Прикладная наука нефти

Химик Роман Беренблюм о том, как развитие науки помогает сделать добычу нефти более эффективной и экологичной

ля поддержания высокого уровня жизни человечеству требуется все больше нефти и газа, и новые технологии открывают доступ к новым ресурсам. Как научно-исследовательские институты становятся связующим звеном между наукой и нефтяными компаниями? Об этом рассказывает Роман Беренблюм, руководитель группы по исследованиям методов увеличения нефтедобычи Международного научно-исследовательского института Ставангера в Норвегии (IRIS), партнер магистерской программы Сколтеха «Нефтегазовое дело». ПостНаука и Сколковский институт науки и технологий представляют курс «Наука нефти», посвященный современным технологиям добычи углеводородов.

Нефть не заканчивается, потому что наука не стоит на месте

В СМИ часто появляются прогнозы, что нефти осталось на пару десятилетий. Надо четко понимать: если бы мы добывали углеводороды теми способами, которыми мы начали это делать сто с лишним лет назад, извлекаемые запасы нефти действительно давно были бы исчерпаны.

К счастью, наука не стоит на месте, и поэтому мы постоянно получаем доступ к ресурсам, которые раньше считали неизвлекаемыми. В Норвегии есть месторождение Тролль, которое сначала определили исключительно как газовое. В нем есть тонкая нефтяная оторочка, зажатая между газовой шапкой и активной подстилающей водой. Старыми технологиями эту нефть добыть экономически выгодно было просто невозможно, поэтому нефтяные запасы Тролля были оценены в ноль. Потом появились горизонтальные скважины, а для интенсификации притока в них придумали контролируемый гидроразрыв. И сейчас Тролль является одним из крупнейших нефтеносных месторождений в Норвегии.

Еще один яркий пример связан с изучением сланцевых месторождений. Примерно двадцать лет назад над людьми, которые начали их исследовать, многие смеялись и говорили, что это никому не нужно. Но сланцевая индустрия показала неожиданный рост эффективности скважин и внесла большой вклад в нынешнее падение цен на нефть.

Я думаю, что у нефтегазовой индустрии большое будущее. Согласно отчету Международного энергетического агентства IEA, нефть и газ будут основными источниками энергии как минимум до 2050 года. И пока что нет поводов думать, что мы скоро найдем новый источник сырья для производства пластиков, полиэтилена, удобрений — тысяч современных материалов. Наверное, когда-нибудь мы перейдем исключительно на чистую энергетику. Но при этом нефть и газ останутся важнейшими источниками материалов, которые будут нужны современному миру все больше и больше.

Государство, бизнес и наука

Хороший пример взаимодействия государства, бизнеса и науки — это Норвегия, где есть несколько крупных научно-исследовательских институтов. С одной стороны, в Норвегии работают нефтяные компании, которые хотят увеличить нефтедобычу и тратят на это деньги. С другой стороны, государство уделяет этому большое внимание, выделяя деньги на развитие науки и стимулируя компании к тому, чтобы они повышали коэффициент извлечения нефти.

Если компания говорит, что не может добыть больше нефти из месторождения в связи с его технико-экономическими особенностями, это приходится подтверждать. Нельзя прийти к государству и сказать: «Мы не можем добыть больше нефти, не получается». От компаний потребуют научно-исследовательское подтверждение. Месторождения на шельфе разрабатываются консорциумом из трех-пяти компаний. Они контролируют друг друга и привносят собственные знания и технологии, которые получили на других месторождениях или в других регионах. Это очень эффективный способ регулирования и внедрения технологий.

Естественно, ресурсы, которые государство, компании или инвесторы выделяют на развитие науки, ограничены. С появлением исследований в области альтернативной энергетики часть средств перетекает в этом направлении. Центры развития новых технологий не появляются из ниоткуда, они часто возникают на базе уже существующих центров, которые переносят свой экспертный опыт на смежную область исследований. Так, в области исследований, связанных с солнечной энергией или энергией ветра, работают компании и институты, которые имеют навыки в расчетах прочности материалов и строительстве зданий.

Международный Научно-Исследовательский Институт Ставангера (IRIS) в Норвегии последние пятнадцать лет много внимания уделяет исследованиям в области захоронения CO2. Это стало естественным расширением его компетенций, ведь институт давно занимается вопросами бурения скважин, оптимизации этого процесса и увеличения нефтеотдачи. Прикладные исследования могут превращаться в реальные технологии, и тогда на базе институтов создаются стартапы и новые компании.

Сейчас очень важно отслеживать тренды развития и соответственно на них реагировать. Бизнес должен вовремя ориентироваться в меняющемся рынке, чтобы не остаться на обочине. Университетам нужно открывать новые программы или расширять существующие. А НИИ должны использовать возможности применения опыта в новых областях.

Каким должен быть современный специалист

Мы используем все более сложные технологии, но часто можно найти простые и красивые инженерные решения, которые позволяют эти технологии внедрить более эффективно или сделать какую-то технологию более доступной. Это требует широкого спектра знаний и открытого мышления. Например, недостаточно просто научиться пользоваться современным гидродинамическим симулятором и говорить: «Теперь я все знаю и буду все моделировать». Человеку, который хочет этим заниматься серьезно, нужно глубокое понимание физико-химических процессов, с которыми ему предстоит работать.

С учетом того, что мы говорим о все более сложных процессах, студенты с первых лет должны учиться объяснять сложные технологические процессы просто и доступно, потому что диалог между специалистами в разных областях возможен, только если мы способны сложные вещи объяснять друг другу понятным языком. Часто эксперты сразу закапываются в дебри своих процессов и в какие-то детали и не могут найти общий язык, а это очень важно.

Про междисциплинарность в нефтегазовом деле говорят очень часто, ведь задачи отрасли находятся на стыке все большего количества наук. В качестве примера могу привести обычную закачку воды, традиционный процесс для нефтяной индустрии. Раньше закачивали воду для поддержания пластового давления. Это был относительно простой процесс, и главной задачей было найти оптимальное расположение скважин. Потом мы начали говорить о том, что надо управлять подвижностью воды, и моделирование этого процесса усложнилось. Сейчас мы все больше говорим о том, что нужно подбирать химический состав воды, поскольку изменение ионного состава очень сильно влияет на нефтедобычу и прохождение процесса в пласте, а также понимать и микробиологический баланс в месторождении .

Таких примеров очень много. Методы, которые продолжают использоваться, требуют все большего набора знаний и более тесного диалога с индустрией. Сейчас нефть стоит 50–70 долларов за баррель, а не 120–130. Поэтому период сверхдоходов у нефтяной индустрии прошел и вряд ли в обозримом будущем вернется. Исследователи должны не просто заниматься фундаментальными исследованиями, но и очень четко представлять, как это все реализовать в рамках бюджетов нефтяных компаний, потому что, если мы придумаем что-нибудь очень хорошее, но очень дорогое, вряд ли этим кто-то заинтересуется.