспечение системы разработки месторождения с использованием меньшего числа скважин; снижение энергозатрат за счет уменьшения энергоемкости и повышения эффективности использования

 теплоносителя. 

На примере опыта разработки битумов в Татарстане можно сделать  следующие выводы.

Скважинный способ и тепловые методы воздействия на битумоносные пласты пока остаются основными в процессе освоения залежей битумов. В Татарстане отдается предпочтение разработке природных битумов посредством горизонтальных скважин со сквозным стволом, при этом  один ствол может быть использован в качестве нагнетательной, а другой – добывающей скважин.

При этом следует отметить, что производство по добыче и переработке  битумов с широким применением  внутрипластового горения остается малорентабельным методом и при  этом значительно осложняет общую  экологию. Поэтому актуальная задача – разработка новых технологий добычи и переработки битумного сырья.

На данном этапе разработок битумных залежей и в случае подтверждения  эффективности паротепловых методов  наиболее реальные коэффициенты битумоизвлечения составляют для песчаников уфимского яруса – 0,3 м, песчаников верхне- и нижнеказанских отложений – 0,2 м, карбонатных коллекторов казанского яруса (органогенные и оолитовые разности) – 0,15 м и нижнепермского комплекса 0,1 – 0,15 м  [5]. Максимальный экономический эффект достигается при открытой разработке, позволяющий использовать все компоненты битумоносных пород: углеводороды, серу, металлы и собственно породу.

 

Направления использования природных битумов  (ПБ) и битумосодержащих пород (БСП).

Природные битумы (ПБ) и битумосодержащие породы (БСП) являются ценным комплексным сырьем, представляющим интерес для многих отраслей промышленности: топливно-энергетической (дополнительный ис

точник углеводородов и специальных смазочных масел), дорожностроительной (компоненты асфальтобетонных покрытий), лакокрасочной, металлургической (попутные металлокомпоненты), химической (включения самородной серы, получение сероорганических соединений).

Для дорожного строительства решающим требованием к БСП служит возможность их разработки открытыми способами (карьерами, штольнями).

Для дорожного  строительства могут успешно  использоваться месторождения битумосодержащих пород как самостоятельно, так и в смеси с битумами нефтепереработки. При этом, продукты нефтепереработки с большей эффективностью будут применяться в других отраслях промышленности.

Повышенная концентрация в смолисто-асфальтовых компонентах  природных битумов кислородсеросодержащих функциональных групп и полярных асфальтогеновых кислот определяет и более высокую силу сцепления их с минеральной породой (адгезионные свойства) по сравнению с искусственными композициями на основе продуктов нефтепереработки.

Значительный  практический интерес представляет возможность получения сопутствующих компонентов: самородной серы и металлов (ванадий, никель и др.).

Перспективы использования  ПБ для получения «синтетической»  нефти связаны преимущественно  с битумами класса мальт и переходных к высоко-вязким нефтям (ВВН) разностей, характеризующихся содержанием масел 40-65% и смолисто-асфальтеновых компонентов - 35-60%. Асфальты и асфальтиты, ввиду высоких содержаний смолисто-асфальтеновых компонентов, требуют более глубокой переработки и в качестве сырья для получения «синтетической» нефти менее перспективны (Н.А.Крылов и др. 1990).  Использование ПБ в качестве сырья для «синтетической» нефти предполагает 3 возможных варианта переработки битумов: битумный, битумно-масляный и топливный. Битумный вариант предусматривает получение 2-х фракций: первая - с концом кипения 350°С, после гидроочистки которой   получают компоненты дизельного топлива; вторая - остаток, служащий исходным сырьем для получения после окисления дорожных битумов.

При битумно-масляном варианте переработки ПБ происходит разделение их на 4 фракции: до 350°С, 350-420°С, 420-500°С и остаток. Первая фракция после очистки от серы служит сырьем для получения компонентов дизельного топлива; вторая и третья - для получения низкозастывающих дис-тиллятных масел; остатки после очистки и перегонки выше 500°С используются для получения дорожных битумов.

Топливный вариант  предусматривает более глубокую переработку ПБ, в результате которой осуществляется получение бензина, дизельного и котельного топлив, серы и кокса.   

Комплексность использования  битумного сырья повышается при  переработке по топливно-коксовому варианту методом термоконтактного крекинга (ТКК), позволяющим получить моторные топлива и металлосодержа-щий кокс.

Использование ПБ в качестве дорожно-строительного  сырья осуществляется, как правило, без извлечения битума из вмещающих пород; в качестве полезного ископаемого в данном случае рассматривается битумосодержащая порода в целом. 

Битумосодержащие породы могут быть использованы для устройства дорожных оснований и покрытий, приготовления асфальтобетонных смесей и других дорожно-строительных материалов, что допускает широкий диапа-зон изменения свойств и состава БСП, применяемых в качестве дорожностроительного сырья.

В дорожном строительстве  могут быть использованы различные  категории БСП, различающиеся по битумонасыщенности и консистенции битумов.

При низкой (1-4%вес.) битумонасыщенности БСП могут использоваться для строительства подстилающих слоев и дорожных оснований, укреплен

ных органическими вяжущими. При средней (4-14% вес.), повышенной (14-25% вес.) битумонасыщенности БСП используются для укрепленных и неукрепленных дорожных оснований. БСП с любой битумонасыщенностью и консистенцией битума могут использоваться для приготовления различных по качеству и свойствам асфальтобетонных смесей.

Использование БСП  в зависимости от класса и свойств  битума рекомендуется по следующим направлениям дорожного строительства:

- твердые тугоплавкие битумы с температурой размягчения выше 90°С: асфальтиты, асфальты - при устройстве подстилающих слоев, приготовлении горячих асфальтобетонных смесей;

• вязкие легкоплавкие битумы с температурой 90-35°С: мальты, асфальты - при устройстве покрывающих слоев, приготовлении горячих асфальтобетонных смесей;
• битумы  жидкой  консистенции  с температурой размягчения ниже 35°С: мальты и разности, переходные к ВВН - при устройстве дорожных оснований, приготовлении теплых и холодных асфальтобетонных смесей.

При использовании  БСП в качестве дорожно-строительного  сырья исключается возможность извлечения ценных попутных компонентов битумов. В связи с этим при геолого-экономической оценке месторождения БСП, предназначенного для получения дорожно-строительного сырья, требуется проведение многовариантных проработок для обоснования экономически наиболее выгодного варианта использования битумного сырья. Кроме того, в битумах возможно присутствие токсичных соединений (V, Cd, As, Zn - содержащих и др.), которые могут влиять на загрязнение окружающей среды.

Промышленная  оценка месторождений ПБ включает, кроме качественных характеристик сырья, также ряд геолого-технических показателей, определяющих целесообразность и способ добычи ПБ,

экономическую рентабельность разработки месторождения. К числу этих параметров относятся: битумонасыщенность, толщина битумоносного пласта, глубина залегания, запасы ПБ, состав и свойства их и битумовмещающих пород, пород вскрыши, горногеологические и гидрогеологические условия месторождения.

Значительный  научный и практический интерес  представляет химический состав ПБ, ВВН и остаточных нефтей (ОН). В отличие от обычных нефтей, состоящих в основном из углеводородных соединений, их образование сопровождается накоплением вплоть до промышленных концентраций (до 5-10% и более) гетероатомных соединений (нефтяные кислоты, простые и сложные эфиры, сульфоксиды, сульфиды, азотистые основания и т. д.), смолисто-асфальтовых веществ, а также некоторых редких, рассеянных и благородных металлов. Все перечисленные вещества имеют промышленную значимость для многих отраслей современного производства, так как могут служить, например, высокоселективными флотореагентами, экстрагентами редких, рассеянных и благородных металлов; полупродуктами нефтехимического синтеза, составной частью ростовых веществ, инсектицидов, материалом для дорожного покрытия и т.д.

 

Состояние и перспективы  производства битумов в России

Недостаточное производство нефтяных битумов в России – следствие  целого ряда объективных и субъективных причин. К объективным причинам относится  сезонность потребления, и следовательно производства, дорожных марок битумов, а также резко возросшая в последние 10–15 лет степень "парафинистости" (повышенное содержание парафиновых углеводородов нормального строения) нефтей. Последнее обстоятельство не позволяет обеспечить весь необходимый комплекс эксплуатационных свойств дорожных битумов без использования современных технологий.

Вместе с тем необходимо отметить, что мировой опыт подсказывает вполне конкретные пути решения этих проблем. Так, влияние сезонности потребления  дорожных битумов во многих случаях  можно демпфировать производством  битумных материалов, имеющих определенную всесезонность применения или длительный срок хранения (например, битумные эмульсии или полимерно-битумные материалы). Зависимость же качества дорожных битумов от качества сырья в большинстве стран Европы устранена целевым применением специальных тяжелых, смолистых нефтей. К сожалению, в России это затруднено как из-за существующего централизованного трубопроводного снабжения сырьем большинства крупных НПЗ, так и отсутствия на них технологических возможностей раздельной переработки двух и более типов нефтей.

Важнейшая же из субъективных причин – неадекватная система ценообразования, при которой отпускная цена битума составляет лишь 60–70% от стоимости  исходной нефти. При этом технологическая  схема производства нефтяного битума включает, как известно, минимум  пять сложнейших процессов, требующих  соответствующих материальных, эксплуатационных, энергетических и прочих затрат. Такая "рентабельность" битумного производства на большинстве предприятий России (см. таблицу) возникает вследствие:

• низкой загруженности существующих производственных мощностей (менее 40% при среднемировом уровне 90–96%);
• применения устаревших технологий и оборудования;
• несоответствия качества сырья;
• отсутствия современных систем налива и затаривания;
• низкой степени автоматизации управления всеми стадиями процесса.

Перечисленные выше причины  объясняют не только низкую

инвестиционную активность крупнейших российских нефтяных компаний по созданию современных битумных производств, но и практически парадоксальную ситуацию, при которой компаниям  экономически выгодно не только не повышать качество производимых дорожных битумов, но и полностью прекратить их выпуск. При этом альтернативные технологические способы переработки  и утилизации гудронов (производство смазочных масел или кокса, газификация, вовлечение в котельные топлива  или в сырье крекинга и др.) на НПЗ имеют достаточно высокую  степень экономической привлекательности. Усугубляет ситуацию развитие "дикого российского бизнеса", направленного  на извлечение прибыли любым путем, даже за счет качества продукции, и  непредсказуемость годовой и  сезонной ценовой политики крупнейших российских нефтяных компаний. Это  приводит как к нецивилизованному  коммерческому хранению битумов  и извлечению прибыли за счет практически  удвоения цен на них в строительный сезон, так и к строительству  малотоннажных региональных установок (вакуумный и битумный блоки) с  неконтролируемым качеством сырья  и продуктов. В любом случае говорить о долговечности дорожных покрытий на основе таких материалов не приходится.