Вместо создания пара путем сжигания природного газа солнечные тепловые установки используют солнечную энергию для нагрева жидкого теплоносителя, пропуская его через теплообменник

Сохраняющийся мировой спрос на нефть и потребность в экономии средств побуждает нефтедобывающие компании искать нетрадиционные способы освоения нефтяных месторождений.

В частности, такие ископаемые ресурсы, как тяжелая нефть, битуминозные пески и горючие сланцы, вновь обретают интерес, поскольку новые способы добычи обещают сделать производственный процесс менее затратным.

Кроме того, конкурируя с возобновляемыми источниками энергии за чистоту экологии, добывающие компании вынуждены искать более устойчивые с природоохранной точки зрения методы извлечения нефтяных ресурсов.

Одним из подходов в области добычи нефти, вызывающим интерес в последние годы, является использование солнечной энергии, в частности, солнечных тепловых установок. [1]

Технический обзор

С первых дней возникновения нефтедобывающей промышленности инженеры стремились к увеличению продуктивности добычи геологических запасов нефти (OOIP), используя технологии, известные как методы увеличения нефтеотдачи (EOR).

Обычно продуктивность добычи OOIP достигается повышением температуры для снижения вязкости нефти, закачкой воды или другой жидкости для вытеснения необходимой субстанции или закачкой химических реагентов.

На практике химикаты используются редко из-за высоких затрат и негативных экологических последствий. Почти во всех широко используемых методах EOR используется комбинация повышения температуры пласта и закачки воды для вытеснения нефтесодержащих жидкостных слоев. Сочетание этих методов известно как термическое увеличение нефтеотдачи (TEOR).

На рис. 1 показан основной рабочий процесс метода TEOR, основанного на инжекции пара, наиболее распространенного способа в этом семействе методик.

Схема закачки пара в скважину, согласно методу TEOR

Рис. 1. Схема закачки пара в скважину, согласно методу TEOR. Пар нагнетается через одну скважину, разогревает и вытесняет нефть, которая выходит из другой скважины. Источник: Wikimedia Commons, United Staes DOE

На рисунке видно, что пар сначала закачивается в резервуар через нагнетательную скважину. Затем он передает нефти часть своей тепловой энергии, конденсируется и вытесняет ее.

Разогретая нефть выходит из соседней скважины на некотором расстоянии. Несмотря на то, что при организации такой системы необходимо преодолеть множество технических проблем, в данном контексте наибольший интерес вызывает производство пара.

Как правило, пар для TEOR производится путем сжигания природного газа. Интуитивно понятно, конечно, что выходящий из скважины попутный природный газ можно использовать для создания пара, однако, на практике затраты на его обработку на месте оказываются слишком высоки, поэтому производственную площадку он обычно покидает в виде выведенного в сторону горящего факела, а для создания технологического пара уже подготовленный газ подводится извне.

Этот газ из внешнего источника значительно увеличивает стоимость производства, не говоря уже о сильных выбросах углерода. По этой причине нефтяные компании заинтересованы в поиске менее дорогостоящих источников пара для TEOR.

Солнечная термальная добыча нефти

Одним из решений для создания более дешевого пара для TEOR, которое появилось в последние годы, является производство пара с помощью солнечной тепловой энергии.

Вместо создания пара путем сжигания природного газа солнечные тепловые установки используют солнечную энергию для нагрева жидкого теплоносителя, пропуская его через теплообменник.

Солнечные установки для TEOR имеют значительные экологические и экономические преимущества перед установками на основе газа. В частности, в процессе увеличения нефтеотдачи можно потенциально снизить выбросы углерода с 23,8 г CO₂/МДж с газовой установкой до 0,1 г CO₂/МДж, используя солнечное парогенераторное оборудование. [2,3]

С экономической точки зрения солнечные установки также предлагают несколько преимуществ. Установки на основе солнечной энергии после осуществления первоначальных инвестиций избавлены от высоких издержек производства, в отличие от установок на основе газа, и не подвержены рыночным колебаниям цен на природный газ. [4]

Хотя солнечные установки подвержены значительно более высоким начальным инвестиционным вложениям, сниженные эксплуатационные затраты делают солнечный TEOR экономически жизнеспособным как в ближайшем будущем, так и в долгосрочной перспективе.

Хотя экономические данные не так однозначны, как экологические преимущества, можно говорить о том, что солнечные установки TEOR являются, по меньшей мере, такими же экономичными или даже несколько более выгодными, чем газовые установки.

Текущие реализации и ограничения

Если солнечный метод TEOR обладает явными экологическими преимуществами и сопоставимыми экономическими затратами по сравнению с газовыми установками, возникает резонный вопрос: почему солнечный TEOR до сих пор не нашел широкомасштабной реализации? Почему не каждая нефтяная компания использует этот подход?

Ответ сводится как к практическим возможностям солнечного TEOR, а в действительности, к солнечной энергии в целом, так и к базовым реалиям нефтяной промышленности.

С практической стороны, постоянным недостатком солнечной энергии является ее неспособность стабильно производить энергию, за исключением определенных часов в регионах с высоким уровнем солнечного излучения.

Еще одним препятствием для внедрения нефтяными компаниями этой технологии являются чрезвычайно высокие начальные капиталовложения.

В такой бурной сфере, как нефтяная промышленность, компании устали вкладывать огромные суммы в проекты, которые смогут в ближайшем будущем обеспечить только номинальное экономическое преимущество. Реальные экономические выгоды солнечного TEOR находятся в долгосрочном временном горизонте.

В настоящее время существует два конкурирующих проекта для увеличения коэффициента извлечения нефти (КИН) на основе солнечной энергии, которые были доведены до практической реализации.

BrightSource Energy разработала конструкцию солнечной башни и совместно с Chevron реализовала опытный проект вблизи Коалинга, Калифорния, с которого часть пара шла на нефтяное месторождение.

GlassPoint Solar, проектная фирма, создала конструкцию с концентрирующими солнечными желобами, расположенными в «теплице». Конструкция GlassPoints менее эффективна, чем у Brightsource, однако, стоит значительно дешевле. GlassPoint заключил партнерские отношения с Petroleum Development Oman для возведения такой теплицы на месторождении Amal в Омане. Установка была завершена в конце 2012 года, и сегодня дает более 20% технологического пара.

Смотреть вперед

Экономическая целесообразность была и всегда будет основным фактором, определяющим добычу нефти. Просто экологических преимуществ недостаточно, и до тех пор, пока производители нефти не увидят в методах увеличения нефтеотдачи на основе солнечной энергии очевидную экономическую выгоду, по сравнению с газовыми методами, их использование не станет широкомасштабным явлением. Для повсеместного внедрения этой технологии еще многое предстоит сделать.

 

Источник:

Timothy Anderson. «Солнечная энергия и добыча нефти»

Ссылки:

[1] A. Kovscek, «Новые вызовы и возможное будущее для термически улучшенной добычи нефти», J. Petrol. Sci. Eng. 98-99, 130 (2012).

[2] A. R. Brandt и S. Unnasch, «Энергетическая интенсивность и выбросы парниковых газов от термического повышения нефтеотдачи», Energy Fuels 24, 4581 (2010).

[3] J. Sandler и другие, «Пар, генерируемый солнечной энергией для добычи нефти: моделирование пласта, экономический анализ и оценка жизненного цикла», Energy Convers. Manage. 77, 721 (2014).

[4] T. Anderson, «Экономический анализ повышения нефтеотдачи на основе солнечной энергии», One Petro SPE-173466-STU, 29 Oct 14.

[5] A. Agarwal и A. R. Kovscek, «Пар, генерируемый солнечной энергией для извлечения тяжелой нефти: сопряженный анализ геомеханического и пластового моделирования», One Petro SPE-165329-MS, 19 Apr 13.

Комментарии

Василий Деев

Очень интересно почитать. Солнечная энергия даже здесь может использоваться.

Николай Петров

И ведь вот что удивительно, вроде все заинтересованы в безтопливной, экологически чистой энергетике, в создании и производстве таких вот самолетов, вертолетов, катеров, мотоциклов, автомобилей, которым не требуется ни топлива, ни зарядки аккумуляторов. Которые могут парить в воздухе или плыть в океане столько, сколько хочет хозяин. Месяцы или годы, пока ему не надоест путешествовать. НО, никто не хочет инвестировать в производство таких транспортных средств и источников энергии хотя бы для того, чтобы жить в природе и не зависеть от сетей монополистов.

А инвестировать есть во что. Проекты готовы. Пока не созрело желание продать их в Америку или Европу. Зарубежные бизнесмены ждут.

И скорее всего будет принято такое решение.

Николай Петров

Да какая еще нефть? Не нужно ничего сжигать, вообще ничего, чтобы получить энергию.

Написать комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

  • Дата:09.05.2020
  • Просмотры:443
  • Источник: Stanford University