ЗНАЧЕНИЕ ПЕТРОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

Габдрахманова К.Ф.¹, Шамсутдинова Г.Ф.²

¹Доцент, ²Студент, ФГБОУ ВО филиал Уфимского государственного нефтяного  технического университета в г. Октябрьском

ЗНАЧЕНИЕ ПЕТРОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

Аннотация

В данной работе рассматривается использование петротермальной энергии, как источника неисчерпаемого энергетического ресурса из недр Земли. Энергетика – это самая важная сфера человеческого общества на сегодняшний день, от нее зависит не только факторы производства, но и материальное обеспечение нашего общества. Энергетика обеспечивает ресурсами все процессы в производстве, общественную деятельность и информационную область. Установлено, что использование петротермальных теплоносителей оказываются на много выгоднее и экономичнее, чем  тепловые и атомные электростанции.

Ключевые слова: петротермальная энергия, топливная энергетика, гидроразрыв пласта, энергореурс, энергоснабжение.

Gabdrakhmanova K.F.¹, Shamsutdinova G.F.²

¹Associate professor, ²Student, Federal State Educational Institution of Higher Education Ufa State Petroleum Technological University, the Subsidiary, Oktyabrsky

PETROTERMALNOY IMPORTANCE OF ENERGY IN THE MODERN WORLD

Abstract

In this paper, we consider the use petrotermal energy as a source of inexhaustible energy source of the Earth's interior. Energy - is the most important sphere of human society today, it affects not only the factors of production, but also the material support of our society. Energy resource provides all the processes in production, social activities and information area. It was found that the use of coolants petrotermal are much more profitable and efficient than thermal and nuclear power plants.

Keywords: petrotermal energy, fuel power, layer hydraulic fracturing, energy resource, power supply.

На сегодняшний день население планеты сильно растёт, уровень жизни людей, следовательно, увеличивается и потребность в энергетических ресурсах. Основное количество энергии мы получаем из традиционных ресурсов, таких как газ, нефть и уголь и  во многих странах уже начали активно использовать возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Несомненно, что помимо добычи минеральных природных ресурсов становится необходимым и актуальным развитие отрасли альтернативной энергетики на основе ВИЭ. Одним из перспективных направлений в этой области является петротермальная энергия, так как ее запасы имеются практически по всей планете и они постоянны и удобны для использования в отличие от солнечной и ветровой энергии, которые отличаются прерывистым характером поступления.

Как и в любой отрасли промышленности, главной целью нефтегазодобывающих предприятий является выполнение рабочих  планов по производству продукции и получение выгоды. Для увеличения энергетической эффективности, экономии ресурсов и экологические мероприятия у организаций, как правило, не хватает времени и материальных ресурсов. Следствием этого является увеличение количества масштабных экологических задач, поднимающихся уже не только перед самими нефтегазодобывающими компаниями, но и перед каждой страной и обществом в целом. На наш взгляд, таковыми, т.е. глобальными, сейчас как раз и являются проблемы энергосбережения и охраны окружающей среды. Особенно важными эти вопросы являются для месторождений, находящихся на поздней стадии разработки, когда себестоимость добычи нефти становится высокой и накопленные неэксплуатируемые технические объекты, например, скважины, а также экологический ущерб и опасные отходы, требуют огромных затрат. Соответственно, решить такие глобальные задачи можно только сообща, объединяя усилия бизнеса (НГДП), государства и науки (научно-технических центров, научно-исследовательских институтов и вузов). Предлагаемый нами способ решения энергоснабжения удаленных нефтедобывающих объектов возможно реализовать именно при таком взаимовыгодном сотрудничестве, при котором все стороны найдут взаимопонимание, и вместе придут к положительному результату.

Анализируя данные разных источников пришли к следующим выводам: проблемы и способы уменьшения энергетических затрат на объектах нефтедобычи исследуются и решаются двумя главными способами:

- автоматизация технологических процессов на объектах добычи нефти и регулирование режима добычи, например, попеременная эксплуатация скважин, а также усовершенствование технических характеристик используемых двигателей, насосов и других технических узлов [1, С. 20; 2, С. 7];

- использование малых, мобильных электростанций или электростанций малой мощности работающих на разных видах топлива: попутный нефтяной газ (ПНГ), природный газ, нефть, мазут, дизельное топливо [2, С. 9; 3, С. 25].

Выше указанные методы не дают возможность хорошо решить данную задачу, так как они лишь переводят затраты ресурсов из одной отрасли в другую, и являются экологически небезопасными. Они влекут за собой загрязнение экологии, посредством выбросов в воздух от сжигания горючего, формирования немалого объема отходов и сточных вод, требующих обезвреживания и утилизации. Кроме того все перечисленные способы очень дороги по цене. Так, например, зачастую затраты на обустройство нефтяных месторождений газотурбинными установками (ГТУ) не окупаются, а нефтедобывающие компании (опять же в виду отсутствия научно обоснованного подхода к выбору способа утилизации ПНГ) были вынуждены поставить ГТУ, чтобы не нарушать природоохранное законодательство и не платить штрафы. Другой пример с дизельными установками для энергоснабжения промысла: использование таких генераторов энергии мы считаем экономически нецелесообразным, т.к. для их работы требуется постоянный расход большого количества горючего. Это топливо еще нужно регулярно доставлять к потребителю, что также весьма затруднительно и дорого обходится из-за отдаленности таких объектов и нередко отсутствия транспортных линий. По нашим расчетам вышло, что обеспечение топливом дизельной установки мощностью равной 100 кВт с расходом топлива от 12 до 25 л/ч обходится в 2,7-5,5 млн рублей в год при цене самой установки от 450 до 900 тысяч рублей в зависимости от производителя, технических характеристик и комплектации.

Хорошо изучив данную задачу, мы предлагаем следующее решение: применять имеющийся на месторождении фонд скважин, заброшенных, неэксплуатируемых или законсервированных в качестве источников петротермальной энергии. Интересно то, что в других странах, например в Китае [4, С. 85-89] и США [5, С. 63], ученые уже несколько лет изучают решение этой задачи. Возможно, это связано с тем, что таким образом можно значительно снизить затраты на разведку, строительство и обустройство скважин и одновременно решается ряд других не мало важных задач, связанных с экологической безопасностью заброшенных скважин, и как оказалось, необходимостью периодического исследования их состояния. Необходимо заметить тот факт, что в мире есть несколько пертотермальных станций, которые построены в сейсмически неактивных регионах, где отсутствуют температурные аномалии в геологических средах. Примером могут служить петротермальные станции в Германии и Франции [6, С. 113], которые уже на протяжении 20 лет успешно функционируют. Хорошее значение имеет опыт г.Кретей, где продуктивная наклонно пробуренная скважина глубиной 1800 м с температурой на устье 77 °С, расходом - 270 м³, давлением 0.6 МПа обеспечивает работу тепловой станции мощностью 10 МВт (8,6 Гкал/ч). Кроме того во Франции уже на 2008 год эксплуатировалось более 30 петротермальных систем теплоснабжения и в результате было замещено 130 тыс.т у.т. (условного топлива) [6, С. 120]. Для петротермальных месторождений этого региона характерна хорошая минерализация и коррозионная активность теплоносителя, поэтому все трубопроводы и остальные конструктивные детали выполнены из нержавеющей стали. Стоимость энергии, вырабатываемой на этих станциях составляет примерно 35 евро/МВт·ч (1770 руб./Гкал).

Изучив данные НПЦ «Недра», выяснилось, что геологоразведочных скважин на нефть и газ на территории нашей страны, России, насчитывается более 130 тысяч. По оценкам экспертов за время разведки и эксплуатации недр глубоким бурением на нефть и газ было пробурено около 1 500 тысяч скважин, в том числе "геологоразведочных" и эксплуатационных. На сегодняшний день аварийное состояние законсервированных и ликвидированных скважин представляет собой опасность для экологии окружающей среды (ОС). Как показывает опыт, причиной потери герметичности скважины может стать разрушение цементных мостов, коррозия устьевого оборудования и самой колонны, в следствии чего и появляются разливы рассолов, нефти, а иногда может возникнуть и открытый фонтан. Ночью 15 мая 2013 года на скважине №249 в промышленном районе хутора Ханьков Анастасиевского сельского поселения в Краснодарском крае произошел такой случай. Из-за срыва запорной арматуры в конструкции скважины произошел выброс газо-грязевой смеси. Промышленная скважина принадлежит ОАО "Роснефть-Краснодарнефтегаз". 17 мая рабочие продолжили монтаж новой запорной арматуры на устье скважины.

По данному примеру можем сказать, что такое расположение дел в государстве будет причиной загрязнения природы, также приведет к большим непредвиденным денежным затратам и потере ценных минеральных ресурсов. К сожалению ситуация практически не меняется, в виду отсутствия и у государства и у нефтедобывающих компаний целевых средств на решение проблем с такими скважинами, а также и интереса к решению этих задач.

Применение гидроразрыва пласта (ГРП) при извлечении энергии горячих низкопроницаемых горных пород взяло основу на технологии хорошо используемой в нефтегазовой сфере промышленности. Этот способ применяется для увеличения проницаемости и трещиноватости низкопроницаемых, а иногда даже непроницаемых пластов для повышения дебита добывающих скважин и интенсивного роста нефтеотдачи при разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

Анализируя результаты многочисленного применения ГРП, а также теоретические исследования позволяют сделать вывод о том, что ГРП более эффективен не как средство интенсификации добычи нефти из отдельных скважин, а как элемент, неотъемлемая часть разработки месторождений. Совершенствование технологии проведения ГРП позволяет использовать его как инструмент регулирования разработки. Проектирование разработки с использованием ГРП особенно эффективно на начальной стадии эксплуатации месторождения.

Уже в начале XX века наши отечественные ученые, а именно Э.К.Циалковский и В.А.Обручев, предложили возможность об извлечении основных петротермальных ресурсов, которые непосредственно заключены в недрах Земли в твердых низкопроницаемых горных породах.

Исходя из опыта проделанной работы ученых во многих странах мира [1, С. 45], можно сказать, что в весьма благоприятных условиях использование петротермальных теплоносителей оказываются 3-6 выгоднее и экономичнее, чем тепловые и атомные электростанции.

Несомненно, внутренняя энергия недр Земли представляет собой колоссальный неиссякаемый энергоресурс, при целесообразном освоение которого население планеты в реальности ощутила б снижение цен на все виды энергии по сравнению с нынешней топливной энергетикой. Также неисчерпаемыми являются энергия солнечных и термоядерных приборов, но они обходятся на много дороже топливных. Если учитывать ущерб, нанесенный литосфере, гидросфере и биосфере, то самым дорогостоящим является освоение гидроэлектростанций на многоводных реках, ветровые генераторы, поток волн, ветра и изменения температуры в океане. И конечно же, возможные ресурсы всех выше перечисленных разных видов источников энергии, за исключением последнего, на много ниже петротермальных ресурсов.

Петротермальная энергия – весьма стабильный, большой и неиссякаемый ресурс нашей планеты. Он является одним из главных, важных, и занимает первое место среди нетрадиционных источников энергии. Постоянная генерация внутренней энергии земли за счет долгоживущих изотопов, которые подвергаются  радиоактивному  распаду, а также непосредственный переход энергии гравитационной дифференциации в глубинных оболочках горных пород планеты, в тепловую энергию, восполняет его наружные утраты.

Достатком петротермального источника энергии являются: их распространённость повсюду, неиссякаемость, приспособляемость к потребителю и близкое расположение к нему, сравнительно низкая цена, относительно малая трудоемкость, безотходность, хорошая безопасность при эксплуатации, отсутствие экологических нарушений окружающей среды.

К минусам следует отнести - не транспортабельность, невозможность накапливания, значительно не высокий потенциал на небольших глубинах до 3000 метров, а в нашей стране РФ, отсутствие необходимого промышленного опыта в этом направлении промышленности[5, С. 47].

Неисчерпаемая тепловая энергия Земли – дала основу дальнейшему развитию энергетики.

Для любой страны мира она может стать стабильным, надежным источником обеспечения дешевыми и доступными электроэнергией и теплом при использовании новейших, экологически чистых технологий по ее извлечению из недр Земли и поставки потребителю. Петротермальная энергетика является фундаментом обеспечения безопасности нашей страны, её будущего и интенсивного экономического развития различных сферах промышленной деятельности, сельского хозяйства, транспорта и коммунально-бытовой сферы в отдаленных от больших развитых городов России и плохо освоенных районах страны, нуждающихся в дешевой и постоянной энергетике.

Таким образом, с помощью принципиально новых решений создание теплоэнергетики на базе применения тепла горячих горных пород Земли позволяет обеспечить страну дешевой электрической и тепловой энергией при устранении существующих вредных выбросов, негативно воздействующих на здоровье людей и окружающую среду. Возможность практически неограниченного размещения петроэнергетических станций позволяет их сооружать вблизи объектов потребления энергии и, тем самым, сократить издержки в дальний автотранспорт горючего и электроэнергии на данные цели. Практическое овладение петротермальных ресурсов Земли будет оказывать всестороннее влияние на развитие отечественной экономики. Развитие такого неиссточаемого источника энергии в наше время крайне необходимо.

Кроме экологического и экономического эффектов от реализации таких проектов в нефтегазодобывающих компаниях можно получить еще и социальные выгоды, которые будут выражаться в создании новых рабочих мест, а для месторождений, находящихся на заключительной стадии разработки даст возможность переориентироваться на энергетическую отрасль и занять там свою нишу. Еще одним положительным результатом этих работ несомненно будет появление новых современных технологий в данной отрасли и в целом по стране это позволит развивать и расширять использование ВИЭ и энергосберегающих технологий. В направлении применения ВИЭ и в том числе геотермальной энергии Россия значительно отстает от развитых стран  и поэтому проблема весьма актуальна и значима. Предполагаемые результаты  от реализации данной программы позволят распространить разработанные технологии извлечения геотермальной энергии практически по территории всей России, где имеются законсервированные нефтяные и газовые, а также возможно и другие разведочные или поисковые скважины.

Список литературы / References

1. Рыженков В.А. О возможности использования тепла глубинных пород Земли для электро- и теплоснабжения обособленных потребителей [Текст] / В.А.Рыженков, Н.Е. Кутько // Энергосбережение и водоподготовка. – 2009. – № 1.
2. Геотермальные разработки месторождений. Семинар по геотермальной энергии ICS-ЮНИДО, Триест, 2008.
3. Геотермальные электростанции: Принципы, приложения, тематические исследования и воздействия на окружающую среду. Второе издание. Северный Дартмут, штат Массачусетс. DiPippo, Рональд. 2008.
4. Стоянов Н.И. Математическое моделирование температурного поля петротермальной скважины [Текст] / Н.И. Стоянов, Р.А. Гейбатов // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. – 2012. – №4 (33). – с. 85 – 89.
5. Месторождения на заключительной стадии разработки. Пути решения проблемы высоких энергозатрат. - “Oil@Gas Journal. Russia / http://www.ogjrussia.com/science/mestorozhdeniya-na-zaklyuchitelnoy-stadii-razrabotki/ - октябрь, 2013 г.
6. Габдрахманова К.Ф. Численные методы в задачах в нефтегазовой отрасли/ К.Ф.Габдрахманова // Уфа: 2015. – 136 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Rizhenkov V.A. Kutko N.E. O vozmognosty ispol’zovania tepla glubinnih porod Zemly dli elektro- i teplosnabgenia obosoblennih potrebitelei [On the possibility of using heat deep Earth rocks for energy and heat supply of separate consumer] // Energy saving and water treatment. – 2009. – № 1. [in Russian]
2. Geotermal’nie razrabotki mestorogdeniy [Geothermal Fields Development] Workshop on Geothermal Energy ICS-UNIDO, Trieste. – 2008. [in Russian]
3. Geotermal’nie electrostansii: Prinsipi, prilogenia, tematicheskie issledovania i vozdeistvia na ocrugauchuu sred. Vtoroe izdanie [Geothermal Power Plants: Principles, Applications, Case Studies and Environmental Impact. Second Edition] North Dartmouth, Massachusetts. DiPippo, Ronald. – 2008. [in Russian]
4. Stoyanov N. Matematicheskoe modelirovanie temperaturnogo pola petrotermalnoe skvaginy [Mathematical modeling of temperature field petrotermalnoy well] [Text] / NI Stoyanov, R. Geybatov // Herald of the North Caucasus State Technical University. – 2012. – №4 (33). - S. 85 – 89 p. [in Russian]
5. Mestorogdenia na zakluchitelnoe stadia razrabotki/ Puti reshenia problem visokih energo zatrat [Deposits at the final stage of development. Ways to solve the problems of high energy consumption.] - "Oil @ Gas Journal. Russia / http://www.ogjrussia.com/science/mestorozhdeniya-na-zaklyuchitelnoy-stadii-razrabotki/ - October 2013. [in Russian]
6. Gabdrahmanova K.F. Chislennie metodi v zadachah  v neftegazovoi otrasly / K.F. Gabdrakhmanova [Numerical methods in problems of oil and gas] // Ufa: 2015. – 136 p. [in Russian]