Истощение месторождений с традиционными углеводородами породило интерес к разработке тяжелой, сверхтяжелой нефти и природным битумам.
Локализация природных битумов наблюдается в таких странах как: Канада, США, Венесуэла, Тринидад, Нигерия, Россия (Республика Татарстан).
На карте (рис. 1) показано сосредоточение нетрадиционных нефтей в мире: в Альберте (Канада) имеется коммерциализированое месторождение, в Юте (США) есть малые месторождения, в Паррилендс (Тринидад) проводятся исследования для коммерциализации [1], в Ла Фаджа (Венесуэла) – сверхтяжелая нефть, Ондо и Оугн (Нигерия) – месторождения нефтеносных песков, Республика Татарстан (Россия) – битумные месторождения.
Запасы битуминозных пород сравнимы с мировыми запасами традиционных нефтей.
В Канаде природный битум находится в основном на трех месторождениях – Атабаска, Холодное озеро и Пис-Ривер, запасы которых составляют 1,7 трлн барр. В настоящее время Канада производит более 1,2 млн барр. битума в день.
Геологоразведочные работы, проведенные до 2015г. в южной части Тринидада, подтвердили наличие от 1,5 до 2,9 млрд барр. коммерчески жизнеспособного битумного топлива. Южно-западные общины Вессиньи, Гуапо, Паррилендс, Вэнс-Ривер и Ла-Бреа расположены непосредственно на этих богатых запасах и высококачественных месторождениях битуминозных песков.
В России запасы и ресурсы тяжелых нефтей и природных битумов, по данным Геологической службы США (2007), оцениваются в 82 млрд т.
Запасы и перспективные ресурсы тяжелой высоковязкой нефти в Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, по данным Татарского геологоразведочного управления – геологоразведки, составляют около 4 млрд т. Более половины из них сосредоточено в недрах Республики Татарстан [2, 3].
В табл. приведены сравнительные характеристики природных битумов в странах их локализации.
Надо отметить, что углеводородное сырье пермских отложений Татарстана и меловых отложений Атабаски (Канада) и плиоценовых отложений Тринидада близки по своим свойствам (рис. 2) и средние значения основных параметров, определяющих класс углеводородов, соответственно: плотность 0,931–1,046 и 0,970–1,000 г/см³, вязкость в пластовых условиях до 3500 (редко до 44000) и до 10000 мПа×с (иногда до 50 000 мПа×с) [2, 4].
Запасы битуминозных песков Тринидада имеют плотность API от 4,0° до 7,0° и, следовательно, для них применимо определение, данное в патенте правительства Соединенных Штатов Америки (США) (FE-76-4).
То есть, нетрадиционные углеводородсодержащие породы (рис. 3) известны как: битумные породы, пропитанные нефтью породы, битуминозный песок и породы асфальта.
Битуминозный песок относится к нескольким типам горных пород, содержащих чрезвычайно вязкие углеводороды, которые невозможно извлечь в естественном состоянии с помощью обычных методов добычи нефтяных скважин, включая современные методы повышения нефтеотдачи.
В настоящее время известны одни из основных коммерческих процессов, которые первоначально использовались в Альберте (Канада), где в настоящее время ведется разработка битуминозных песков (рис.4), а именно:
1. процесс горячей воды Кларка (CHWP);
2. паровой гравитационный дренаж (SAGD), (рис. 5) применяется, в том числе, в Татарстане (Россия);
3. процесс циклической стимуляции паром (CSS);
4. процессы с растворителем (SP);
5. системы впрыска с обоих концов (HTIS), для использования в Тринидаде и Тобаго.
Вышеприведенные пять способов предусматривают применение воды с различными растворителями и химреагентами, которые оказывают канцерогенное воздействие на биосферу, учащают количество летальных исходов и соответственно являются не экологичными.
Предлагается наилучшая и наиболее рентабельная технология для такой монетизации с использованием чистого процесса ретортации, который позволяет извлекать всю органическую фракцию из руды битуминозных песков и одновременно выполнять первичную очистку битума для получения перекачиваемого дистиллята.
От 30 000 до 100 000 барр. в день синтетической сырой нефти можно производить на участках открытой разработки, извлекая пригодные для использования битуминозные пески и закладывая отходы, не содержащие углеводородов, обратно в выработку с последующей рекультивацией (рис. 6). Это устойчивая экологически чистая технология без использования химикатов или фракций растворителей.
Возможность извлечения и переработки гудроновых (или нефтяных) песков и битуминозных пород в синтетическую сырую нефть (рис. 7) с плотностью 37° API составит альтернативу [5] обычной сырой нефти, добыча которой истощается.
Таким образом, тяжелая нефть и природный битум в краткосрочной и среднесрочной перспективе станут одним из доступных источников энергии, способных восполнить дефицит легкой нефти. Нетрадиционные нефти также могут долгое время служить «энергетическим мостом» между традиционной нефтью и будущим периодом радикально новых энергетических технологий.
Для реализации рационального подхода к использованию ресурсов природных битумов необходимо создавать пилотные проекты с опытно-промышленными технологическими полигонами с применением новой прорывной технологии монетизации и реализацией процесса чистой термической реторты, что станет «третьей волной» развития энергетики.