Регистрация / Вход
текстовая версия
ВОЙНА и МИР

 Сюжет дня

В Ракке 19 детей погибли из-за бомбардировки американской коалиции
Госдеп пригрозил "соответствующими последствиями" за отказ Асада от сотрудничества с ОЗХО
Сирийская армия окружила боевиков ИГ у города Акербат
Баку доставляет оружие даже для джихадистов Сирии
Главная страница » Аналитика » Просмотр
Версия для печати
Пики производства нефти и газа
27.07.17 08:09 Экономика

Заколдованный пик

Неоднократно заявлялось, в том числе и уважаемыми авторами "Пределов роста", что "точного" значения доступных человечеству геологических ресурсов мы не знаем. Это, конечно, правда, но правда не вся. Разберём на примере.

Когда я вижу незнакомую канистру для бензина, не могу сказать точно: двадцать литров или тридцать. Более того, не прикасаясь к канистре, не могу сказать: бензина на донышке или под пробку. Я же не Вольф Мессинг! Одно знаю железобетонно. Кубометра бензина в канистре нет. Для этого Альбертом Эйнштейном быть не надо, а можно вспомнить арифметику из начальной школы. Кубометр – это кубик с размером ребра 1 метр, а незнакомая канистра – явно меньше метра по каждому из трёх измерений.

Спорить с приятелем, сколько в канистре бензина: пять литров или двадцать пять – непродуктивно, но хотя бы интересно. Спорить, есть ли там 1000 литров или всего 990 – глупо.

Теперь представьте, я уже повертел канистру в руках, ознакомился с надписью на пробочке: "25 литров", пару раз заправил лодочный моторчик. Можно спорить, осталось ли в канистре 14 литров бензина, или всего 10. "Точно" мы не знаем. Споры могут быть жаркими и вполне конструктивными: каков объём бака у мотора? Сколько там было до первой заправки? Каков расход на сто километров плавания? Можно усовершенствовать технологию наших оценок: померить уровень палочкой, либо взвесить канистру (тут же покатили споры об арифметической точности). Вдруг, кто-то наивный заявляет: "В канистре – бесконечное количество бензина! Мы же заправились два раза – бензина хватило. Значит, и дальше будет всегда хватать. Исторический опыт." Ошибку формальной логики – найдите сами.

Определившись с объёмом канистры и длиной маршрута, пессимист станет готовить потихоньку вёсла, чтоб когда бензин кончится – догрести куда требуется. Реалист, достанет вёсла сразу: и упражнение, и сэкономим бензин на всякий пожарный случай. Оптимист отправится в плавание без вёсел вообще, в надежде, посреди озера дежурят спасатели с запасной канистрой бензина.

В этой главе мы будем употреблять геологические термины, которые требуют пояснения для не-геологов (а геологи могут до формулы пропустить, но прочитайте-таки определение "месторождения").

Нефть не сидит под землёй в пещерах, а распределена по объёму. В горных породах (не употребляйте слово "камни") существуют пустоты: поры и трещины. Объём соединённых пор в среднем на кубометр породы называется эффективной пористостью и измеряется в безразмерных единицах. Например, φe=0.100 означает, что в кубометре породы ровно 100 литров соединённых пор1. В порах сидит, в основном, вода, а углеводороды присутствуют по желанию. Объём воды, поделенный на объём пор, называется водонасыщенностью и тоже записывается в безразмерных единицах. В России использовалась буквочка Кв, но мы будем использовать международное обозначение Sw. Если Sw равно 0.300, то при пористости 0.100 в кубометре породы (1-0.3)×0.1×1000=70 литров нефти (или газа). Это называется геологические запасы.

Если порода глинистая, часть воды может быть извлечена только выпариванием, либо помещением породы в вакуум или ультрацентрифугу. Этот объём называется остаточной водонасыщенностью Swirr (Кво). Наконец, часть нефти тоже крепко цепляется за породу и может быть извлечена лишь с использованием большого количества энергии (например, размолоть породу и полить щелочью). Называется остаточной нефтенасыщенностью, Sor (Кно)2.

Наконец, нефть сидит под землёй при повышенных температуре и давлении. Когда выходит на поверхность и остывает – меняется в объёме. Каково изменение – зависит от вида нефти и глубины залежи. Коэффициент Bo варьирует в широких пределах: от 1.0 для "мёртвой" нефти на малых глубинах до 3.0 у лёгких и летучих сортов на больших3.

Если Sor=0.400, то всего можно извлечь (1-0.3-0.4)×0.1×1000=30 литров нефти. Это – технически извлекаемые запасы. Отношение технически-извлекаемых и геологических называется техническим коэффициентом извлечения нефти, КИНт. В нашем примере КИНт = 30/70 = 0.43.

Любой объём горной породы, где 1-Sw-Sor> 0 – называется продуктивной залежью (ещё используются термины "пласт" и "продуктивный горизонт", хотя и не совсем верно). Естественно, геологические запасы4, технически-извлекаемые запасы и КИНт выражаются формулами:

Одна или несколько продуктивных залежей, собранные в какой-либо географической точке, называются месторождением. В этом месте чистая геология кончается, и начинается экономика и инженерное дело. Представьте себе одинокую залежь размерами 500×500 м и мощностью (у геологов, слово "толщина" зарезервировано для троллей) 10 м. Пусть пористость, Sw и Sor – как в примере выше. Тогда технически-извлекаемые запасы: 500×500×10×30=75 млн литров, или 470 тыс баррелей. Для простоты положим, что всю нефть можно добыть одной скважиной за 40 лет (о дебитах реальных скважин поговорим позже). Является ли залежь месторождением?

Пусть текущая цена нефти $50 за баррель, а географическая точка залежи: на кукурузном поле Джо Смита, в штате Юта. 470 тыс баррелей = $23.5 млн. в текущих ценах. Дорога? К ферме Смитов уже проложена дорога. Электричество? Вот сельская ЛЭП. Жильё? У Джо – большой дом. Транспорт? На ферме есть трактор и два грузовика. Продовольствие? Я же сказал: "на кукурузном поле". Привезти простейшую буровую и пробурить скважину – скажем, миллион долларов. Ещё миллион – оборудование скважины: обсадная колонна, насосно-компрессорные трубы, насос-качалка, сепаратор, и так далее. После сдачи скважины в эксплуатацию, стоимость добычи определяется текущим ремонтом и ценником цистерны-нефтевоза, три раза в неделю забирающего продукт. Джо считает чистую прибыль: более $20 млн за 40 лет, то есть по пол-лимона в год. Недурственно! Залежь является месторождением, и нужно бурить. Более того, после бурения эта залежь будет оставаться месторождением при любой цене нефти на рынке. Если невыгодно продавать, Джо просто на какое-то время остановит скважину. Охрана оборудования и ремонт фермерской дороги выполняются параллельно с обработкой кукурузного поля.

Теперь предположим, залежь находится не в Юте, а на планете Шелезяка™ Аляске. До ближайшего жилья – 300 км, до ближайшей дороги – 100 км по безлюдной тундре, ЛЭП нет, ничего нет. Естественно, кроме буровой понадобится ещё бригада строителей, чтобы отсыпать грунтовку. Возить нефть на вездеходе или на вертолёте или разгребать зимник – себе дороже. Стоимость бурения выше, арктическое оборудование – тоже стоит больше. Скажем, освоение и эксплуатация обойдутся не в 3.5 млн баксов, а в 10. При цене нефти $50 за баррель – залежь кое-как является месторождением. При цене $20 за баррель – заморачиваться не стоит, только деньги потратите. Более того, если дорога уже построена, а скважина пробурена – оборудование посреди арктической пустыни требует ухода и охраны. Летят вертолёты – привет Мальчишу™ техникам, охранникам, дорожникам и прочим вахтовикам. А что им ещё в тундре делать, не оленей же пасти... Если цена нефти упадёт ниже критической – вахтовиков увольняют, оборудование ломается или его разворовывают на запчасти. Когда цена вернулась обратно – запускать единственную скважину может стать неинтересно – смотря что своровали и насколько развезло дорогу. Залежь-то осталась, а месторождение – закончилось.

Наконец, наша маленькая залежь может оказаться посреди Тихого океана, с глубиной воды 3 км. Ясно, ни при какой цене нефти эту залежь разрабатывать не станут. Энергия в дизтопливе для буровой, топочном мазуте для пароходов, керосине для вертолётов, угле для выплавки стали, и так далее – намного превышает энергию 470 тыс баррелей, что можно из залежи добыть. Шансов превратиться в месторождение у этой одинокой залежи нет. Ни при каких обстоятельствах5.

С твёрдыми энергетическими ископаемыми: углём и битумом – ситуация точно та же, что и с жидкими и газообразными, только формулы подсчёта немного другие. Залежь угля 500 тыс тонн безусловно является месторождением, если на глубине 200 м в индустриальной Англии. Она же, расположенная на глубине 600 м посреди "задворков" Австралии (до ближайшей автодороги – 450 км) может быть, а может не быть месторождением – в зависимости от текущей цены энергоресурсов. И она же никогда не станет месторождением, если расположена под километровым панцирем льда в Антарктиде.

В своей знаменитой статье 1956 года [20], Марион Кинг Хабберт6 сформулировал три условия, которым должна удовлетворять кривая добычи (геологи говорят: "дебита") отдельной нефтяной скважины, залежи, месторождения, всех месторождений одной страны или всей планеты. Как и с "Эссе о природе народонаселения" Мальтуса, статья Хабберта быстро обросла мифами и городскими легендами. Цитировать не умеющих читать "последователей" мы не будем, а обратимся к первоисточнику, лишь добавив данные, добытые геологами за прошедшие с момента публикации 60 лет. Вот три условия, как изложено в статье:

  1. На минус бесконечности по времени дебит равен нулю.

  2. На плюс бесконечности по времени дебит равен нулю.

  3. Функция дебита ограничена в любой момент времени. В самом деле, скважин или месторождений с бесконечно большим притоком быть физически не может.

Отсюда следует очевидный математический вывод для максимальных извлекаемых запасов (UUR):

Для помнящих теоремы Вейерштрасса, написанное выше – не более чем математическая тавтология, однако даже некоторым инженерам образца 1956 года это не было не очевидно. Не очевидно это многим и 60 лет спустя.

Отсюда простое следствие: если в вашей системе дифференциальных уравнений производная извлечения минеральных ресурсов от времени не обращается в ноль на плюс и минус бесконечности – реальную природу ваша модель не описывает, как бы вы не старались.

Всё выше сказанное не относится к сфере финансов. После того, как бумажные деньги оторвали от золотого эквивалента, бумажек можно напечатать очень много. А теперь ассигнации заменили электронными импульсами в памяти компьютера – и любая бесконечность стала доступна. Ниже приведена цена нефти на спотовом рынке с 1861 года. Красная кривая – в пересчёте на доллары образца 2015 года, с учётом инфляции. Жёлтая – цена нефти в тройских унциях золота.

Кто сказал, что $50 за баррель – "дёшево"? "Дёшево" – это $10.98 в 1970 году7. Кто сказал: "скачок цен на нефть в 2007"? После Первой Мировой цена в золоте была выше.

Первое следствие постулатов Хабберта: цена (денежное выражение) стоимости минеральных ресурсов зависит как от добычи/потребления, так и от скорости увеличения денежной массы. То есть, творчески меняя скорость печатного станка, ценник минерального ресурса можно сделать абсолютно любым.

В Интернете, да и в серьёзных экономических статьях, циркулирует множество заявлений "экспертов", начинающих комментарии словами: "Если цена нефти пойдёт вверх, то..." или, эквивалентно: "Если цена нефти двинет вниз, тогда..." После этих слов можно найти даже вполне достойные предсказания. Когда читаете такое, заменяйте контекстно: "цена нефти" на "денежная эмиссия США" – и картина мира моментально прояснится. Например заявление: "Если цена нефти пойдёт в верх, "сланцевые" компании выживут" следует читать: "Если США объявит новый QE, "сланцевые" компании выживут, а если не объявит – сдохнут."

Установив, что цена нефти в долларах важна, но не является истиной в последней инстанции, вернёмся к условиям Хабберта. Далее мы будем полагать, печатный станок работает в штатном режиме, а все деньги приводятся к условным долларам 2015 года. На нашем месторождении дяди Джо в Юте, единственная скважина может работать, как показано в программке Chapter 08Test_01_Well.py

В 1955 году сейсморазведкой обнаружили потенциальную структуру, но есть там нефть или нет – неизвестно. В 1960 тридцатилетний фермер Джо принял решение: бурить! Пошёл в банк и взял ссуду. Приехала буровая бригада с вышкой и за несколько недель сделала требуемую дырку в земле. Из дырки вытекает каждый день по 24 барреля нефти. Называется "фонтанная добыча", хотя никакого фонтана нефти на кукурузном поле, конечно, нет. Фонтаны били в 1870, когда на экологию всем было плевать, а в 1960 это означает, что нефть течёт в сепаратор сама, подталкиваемая из залежи пластовым давлением. Ограничение в 24 барреля в день – от мощности (толщины) пласта, проницаемости пород и конструкции скважины.

Сразу заметим, что профиль добычи единственной скважины Джо удовлетворяет условиям Хабберта: до 1960 – ноль, и после 2030 – тоже ноль, а сверху ограничена 24 баррелями в сутки.

Если Джо ничего не знает про нефтедобычу, он предположит, что 24 барреля в сутки будут течь, пока нефть не кончится, то есть 470000/24=19500 дней, или 53 года. Как видим, его расчёт получать по пол-ляма в год уже накрылся, однако и $440 тыс в год – вполне приличные деньги. Однако, в 1970 Джо обнаруживает, что нефти добывается всё меньше и меньше. Из-за понижения пластового давления, диаметр скважины и мощность пласта перестали быть ограничителями. В 1980 (двадцать лет прошло, однако) бодрый пятидесятилетний Джо Смит из накопленных денег проводит гидроразрыв пласта и ставит насос-качалку с электроприводом. До 1990 скважина даёт по 18 баррелей в сутки, то есть стабильный доход $330 тыс в год.

Далее начинается неуклонный спад производства. Насос-качалка по-прежнему подымает в день 18 баррелей, но там всё меньше и меньше нефти и всё больше и больше воды. В 2000 году сорокалетний Бубба Смит-младший, сын-наследник умершего в семьдесят лет Джо Смита, добывает менее 10 баррелей в сутки, и его доход – $180 тыс годовых. В 2020 скважина будет добывать менее 3 баррелей в день и официально станет "стриппером", то есть умирающей скважиной, а Бубба – типичный богатенький пенсионер среднего класса с годовым доходом около $50 тысяч. Наконец, в 2030 насос-качалка в последний раз сломается, чинить бесполезно. Семидесятилетнему Смиту-младшему придётся выложить последние сбережения, чтобы привести территорию в порядок и подчистить розливы. Сорокалетний Джо Смит III получит в наследство всё то же кукурузное поле, а посередине – стальной обрубок обсадной колонны. И станет снова фермером.

Общая добыча из скважины составит 310 тыс баррелей, то есть реальный КИН = 310/1100 = 0.28, а не 0.43, как считали выше. Чистая прибыль за 70 лет – $13 млн. Что можно сделать, чтобы повысить КИН? Провести повторные гидроразрывы, а ещё лучше – пробурить ещё две скважины, как в программе Chapter 08Test_02_Well.py

В 1962-1964, Джо Смит имел миллионные доходы, да и до середины восьмидесятых – совсем не бедствовал. Зато, в 2000 году Буббе Смиту-младшему старик оставил три "стриппера" посреди кукурузного поля, доход в $65 тыс годовых и расписку, что сынок приведёт природу в порядок. Вплотную заняться сельским хозяйством семейке Смитов придётся уже в 2010, а Джо Смит III – вырастет не миллионером, а обычным деревенским пацаном (надеемся, дедушка не потратил всё на баб и "Феррари", а отложил внуку пол-лимона баксов). Заметим, что в маленькой залежи (500×500 м) две жадные соседки отобрали у первой скважины около 150 тыс баррелей суммарной добычи.

На две лишние скважины и дополнительное оборудование потрачено ещё три миллиона. Общая добыча составила 440 тыс баррелей, реальный КИН = 440/1100 = 0.40. Чистая прибыль за 50 лет – $15.7 млн, то есть деньги потрачены не зря! Опять-таки, зелёненькая кривая добычи асимметрична, но удовлетворяет условиям Хабберта.

Что произойдёт, если пробурить не три, а пять скважин? Программа Chapter 08Test_03_Well.py

Получается, последние две скважины мы бурили за 18 тыс дополнительных баррелей добычи. Общая добыча из 5 скважин составила 457 тыс баррелей, реальный КИН = 457/1100 = 0.42 – выше головы (КИНт) не прыгнешь. Чистая прибыль за 25 лет – $13.4 млн. Помните, что наши деньги условные, и всё приводится к долларам 2015 года? Значит, на двух дополнительных скважинах мы потеряли деньги, а программа бурения трёх скважин была оптимальна.

Предположим, Джо Смит в 1955 структуру открыл, но бурить не стал. В 2010 Бубба Смит-младший продал унаследованную ферму нефтяной компании. Эти не стали бурить ни пять скважин, ни три, а пробурили одну "суперскважину", слегка сэкономив время и деньги на бурении, но не жалея денег на гидроразрывы и обсадную колонну8.

Давайте поглядим, что получится, если применить "новейшие" технологии9. Программа Chapter 08Test_04_Well.py

Горизонтальная скважина пронзает нашу залежь из конца в конец, немедленно после спуска колонны выполняется 10-стадийный гидроразрыв, то есть наша единственная скважина эквивалентна как минимум сорока "классическим" скважинам Джо Смита из 1960 года, а начальный дебит – 1000 баррелей в сутки. На дебите 200 – спускают погружной электронасос.

Извлечено меньше чем тремя скважинами, через десять лет на кукурузном поле торчит тот же стальной обрубок… Я сказал: "кукурузном поле" – и поторопился! При многостадийном гидроразрыве под землю закачали пару тонн метанола и десять тонн лигроина. Потом, согласно технологии, вода с химией вернулась на поверхность! Что метанол делает с природой? Спросите у знакомого химика.

Если вы считаете эту историю грустноватой, не печальтесь. Семейка Смитов в одном поколении была миллионерами. А мы перейдём к месторождениям в 10 раз больше по линейным размерам.

Итак, месторождение Весёлое состоит из одной залежи размерами примерно 5000×5000 м и мощностью 100 м. Пусть эффективная пористость 0.200, Sw=0.300 и Sor = 0.300, a Bo=1 – для простоты вычислений. По формулам подсчитаем:

  • Геологические запасы. 5000×5000×100×0.2×(1-0.3) = 350 млн кубометров, или 2.20 млрд баррелей.

  • Технически-извлекаемые запасы. 5000×5000×100×0.2×(1-0.3-0.3) = 200 млн кубометров, или 1.25 млрд баррелей.

  • Предельный КИНт = 200/350 = 57%

Месторождение Угрюмое тоже имеет 1.25 млрд извлекаемых, но представляет собой 2500 маленьких залежей класса "дядя Джо" из примера выше, по 0.5 млн баррелей каждая. Залежи разбросаны на площади 250×250 км. Геологические запасы Угрюмого даже выше, чем у Весёлого: 2.90 млрд баррелей. Это оттого, что КИНт ниже: 0.43 – как в прошлом примере.

Ясное дело, Угрюмое может надёжно считаться "месторождением" только в местах, где есть дороги, жильё и прочие прелести цивилизации – например, в штате Юта. На Аляске, та же группа залежей может быть, а может не быть месторождением, а посреди Тихого океана – это и не месторождение вовсе, смотрим логику выше. Весёлое является "месторождением" и в обжитой Юте, и в приполярной Аляске – независимо от рыночной конъюнктуры, а в Тихом океане может быть, а может не быть месторождением, в зависимости от текущей цены ресурсов.

Какое месторождение будем разрабатывать первым?

Тут мы подходим к ещё одной интересной аналогии: о плотности энергии. Представьте, что вам надо поставить избушку-пятистенку посреди строевого леса. Строевого – как в армии. Ровненькие сосны стоят поротно. "Управление прямо, остальные напра-а-во!" При наличии нескольких мускулистых парней, растущих из плеч рук и бензопилы (с той самой канистрой) – задачка имеет, как говорят математики, нетривиальное решение. За конечное время Т, валим конечное сосен С и строим ненулевую избушку И.

Теперь представьте, вы ведёте строительство не в строевом лесу, а в лесостепной зоне. Для простоты, те же звенящие на ветру сосны, но расстояние между отдельно-окопавшимися деревьями – 500 метров. Повалили первую сосну, уложили в сруб три бревна. Дальше, надо с бензопилой на плече пройти полкилометра, чтоб повалить вторую сосну. Ещё, надо доставить брёвна к месту строительства. При том же количестве пряморуких мускулистых сапиенсов, за время Т повалить С не удастся. Ненулевая избушка И – таки получится, но после огромных усилий, и покрыв лесоповальной активностью и брёвнотаскальным потом территорию в несколько квадратных километров.

Усложним задачу, как в армии. Даю вводную: вражеские сосны окопались с интервалом 5 км. Мне не нужно быстро и хорошо, мне нужно, чтоб ты… ну, ты понел. Тяжело в ученье – легко в бою, короче. Но это в армии. Математик подсчитает, что та же бригада пряморуких прямоходячих будет строить избушку ну очень долго. Чтоб получить ненулевую И за приемлемое Т, бригаде понадобится четвёрка лошадей, или лучше – трактор.

Наконец, вводная из серии "миссия невыполнима". Пустыня Кирдык-Курум! Вместо строевых сосен, с интервалом 50 м произрастают кустики верблюжьей колючки. Кто сказал: древесина закончилась? Древесины ещё навалом, ножками не ленись! Вот только при помощи одной бензопилы построить нетривиальную избушку-пятистенку из верблюжьей колючки тяжело. Решение И получается нулевым. При любом Т. Не оттого, что руки не оттуда, а потому что количество "концентрированных" сосен стало менее необходимо-достаточного С.

Оптимист заявляет: применим новые технологии. Великолепно. Размолоть колючку в щепки, залить эпоксидной смолой, наделать как-бы "брёвен"… Конечно. Только, на какой территории придётся проводить заготовки древесины, и сколько на это понадобится тракторов, лошадей и разумных сапиенсов? Избушка получается золотой, точнее, платиново-иридиевой. С брюликами.

В первую голову, решают трудозатраты. Хотя, в реальной жизни надо ещё много чего учесть: политическую ситуацию в стране, наличие или отсутствие пресной воды в районе разработки, сейсмическую активность, и так далее.

Если и Весёлое, и Угрюмое находятся в Юте, решение однозначно: Весёлое разрабатывается первым! Если Угрюмое в Юте, а Весёлое – в Тихом океане, Угрюмое опередит наверняка. А если Угрюмое в Юте, а Весёлое – на Аляске, возможны варианты.

Просто для примера, начнём с Весёлого (на Аляске). В 1960 году по данным сейсморазведки определили потенциальную структуру. В 1965 – пробурили первую скважину. Эта скважина – разведочная, и нефти из неё добывать не станут. Точнее, добудут десяток тысяч баррелей и сожгут ярким факелом – называется опробование.

По данным геофизических исследований в скважине и опробования прикинут запасы залежи. В газете "Нью-Йорк Таймс" на второй странице статья: "Компания Весёлая Нефть открыла на Аляске месторождение с запасами более 2 млрд баррелей!" Заметим, что число в статье несколько меньше, чем посчитанные нами 2.2 млрд баррелей геологических запасов, но гораздо больше, чем 1.25 млрд запасов технически-извлекаемых. Вообще, слово "геологические" от "запасов" куда-то пропало. Публике про "извлекаемые" знать ни к чему. Однако, и сказать: "мы нашли 10 миллиардов" нельзя. За намеренный обман инвесторов – в Америке сажают.

Если бы месторождение Весёлое находилось в джунглях Амазонки, а компания называлась "Дивертидо-Петролео", газеты в Рио напечатали бы "НЕВЕРОЯТНОЕ ОТКРЫТИЕ!!! 200 МИЛЛИАРДОВ БАРРЕЛЕЙ!!!". В Латинской Америке врать лохам сообщать достоверную информацию уважаемым инвесторам – признак хорошего тона. А найдись Весёлое на просторах Западной Сибири, газета "Известия" написала бы просто: "Вчера в Кремле состоялось вручение Орденов Ленина геологам Пупкину и Калупкину за открытие крупного месторождения нефти." Циферки геологических запасов в СССР и где что лежит – государственная тайна; за разглашение – сам поедешь на Колыму что-нибудь геологическое открывать.

Но мы с нашим примером пока останемся на Аляске 1960 года. Помимо громкой, но пустой статейки в "Нью-Йорк Таймс", компания Весёлая Нефть подаёт вполне официальные отчёты в геологическую службу USGS и в Комиссию по ценным бумагам SEC. Что там написано? "Подтверждённые извлекаемые запасы: 5 млн баррелей. Вероятные извлекаемые запасы: 900 млн баррелей."

Всего пять миллионов баррелей? Ага. По правилам SEC 1960 года называть "подтверждёнными" можно лишь там, где у вас есть опробованная скважина! Причём, именно квадрат, а не круг или эллипс. Инженер-разработчик образца 2016 года заливается весёлым смехом: вот идиоты, они думают, что нефть течёт по квадратикам! Не хохочи, – говорит коллега из далёкого 1960, – мне бы твои компьютеры. Компы пока для военных и космоса, а мы считаем на арифмометрах, оттого и квадратик. Упрощение.

Более того, SEC всегда требовала (и сейчас требует), чтобы подтверждённые запасы были железобетонные! Вероятность добыть не меньше подтверждённых запасов в 1960 году была: 100%. Больше добыть имеешь право, меньше – ни в коем случае. Если чуть меньше – штрафы, если сильно меньше – тюрьма. Не говоря уж о полном крахе геологической карьеры: если раз по-крупному соврал, в нефтяную компанию даже дворником не возьмут. На рубеже XXI века требование снизили. Теперь хотят вероятность 90%. Офисного планктона хватает, мало настоящих инженеров. За регулярное всовывание шеи в петлю – платят неплохие деньги!

Однако, время движется. В 1966-1967, Компания Весёлая Нефть подтаскивает к месторождению пару разведочных буровых и бурит ещё пять скважин оконтуривания, с опробованиями. Скважина номер 004 попадает в воду, на 005 – лишь следы нефти. Скважину 003 вообще не добурили из-за аварии, зато она обнаружила тектоническое нарушение – разлом, позже интерпретированный по сейсмике. Вероятные запасы подтверждаются – хотя и несколько не так, как представлено на картах 1960.

Далее следует планирование разработки, прокладка автодороги и трубопровода, отсыпка площадок, строительство заводика: установки комплексной подготовки нефти (УКПН), и так далее. В 1970 бурят первую добычную скважину, и далее – каждые полтора-два месяца (а то и быстрее) – по новой дырке в земле. Добыча нарастает.

А сколько нужно скважин? В классической нефтянке используется понятие выработки ресурса. Всё крупное оборудование: обсадные колонны, задвижки, сепараторы, и так далее, имеют характерную продолжительность жизни 40 лет10. Именно на это время и рассчитывают в среднем "полочку" добычи месторождения. Хотя, последние десять лет правило нарушают сплошь и рядом, но об этом ниже.

Считаем программкой Chapter 08Test_05_Field.py Если на Весёлом пробурить всего пять скважин, ничего хорошего не выйдет. КИН ≈ 57.9/1800 ≈ 3%. Слишком много нефти остаётся в земле!

Попробуем 50 скважин (индивидуально скважины рисовать не будем, чтобы не загромождать график). Программа Chapter 08Test_06_Field.py

Уже получается вполне прилично. Общая добыча 680 млн баррелей за 90 лет, к 2050 году КИН ≈ 680/1800 ≈ 38%. Консервативная нефтяная компания может принять проект за основу. Определился диаметр нефтепровода и производительность УКПН: 40 тыс баррелей в сутки. Подтверждённых запасов отрапортовано всего 550 млн, мы их добудем легко, SEC не оштрафует.

В нашем упрощённом примере, мы провели планирование разработки за четверть часа. На деле, это может занимать пару лет интенсивной работы группы специалистов. Расписание бурения и положение скважин "полируют" до абсолютного оптимума; до хрипоты спорят, сколько скважин надо: 48 или 50, бурить ли скважину Весёлое-028 после Веселое-022, или после Весёлое-039, и так далее. Самое интересное, что когда начинают бурить, все эти хитрые планы не работают. "Первая жертва войны: ваш хитрый план боевых действий", – как сказал Черчилль.

В бурении и освоении случаются аварии и прочие досадные промахи, оттого не всё идёт строго по плану, "фронт" слева несколько менее крут, и кривая статистически выравнивается. Валлоди Вейбулл в 1951 году предложил удобную кривую для описания реальной добычи из месторождения:

Здесь:

t – время в годах,

to – начало промыслового бурения,

k – параметр формы,

b – вертикальный масштаб.

Заметим, что функция Вейбулла удовлетворяет критериям Хабберта . Удобна она тем, что добыча месторождения начинается с конкретной даты (в нашем примере – с января 1970 года). Хотя, даже для месторождений на 50 скважин, функция Вейбулла не учитывает технических ограничений, например диаметра трубопровода или размеров сепараторов на УКПН.

Каковы трудозатраты на разработку месторождения? Пятьдесят скважин за пять лет можно сделать двумя арктическими буровыми. Четыре вахтовые буровые бригады по сто человек, плюс всякие прочие подрядчики-дорожники и трубопроводчики. Пусть в долларах 2015 года одна скважина стоит те же 10 миллионов, отстегнув на дорогу, трубу и вагончики для нефтяников. Тогда, освоение всего месторождения – порядка $500 млн. Надо накинуть $100 млн на разведку и прочие удовольствия. При добыче 40 тыс в день и цене нефти $50 за баррель, компания Весёлая Нефть отобьёт свои инвестиции с 1965 по 1972 – менее чем за год, и в 1974 уже начнёт получать чистую прибыль (за вычетом расходов на логистику и текущий ремонт). На самом деле, всё не просто хорошо, а ещё лучше. Вот как выглядит отчёт SEC в 1980 году:

Во-первых, добычных скважин не 50, как запланировано в 1969 году, а всего 45. Инженеры – народ консервативный; лучше перебдеть, чем недобдеть. Когда запустили в работу сорок пятую, общий дебит с месторождения превысил 40 тыс баррелей в сутки, а больше нам и не надо: труба не позволяет.

Во-вторых, на той же геологической карте подтверждённые запасы скакнули с 550 млн баррелей до 1120. Чудо? Конечно, нет! Когда писали отчёт 1970 года, в большинстве квадратиков пористость поставили не 0.200, а 0.160, а водонасыщенность – не 0.300, а 0.450. Если бы поставили больше, аудиторы SEC выписали бы штраф за обман инвесторов. На основании одной скважины в центр залежи и пяти по краям ничего иного поставить и нельзя. Правила SEC простые: в квадрате, где есть скважина – ставьте по факту. В остальных – минимальные запасы по данным самой плохой контурной скважины, в нашем случае "Весёлое-005". К 1975 разбурено 45 "квадратов", проведены геофизические работы в скважинах. Значит, в этих квадратах разрешается ставить факт.

Как выглядит отчёт Весёлой Нефти в 2010? Тут ещё интереснее.

Подтверждённые запасы скакнули до 1190 млн баррелей. Квадратики исчезли. Это оттого, что в 2010 году вместо квадратиков SEC принимает "оценку P90". На рабоче-крестьянский это переводится так: "С вероятностью 90% в месторождении есть 1190 млн баррелей." Циферка 1250 – это "оценка P50" (либо есть 1250 баррелей, либо нет – то есть, либо встречу динозавра, либо не встречу™). Заметим, что часть прироста запасов появилась из-за расширения границ лицензии на запад и юг, а на западе обнаружили маленькую залежь класса "дядя Джо". Если бы не было большого месторождения посередине, с этой малявкой на Аляске никто бы не заморачивался. Однако, к 2010 на большом месторождении есть труба и УКПН, проложены дороги, стоит вахтовый посёлок, работает ТЭЦ. Это автоматически переводит ближайшие залежи класса "дядя Джо" в разряд месторождений. Причём, вряд ли компания Весёлая Нефть будет писать SEC отдельный отчёт заради пары скважин. Запасы найденной маленькой залежи просто добавят к запасам большой.

Считаем программкой Chapter 08Test_07_Creaming.py

Синие точки – наши отчёты в SEC. Тут возникает один способ развода неграмотных лохов привлечения новых инвесторов, которым невозбранно пользуются многие нефтяные компании, в том числе очень солидные. Если рисовать точечки по времени разработки месторождения, как выше, всё визуально встаёт на свои места. Сразу после открытия, запасы консервативно-занижены, далее, по мере освоения месторождения, мы узнаём что там под землёй всё точнее и точнее, и наконец оценка выходит на "полочку", выше которой не будет.

В семидесятые годы прошлого века кто-то придумал рисовать по горизонтальной оси не время, а количество пробуренных скважин. В программе Chapter 08Test_08_Creaming.py показано, как это делается. Как видим, кривая увеличения запасов визуально превратилась в логарифм! Далее немедленно следует вывод, что если пробурить не 85, а 300 скважин, запасы станут свыше 1600 млн баррелей. Хитрым перцам ясно, что не только 300, но и сто скважин никто бурить не станет, потому что бесполезно: месторождение вышло на кривую безудержного спада добычи.

Почему SEC и USGS требуют консервативного подхода в оценке запасов? Инженеры вообще консервативны по природе, в отличие от экономистов. У экономистов, "исторический опыт" кончается данными прошлого десятилетия, а технари – помнят ошибки предшественников. В 1861 году 32-летний горный инженер и геолог Эдвард Хaлл написал монографию об угольных запасах Великобритании [21]. Детально разобраны все 17 угленосных провинций Англии и отдельно – Шотландия, с геологическими колонками, устройством шахт и прочими прелестями. Наши предки кое-что понимали в горном деле. Приведём сводную таблицу11, как в книге на странице 187.

Провинция

Каменноугольный период

Перекрытые отложения

Площадь, кв миль

Подтверждённые запасы угля, англ. тонн

Площадь, кв миль

Вероятные запасы угля, англ. тонн

Англесия

9

незначительные

неизвестно

неизвестно

Бристоль и Сомерсет

45

746

105

1742

Коалбрук

28

28

неизвестно

неизвестно

Кумберленд

25

97

неизвестно

неизвестно

Денбингшир

47

490

20

412

Дерби и Йорк

760

8800

400

8000

Дурхам и Нортумбленд

460

4270

225

3000

Флинтшир

35

20

неизвестно

неизвестно

Дин

34

561

неизвестно

неизвестно

Уир

незначительные

неизвестно

неизвестно

Ланкашир

217

4010

25

500

Лейстершир

15

1618

30

400

Сев. Стаффордшир

75

1618

20

619

Юж. Стаффордшир

93

973

неизвестно

неизвестно

Шревсбури

незначительные

неизвестно

неизвестно

Юж. Уэльс

906

16000

неизвестно

неизвестно

Уоррикшир

30

417

107

1767

ВСЕГО Англия и Уэльс

2779

38080

Более 932

Более 16440

ВСЕГО Шотландия

1720

25323

неизвестно

неизвестно

ВСЕГО

4499

63403

Более 932

Более 16440

По подсчётам Э.Хaлла, месторождения угля занимали на менее 5431 квадратных миль, то есть 6% площади Великобритании и содержали не менее 79843 миллионов тонн угля. Нас, воспитанных на математической статистике и физике, точность до одного миллиона тонн, конечно, смешит, но так у автора.

Далее, Хaлл знал, что в 1860 году Великобритания добывала 72 млн тонн угля в год, значит, 79800 миллионов тонн хватит на 1100 лет. Конечно, заявлял геолог, добыча будет возрастать! Известно, что в 1830 году Британия добывала только 30 млн тонн. Можно прикинуть, на сколько хватит запасов угля, если добыча станет удваиваться каждые 20 лет (стр 237):

Год

Добыча, млн тонн

Год

Добыча, млн тонн

1860

72

1960

2304

1880

144

1980

4608

1900

288

2000

9216

1920

576

2020

18432

1940

1152

2033-2034

42979

В таком случае, писал Хaлл, прогноз будет пессимистичен. Великобритании хватит собственного угля лишь до 2034, то есть на 172 года. Впрочем, нестрашно: уголь можно везти морем из Америки и Австралии! Притом, учитывается только уголь то глубины 4000 футов, то есть 1220 метров. Если применять стальную крепь вместо деревянной и научиться охлаждать забой, шахты можно делать существенно глубже.

Посмотрим, что получилось в Великобритании на самом деле. Программа Chapter 08Test_09_Hull_UK_Prediction.py

Эдвард Халл прожил долгую и продуктивную жизнь: был избран членом Британской Академии наук в 1867 и президентом Ирландского Геологического Общества в 1873. Уже выйдя в отставку, добился прекращения детского труда на угольных шахтах Британии (в 1900 году). Умер в почтенном возрасте 88 лет, пережив британский Пик Угля на четыре года. Да, самое главное предсказание не сбылось. В 1913 году британская угольная промышленность поставила рекорд: добыто 292 миллиона тонн. Во время Первой Мировой последовал спад, в 1923 – восстановилось до 280 млн тонн – и немедленно покатилось под горку. Добыча 2015 года: 8.6 млн тонн, то есть втрое меньше, чем в 1830.

Каковы запасы угля в Британии? В наличии стратегический запас антрацита12 в Южном Уэльсе: 258 млн тонн. То есть, ровно одна годовая добыча 1911-1912 года. Остальные месторождения технически выработаны "в ноль". Общая добыча с 1830 года: 26120±1322 млн тонн, то есть 33% от расчётных запасов 1861 года.

Где ошибся Эдвард Халл? Очень просто: он полагал, что каждая "залежь" есть "месторождение" и не учитывал затраты энергии на добычу. В Англии, десяти-сантиметровый пропласток угля на глубине 50 метров от поверхности является месторождением. Такой же пропласток на глубине 1200 м является бесполезной залежью, и так ей навсегда и останется, какой бы ни была цена. Вы можете привезти в Англию рабов или послать восьмилетних пацанов обратно в шахты, но энергия добытого угля меньше энергии, потраченной на добычу.

А вот с максимальной глубиной угольных шахт в 1220 м горный инженер из далёкого 1861 почти не ошибся. Самая глубокая угольная шахта "Джунрих II" находилась в Чехии: 1550 метров, выработана "в ноль" и закрыта в 1991. Следующая самая глубокая – в Англии, городок Клок-Фэйс, 1400 м. Тоже "в ноль" и тоже закрыта – в 1966 году. Шахта Спригхилл в Канаде – 1350 м, закрыта в 1958. А вот ещё работающие: "Комсомольская" (Россия) – 1200 м, "им. В.М.Бажанова" (Донецкая обл. Украины; в 2011 произошло обрушение копра, вроде бы остановлена в 2014) – 1200 м, "им. А.А.Скочинского" (Донецкая обл. Украины) – 1200 м, "Прогресс" – 1340 м, и почти побившая рекорд Чехии "Шахтёрская Глубокая" – 1546 м (правда про эту тоже неизвестно, работает или нет, может кто подскажет?)

Вообще, за золотом, цинком, никелем – шахтёры лезут и куда глубже: Мпоненг в Южной Африке уже на глубине 3900 м. Но это золото. Там можно строить железобетонные тоннели, прокладывать двадцатидюмовые трубы и качать ледяную воду для аир-чиллеров по двадцать тонн в секунду. Кстати, система дублированная. Если обе холодильные линии встанут на сорок минут, шахтёры буквально сварятся заживо. Если такие же холодильники ставить в угольной шахте, "черное золото" выйдет по цене жёлтого13.

Кстати, на 2015 год, средняя глубина шахты в Китае уже превышает 600 м, а до глубины 100-120 м все известные месторождения выработаны "в ноль".

Однако, простим геологу XIX века вполне честную ошибку. Второе начало термодинамики было сформулировано Клаузиусом и Кельвином только в 1850 году. Хотя, и спустя сто лет некоторые перцы термодинамику не всосали. Британский политик Анеурин Беван в 1945 году просвещал выбравших его шахтёров Уэльса:

This island is made mainly of coal and surrounded by fish. Only an organising genius could produce a shortage of coal and fish in Great Britain at the same time.

Этот остров [имеется в виду Великобритания] сделан из угля и окружён рыбой. Нужно обладать завидным организационным талантом, чтобы сделать в Британии нехватку рыбы и угля одновременно. [речь в Блэкпуле 24 мая 1945; перепечатано "Дейли Геральд" 25 мая]

Вылов атлантической трески (в тоннах в год) показан на врезке. Не могу не согласиться с великим лейбористом: организационный талант в Британии в избытке, нехватку таки устроили. Ценная треска обвалилась в 1992, а за ней лосось и тунец. К 2003 году осталась только килька на шпроты. Что одновременно происходило с углём – смотрим выше.

Кроме условий М.К.Хабберт предложил и фундаментальное решение, удовлетворяющее таким условиям. Запишем обыкновенное дифференциальное уравнение:

Логическое обоснование простое. Сначала, производство минерального ресурса растёт по экспоненте: чем больше производство – тем больше спрос. Затем приходит примерно половина добычи – Пик, и поиск сырья становится делом всё более трудным. Несмотря на спрос, добыча – падает.

Заметим, что уравнение – математическая копия уравнения Мальтуса-Ферхюльста , только буквы поменялись. Аналитическое решение приводилось в главе 3. Здесь же нас интересует не сама функция Q(t), а сколько можно добыть за год:

Кривая носит название функции Хабберта, или хаббертианы, хотя математики использовали её и до Хабберта. Хаббертиану часто путают с похожей кривой Гаусса из математической статистики.

Подобие и правда есть, однако гауссиана к решениям уравнения Мальтуса отношения не имеет. Нельзя не отметить, однако, что и "капициана" из пятой главы, и гауссиана – удовлетворяют условию Хабберта .

Как хаббертиана накладывается на реальную добычу угля в Великобритании – мы показали выше. Теперь посмотрим, как для планеты всей. Сборка по производству угля, газа и нефти составлена по данным отчётов ВР 2015 и 2016 года с добавлением "хвоста" с 1890 по 1964 по данным американского EIA. Все данные пересчитаны в тонны условной нефти по методике ВР. "Нефть" включает газовый конденсат, NGPL ("широкие фракции природного газа") и нефть из битума ("синкруд"), но не включает биотопливо. "Уголь" включает все градации, в том числе суббитуминозный уголь и лигнит. Точность данных: ±1%. Например, отчёт по нефти 2009 года был в 2015 скорректирован с 3820.5 млн тонн до 3887.0 млн тонн, или 0.9%. Программа Chapter 08Test_10_Hubbert.py

По абсолютным величинам, тройка "нефть-уголь-газ" прошла пик в 2013 году, хотя газ вроде бы продолжает расти, а нефть – остаётся на "полочке" 4250 млн тонн в год. Снижение производства – по углю, причём в основном в Китае. Напомним, что де-факто снижение производства угля в Китае пошло примерно с середины 2013 года, когда никто ещё не слышал ни про нефть по двадцать пять баксов, ни про Китайский Биржевой Коллапс, ни про Китайские Экологические Инициативы, ни про Внезапный Переход Китая к Технологическому Развитию. Похоже, правительство Китая задним числом прикручивает объяснялки к суровой геологической действительности. Про истощение китайских запасов угля упоминалось выше, и на нём мы остановимся в последующих главах.

Кривая Хабберта лучше всех укладывается на данные, хотя и не описывает их идеально. Гауссиана и кривая Вейбулла плохо отражают добычу до 1940 года, а кривая Капицы – наоборот, завышает. У всех трёх кривых – одинаковая величина URR = 1.2 триллиона тонн нефтяного эквивалента (ТУТ или toe, как больше нравится).

Подведём итоги:

  • В 1956 году М.К.Хабберт сформулировал условия, применимые к функции дебита (или годовой добычи) в реальных геологических моделях отдельных скважин, месторождений, стран или всей планеты.

  • Функция "хаббертиана" с одним выраженным пиком не обязательно есть единственное решение. Критериям Хабберта удовлетворяет множество функций, в том числе функция Вейбулла, гауссиана, или функция Капицы. Сумма этих функций тоже может удовлетворять критерию.

  • Нами рассмотрен пример малого месторождения с извлекаемыми запасами менее 0.5 млн баррелей. Показаны три возможных кривых добычи, объяснены геологические термины.

  • Далее, рассмотрен пример среднего месторождения с извлекаемыми запасами более 1 млрд баррелей. Продемонстрировано, как меняются со временем: (а) геологическая модель, (б) подтверждённые ресурсы, (в) дебит.

  • Продемонстрирована так называемая "кривая снятия сливок" и объяснено, что под "сливками" хитрые геологи понимают не нефть, а денежки из карманов необразованных инвесторов.

  • На примере реальных данных Великобритании показано прохождение Пика Угля и почти-полное исчерпание ресурса за примерно 200 лет активной добычи. Продемонстрировано, что на уровне страны добыча не останавливается в полный ноль, однако снижается значительно ниже спроса, к доисторическим значениям 1800 года.

  • Приведены данные по добыче каменного угля, "нефти и жидкостей" и природного газа в мире. В первом приближении, они лучше всего описываются хаббертианой с URR=1.2·1012 тонн нефтяного эквивалента. Однако, и другие разобранные кривые с там же URR достаточно хорошо ложатся на калибровку.

  • Те, кто называет сторонников Пика Хабберта мальтузианцами – совершенно правы. "Пикники" – мальтузианцы не только по духу, но и в строгом математическом смысле, так как используют уравнение Мальтуса.

Примечания

1 Есть ещё не соединённые поры (ваги), но они роли не играют.

2 Для газа условно считается, что остаточные объёмы определяются атмосферным давлением.

3 Есть ещё формулы для газа и газового конденсата, но мы загромождать книгу не будем. Желающие могут обратиться к специальной литературе.

4 Геологические запасы ещё называют STOIP (Stock Tank Oil In-Place)

5 Надо ли объяснять, что доставка энергетических полезных ископаемых на Землю из космоса имеет смысл лишь для какого-нибудь трития?

6 M.K.Hubbert. Существует русское написание "Хубберт". С точки зрения произношения и стандартной транслитерации – это неверно. Тогда английская фамилия писалась бы "Hoobert".

7 Или $1.80 в долларах 1970 года. Это не за три литра нефти, а за 159.

8 Стоимость колонны пропорциональна длине скважины, а не вертикальной глубине. В вертикальной скважине делают один гидроразрыв, а в горизонтальных – несколько (так называемых стадий). Экономится несколько часов "постановки на скважину", а рабочее время на каждую "стадию" и химикаты – те же, что и для одиночного разрыва вертикальной скважины. И вообще, одна технически-сложная горизонтальная скважина необязательно дешевле нескольких простых вертикальных с тем же суммарным дебитом.

9 Ранее было показано, что "новейшие" они условно. Гидроразрыв известен Прогрессивному Человечеству с середины XIX века.

10 Если хотите, можно использовать мировую константу 42, рассчитанную вице-президентом РАЕН С.П.Капицей.

11 Длинная английская тонна 1020 кг. В пределах погрешности можно считать равной метрической тонне.

12 Тот самый "кардифф" на дредноутах Первой Мировой, ага.

13 Только не предлагайте пускать в шахты роботов. Вы не в ХХIII веке. Пока, каждому роботу требуется наладчик.

[20] Hubbert, M.K., Nuclear Energy and the Fossil Fuels, American Petroleum Institute, 1956. Бесплатно: http://www2.energybulletin.net/node/13630

[21] Hull, Edward, The Coal-Fields of Great Britain, Their History, Structure, and Resources, with Notices of the Coal-Fields of Other Parts of the World, Second Edition, London E.Stanford, 1861. Бесплатно: https://ia802703.us.archive.org/24/items/coalfieldsgreat00goog/coalfieldsgreat00goog.pdf 

Прогнозы и пиво

В предыдущей главе мы разобрались, как рассчитывается добыча и запасы одного месторождения. Теперь расширим те же расчёты на ресурсную базу всей планеты.

Аналогия из эпиграфа проста как грабли: надо знать, сколько у вас есть природных ресурсов, и с какой скоростью вы их используете. К сожалению, объёмы месторождений на планете Земля куда больше пивного стакана, а стенки – категорически непрозрачные.

В Интернете часто пишут, что статистика в отчётах "BP" и таблицах американской EIA – поддельная. Вряд ли речь идёт о международном заговоре злых нефтяников. Информацию о добыче, потреблении, запасах – "British Petroleum" получает от правительств и частных компаний. Команды Джеймс-Бондов, чтобы вламываться в секретные сейфы китайской "CNOC", у отдела Экономических Исследований "BP" просто нет. Вот как выглядит исторический график подтверждённых запасов стран OPEC из отчёта 2015 года:

Скачок запасов 1986-89 годов – это вообще не открытия новых месторождений, а так называемая "гонка за квотами". На собрании OPEC решили, что квоты на добычу станут выдавать пропорционально подтверждённым запасам. Соответственно, подтверждённые стали немедленно расти. В отличие от американской SEC, в OPEC нет аудиторов, и заявления правительств или национальных нефтяных компаний никто не проверяет.

"Сауди Арамко" рисует константу по подтверждённым запасам последние 27 лет, однако вроде как собирается продаваться. Компании продаются, когда месторождения либо ещё не бурились, либо уже почти выработаны. Продавать разбуренные месторождения с запасами – как жарить курицу, которая несёт золотые яйца Вексельберга.

Ясно, что цифрам подтверждённых запасов в отчётах "BP" верить надо очень осторожно1. Но стоит ли доверять числам добычи? С какой точностью статистикам "BP" известна фактическая добыча нефти, газа, угля?

Сравним отчёты "BP". Автор накопил публикации компании, начиная с 2008 года. В моём распоряжении нет лишь числовой части отчёта за 2013 год: таблица с данными была резво удалена с сайта компании, а чуть ниже я выдвину предположение, почему. Отрисуем сначала данные по добыче нефти (программа Chapter 09Test_01_BP_Oil_Data.py):

Как видим, отчёты 2008-2012 годов шли нос-к-носу, но с 2013 "BP" принялась корректировать исторические данные по добыче. Общая коррекция данных за 2010 год превысила 1.5%, или 60-70 млн тонн. После 2015 ситуация "выправилась", и коррекции исторических данных снова не превышают долей процента. Кроме добычи, "BP" выдаёт также данные по потреблению нефти. Не будем повторять график уважаемой компании, а отрисуем программой Chapter 09Test_02_BP_Oil_Data.py разницу между "добычей" и "потреблением":

Наблюдаем интересную картину. До 1985 года производство по данным "BP" систематически превышало потребление на примерно 100 млн тонн в год, то есть 5% нефти с месторождений не доходило до потребителя. После 2000, годовое потребление в среднем превышает добычу на 50-70 млн тонн ежегодно. Если считать, что разница компенсировалась стратегическими хранилищами, к 2000 году в хранилищах имелся бы резерв около 1400 млн тонн, к 2015 сократившийся до 780 млн. Семьсот восемьдесят миллионов тонн – очень много. США этого количества хватило бы на 11 месяцев. Из открытых источников, весь стратегический резерв США – самый крупный в мире – составляет "всего" 727 млн баррелей, то есть около 100 млн тонн. "Википедия" указывает, что совокупные стратегические резервы во всех странах мира – около 550 млн тонн, из которых 190 млн контролируются правительствами, а остальные – частными компаниями. Естественно, 1400 млн тонн никто не накапливал, а большую часть разницы между производством и потреблением следует считать статистической погрешностью в данных отчёта.

Нефть в отчёте "BP" приводится как по массе – в миллионах тонн в год, так и по объёму – в тысячах баррелей в сутки. Это очень удачно: позволяет прикинуть среднюю плотность добываемой нефти и жидкостей, что мы и сделаем программой Chapter 09Test_03_BP_Oil_Data.py Плотность считаем формулой:

Как видим, "среднемировой баррель" нефти легчает; не помогают даже "нефтяные пески" Канады с их тяжёлым битумом2. В 1965 году усреднённый баррель весил 135 кг, а в 2017 – всего 130. Теплотворная способность горючего измеряется не от объёма, а от массы – спросите любого химика. Значит, баррель образца 2017 года при сгорании выделит на 4% меньше энергии, чем баррель из 1965.

Отчего легчает наша нефть? Креативная статистика для тупых инвесторов! К "классической" сырой нефти ещё в шестидесятые начали добавлять "лицензионный" газовый конденсат, то есть жидкости, выпавшие из природного газа в сепараторах на месторождении (в Техасе говорят: "на лицензии", откуда и название). Ничего крамольного в этом не было. Конденсат – ценное нефтехимическое сырьё, хотя баррель конденсата и даёт несколько меньше горючего, чем баррель "Средней Западной" WTI. Плохо то, что вслед за конденсатом "нефтью" стали называть вещества, вообще непригодные для производства жидкого моторного топлива, например, пентан, отделяемый от природного газа не на месторождении, а на нефтехимическом заводе. Сейчас уже в годовых отчётах некоторых компаний и бутан считают дважды: сначала как "кубические футы газа", а затем как "баррели нефти", простите, "жидкостей". Самое интересное, для налоговой инспекции двойной счёт отчего-то не применяют, считая "широкие фракции природного газа" (Natural Gas Production Liquids, NGPL) и автомобильный пропан-бутан (Other liquids) всё-таки "газом".

Знаменитая "сланцевая нефть" США на 90% состоит из газового конденсата и NGPL, а "нефтью" её назвали, чтобы получать разрешения на факельное сжигание газа там, куда газовую трубу прокладывать нерентабельно.

По данным "BP" можно грубо прикинуть количество конденсата и NGPL в мировой добыче (программа Chapter 09Test_04_BP_Oil_Data.py):

Заметим, что с 2005 года прироста "классической нефти" нет, а всё увеличение добычи происходит за счёт газового конденсата, в том числе "сланцевой нефти" США, и битума канадской Атабаски.

В далёком 1956 году М.К.Хабберт оценивал исключительно запасы "сырой нефти" – конденсат тогда в статистике вообще не учитывался. Хабберт получил оценку мировых запасов 1250 млрд баррелей, или 170±40 млрд тонн, в том числе 120±35 млрд тонн в ещё не найденных (на то время) месторождениях. Знаменитый график "Пика нефти" был рассчитан как один из вероятных сценариев, при условии абсолютной величины пика в 1% от общих извлекаемых запасов, или 1.7 млрд тонн в год в 2000 году. По факту, пик добычи "классической" сырой нефти наступил между 2000 и 2010 годами (скорее всего, в 2005), на дебите 3.2 млрд тонн, а к 2016 году общая накопленная добыча составила 155±8 млрд тонн. Те, кто заявляет: "Хабберт наверняка ошибся", явно имеют машину времени. А если без шуток, точность "оценки Хабберта" достоверно определится лишь к 2030-2035 году. Пока мы можем лишь с некоторой надеждой заявлять, что нижняя оценка Хабберта, к счастью, не реализовалась, а извлекаемые запасы "классической чёрной нефти" вероятно ближе к верхней оценке в 210 млрд тонн (из которых 75% уже исчерпано).

Перейдём к данным "BP" по природному газу (программа Chapter 09Test_05_BP_Gas_Data.py):

Как и с нефтью, данные по газу в отчётах последних трёх лет были подвергнуты жестокой корректировке. Особенно досталось отчёту 2008 г, где почти все значения были уменьшены на 2%. Крупнейший производитель газа, российский "Газпром", внезапно изменил исторические значения добычи, уменьшив все числа на 2-4%! Общественность так и не поняла, что было: то ли желание замаскировать катастрофическое падение добычи в 2009 г, то ли публикация по ошибке конфиденциальных "внутренних" данных компании.3

Аналогично нефти, сравним данные по добыче и потреблению природного газа программой Chapter 09Test_06_BP_Gas_Data.py

Систематическая погрешность между добычей и потреблением – около 2%. Некоторые страны имеют хранилища природного газа, но в отличие от нефти эти запасы не стратегические, а сезонные (например летом закачиваем, зимой сжигаем). Ясно, что 2% следует считать статистической погрешностью отчёта.

Наихудшее положение с точностью данных в отчёте "ВР" – по каменному углю. В понятие "каменный уголь" компания включает энергетический бурый уголь и торф. Программа Chapter 09Test_07_BP_Coal_Data.py

Возможно, перед нами пик мировой добычи угля! Если снижение в США с 1063 млн тонн (597 млн ТУТ) в 2008 г до 661 млн т в 2016 году обусловлено в основном сокращением реального сектора американской экономики и переводом генерирующих мощностей на подешевевший природный газ, то в Китае обвальное падение добычи с 3974 млн тонн (1895 млн ТУТ) в 2013 до 3411 млн т в 2016 году – в среднем по 5% снижения в год – вряд ли можно считать намеренным. В США добыча снижалась на фоне одновременного снижения потребления и импорта энергоресурсов. В КНР снижение добычи собственной нефти на 7% сопровождалось увеличением потребления на 3%, увеличение добычи газа на 1.5% – увеличением потребления на 8%, снижение добычи угля на 9% – снижением потребления всего на 1%. В 2016 году КНР импортировала 65% потреблённой нефти, 35% природного газа, 11% каменного угля.

КНР не публикует официальных данных по запасам полезных ископаемых. Можно высказать осторожное предположение, что Китай в 2013 году прошёл пик добычи угля на своей территории, и далее добыча будет снижаться подобно Великобритании: в среднем по 3-5% за год, вплоть до полного прекращения промышленной разработки угля в пятидесятых или шестидесятых годах этого столетия.

Программа Chapter 09Test_08_BP_Coal_Data.py сравнивает таблицы "ВР" по добыче и потреблению угля.

Наблюдаем разброс данных ±4%, что и следует считать статистической надёжностью данных по углю.

Для полноты картины приведём данные "ВР" по ядерной энергии, гидроэнергии и "прочим возобновляемым". В последние "ВР" включает солнечную энергию, ветрогенераторы, приливную и геотермальную энергию, сжигание биомассы4.

С точностью данных (программа Chapter 09Test_09_BP_Nuclear_Data.py) по ядерной энергии в отчёте "ВР" дело обстоит великолепно. Кроме "ВР", за ядерными станциями глядят в оба представители МАгАтЭ, да и количество ядерных держав в мире не так уж велико.

Несколько хуже с гидроэнергетикой (программа Chapter 09Test_10_BP_Hydro_Data.py): разброс в данных около ±2%.

Наконец, данные по "прочим возобновляемым" (программа Chapter 09Test_11_BP_Renewables_Data.py) публикуются лишь с 2011 года (частично) и с 2014 года полностью. Статистический разброс составляет около ±5%, при этом прошлые отчёты систематически корректируют в сторону уменьшения!

Глядя на график производства "прочих возобновляемых" оптимисты видят стремительно растущую экспоненту, а пессимисты глядят на вертикальный масштаб. Действительно, на графиках добычи нефти, угля, газа – по вертикали порядка 4000 млн ТУТ. У гидроэнергии – четвертушка: 1000 млн, у ядерной – пятая часть: 700 млн. А весь график "прочих возобновляемых" умещается в диапазон 0-450 млн ТУТ, то есть 10% от нефтяного, газового или угольного.

Чтобы не возникало лишних иллюзий, нарисуем сравнение всех видов доступной человечеству низкоэнтропийной энергии по данным "ВР" с указанием вычисленной нами статистической погрешности программой Chapter 09Test_12_BP_Energy_Uncertainty_Data.py

Как видим, общее производство "прочих возобновляемых" в 2016 году не превышает 1/3 от статистической погрешности данных по добыче нефти, газа и каменного угля. Общее потребление "энергии низкой энтропии" на душу населения за последние 5 лет – чуть больше 2.3 кВт мгновенной мощности, из которых наше теперешнее Солнце, в виде гидроэнергии, ветра и солнечного излучения, поставляет не более 10%, а около 2.0 кВт – это энергия того же Солнца, накопленная за миллионы лет в виде энергетических полезных ископаемых: нефти, угля и газа.

Часто встречается аналогия, что нефть, уголь, газ – "рабы современного человека". Мол, раб может поставлять мгновенную мощность, скажем, 75 Вт, значит на каждого жителя Земли приходится по 25-30 "рабов". По моему мнению, аналогия неверная и даже вредная. Чтобы разобраться досконально, задайте себе три вопроса:

  1. Сколько рабов должно "крутить ручку" (без угля и прочих ископаемых источников энергии), чтобы выплавлять 1 тонну стали в день? Дневная выплавка на планете Земля – около 4.4 млн т.

  2. Сколько нужно солнечных батарей (на любителя: ветряков), чтобы выделять 1 тонну алюминия в сутки? Дневная переработка планеты (включая вторсырьё) – около 0.16 млн т.

  3. Какова мощность гидростанции, чтобы из атмосферного воздуха и речной воды (на любителя: из свежего сена) делать ежедневно 1 тонну полиуретана? В день население Земли потребляет 1.0 млн тонн различной пластмассы.

Предупреждаю сразу: все задачки с подвохом, а количество "рабов" заключённых в 11.5 млрд ТУТ нефти, газа и угля внезапно измеряется многими сотнями миллиардов. На каждого жителя Земли – от Билла Гейтса до последнего индийского нищего – приходится в среднем до тысячи "углеводородных рабов", и никакие ветряки их полностью не заменят.

О возобновляемых источниках энергии подробно будет в 11 главе, а пока попробуем откалибровать энергетические отчёты "ВР" по независимым данным. Специально для климатически-озабоченных заранее поясняю: я не буду делать никаких выводов о глобальном потеплении или похолодании. Просто хочу убедиться, что правительства и нацкомпании не сильно врут уважаемой "British Petroleum".

Основное использование угля, нефти и природного газа на планете Земля – в топку! При сгорании выделяется углекислый газ. Сколько конкретно? Напишем химические формулы:

При сгорании 1 т графита, метана и гептана выделяется соотвественно 3.66, 2.74 и 3.08 т углекислого газа. На тонну реального каменного угля приходится несколько меньше, чем у графита, так как кроме углерода в угле есть несгораемые остатки (зола). На тонну природного газа – несколько больше, чем у метана, так как присутствуют более длинные алканы. Наконец, тонна нефти может давать несколько больше или несколько меньше, чем тонна гептана, в зависимости от состава на конкретном месторождении.

Ещё одним антропогенным источником CO2 на планете является производство цемента, с выбросами газа до 735 млн тонн в 2015 году. А всего в том же году мы выбросили в атмосферу 47±5 млрд тонн углекислого газа5. Сейчас в атмосфере 400.83 ppmv (частей на миллион объёмных) CO2, а масса атмосферы 5.1480·1015 т. Чтобы определить вес углекислоты в атмосфере, надо перевести объёмные единицы в массовые, поделив на средний молярный вес воздуха 28.97 г/моль и умножив на вес CO2 44.01 г/моль. Итого: 400.83·10-6·44.01/28.97 ·5.1480·1015= 3.135·1012 тонн. Значит, в 2015 году человечество выбросило в атмосферу 4.7·1010 / 3.135·1012 = 1.5% от массы атмосферной углекислоты6.

На картинке выше (программа Chapter 09Test_13_CO2.py) представлен расчёт по нашим формулам для периода 1965-2015 на основании данных "ВР" и EIA о добыче угля, нефти и газа. "Хвост" с 1800 по 1889 – сделан условно, экспонентой с приростом 6% в год. Далее представлены три сценария:

  1. "Обвал" индустрии в 2015 году (о котором нам пока не сообщают);

  2. Выход на "полочку" потребления природных углеводородов;

  3. "Углеродная экономика" продолжает расти до 2025 года.

Куда углекислый газ девается из атмосферы? Постоянная секвестрация обеспечивается двумя геологическими процессами:

  1. Захоронением биомассы с последующим превращением в кероген, далее в уголь, нефть или природный газ. Фактически, процесс обратный сжиганию ископаемого топлива;

  2. Биогенным и хемогенным осаждением в виде карбонатов, например тех же коралловых рифов или панцирей фитопланктона. Самый известный карбонат? Известняк! Осаждение карбонатов есть процесс, приблизительно обратный производству цемента.

Есть ещё несколько способов надолго затолкать углекислый газ в земную кору, например вморозить в ледники, но в текущий геологический период они существенной роли не играют.

А всякие леса, джунгли, бескрайние колхозные поля и прочие "лёгкие планеты"? Они-то как раз углекислый газ никуда не заталкивают, а просто гоняют по бесконечному кругу. Если по-простому: выросла травка, пришёл барашек, скушал, выдохнул. Человек съел барашка, тоже выдохнул. Что вылезло из противоположного отверстия – переработали бактерии. Всё. Океанская вода тоже хранилищем в геологическом смысле не является, а просто огромный аккумулятор – забирает и отдаёт в зависимости от температуры и текущей концентрации в воздухе. Строевые сосны секвестрируют CO2 примерно на 150 лет (время долгое, но не геологическое): сто лет растут до небес, а потом в брёвнах избушки-пятистенки, что обсуждали в прошлой главе. Избушка сгнила от старости, либо – не дай Бог – сгорела, углекислота вернулась в атмосферу.

Если бы геологические процессы секвестрации не работали совсем, с 1800 года в атмосферу добавилось бы от сжигания угля, нефти и газа 2.1±0.2·1012 тонн углекислоты, то есть 2.1±0.2·1012·0.658/5.1480·1015=270±27 ppmv. Концентрация углекислоты до индустриальной эпохи по данным гляциологов составляла 285±15 ppmv, значит сегодня обсерватория на Мауна Лоа7 показывала бы нам 555±42 ppmv, на 155 больше, чем на самом деле.

К счастью, образование керогена и известняка продолжается, и земная кора отбирает углекислоту у атмосферы. Чтобы посчитать тренд, применим свёртку, а в качестве функции затухания D(t) используем самую примитивную экспоненту (программа Chapter 09Test_14_CO2.py):

Хорошие новости: характерное время двукратного снижения "лишнего" CO2 в атмосфере – порядка 20 лет, что примерно соответствует работе фитопланктона и коралловых. Всю углекислоту учли простой формулой; корреляция с химией и с данными по добыче – вполне удовлетворительная. Инопланетяне углекислый газ не воруют, но и свой к нам не сбрасывают. Интересно относительное повышение CO2 по сравнению с моделью в период 1875-1940. Вероятно, совпадает с активной распашкой прерий в США, хотя и трудно сказать однозначно.

Итак, о добыче углеводородов с 1965 по 2005 годы уважаемая "Бритиш Петролеум" нам сильно не врёт. Бумага всё стерпит, но одновременно подделывать данные измерения углекислоты в десятках международных обсерваторий, в том числе на нашей станции "Восток" в Антарктиде – требуются герои покруче Джеймс-Бондов. Это вам не в сейфах "Сауди Арамко" шуровать.

А вот новости плохие (программа Chapter 09Test_15_CO2.py). На основании только наблюдений CO2, определить, куда пошла планета после GFC 2008 года, к сожалению, пока невозможно. Мы узнаем это только лет через десять-пятнадцать.

Я предупредил выше, что не буду гнать волну про Глобальное Потепление и Изменение Климата? Увеличение концентрации CO2 в атмосфере, вне всякого сомнения, – дело человеческой промышленности. Однако, изменение средне-планетарной температуры на 1-2 градуса или подъём уровня мирового океана на 35 см – абсолютная мелочь по сравнению с невозможностью накормить наших детей, не так ли?

Итак, количество отпитого из нашей пивной кружки мы кое-как знаем. Попробуем, вслед за известными геологами и экономистами, оценить начальный объём.

Тут следует сделать лирическое отступление о так называемых "категориях" запасов. Помимо деления на геологические (в России и СССР их также звали "балансовыми") и извлекаемые, связанные строгой формулой , бюрократы разных стран высасывают из частей тела разные другие определения. В СССР, а теперь в России, запасы делятся на категории A, B, C, D, у которых есть ещё подкатегории. В частных нефтяных компаниях США, запасы делят на "подтверждённые" и "неподтверждённые", а у тех есть деление на "разбуренные", "ещё не разбуренные", "добываемые", "условные", "вероятные" и "возможные". В Евросоюзе деление ещё сложнее: есть "перспективные", "индикативные", "измеренные", "выверенные", "предполагаемые", ну и ещё с десяток терминов.

Основная цель этих "категорий" – офисная имитация бурной деятельности. В геологоразведке (не в добыче!) рабочие места сокращаются последние 25 лет. Вот и остаётся двигать циферки в таблицах. О категориях запасов можно писать отдельные книги, и много даже написано8, но подавляющему большинству читателей они неинтересны. К теме данной книги категории запасов точно не относятся.

Когда о "подтверждённых запасах" нефти, газа или угля рассуждает специалист-геолог, то скорее всего, он имеет в виду чиста-конкретные запасы, то есть пользуется одним из бюрократических определений, смотрим выше. А вот когда с веб-страницы Интернет про "подтверждённые" поёт песнь специалист-пиарщик или, не к ночи будь помянут, президент мелкой инвестиционной компашки – враньё может быть абсолютно любое. Даже у бюрократов уши вянут.

Итак, возьмём одно из крупнейших месторождений – шестое в мире по извлекаемым запасам нефти – настоящее нефтяное сокровище: Самотлор, открытое в 1965 году. Посмотрим, можно ли определить запасы исключительно по кривой добычи, а потом сравним с официальной оценкой компании.

Заявления об открытии месторождений можно почерпнуть из газет, а в некоторых странах есть и доступные для публики официальные данные по геологическим и извлекаемым запасам. Конечно, далеко не во всех газетных статьях численные значения отражены правдиво, а в правительственной информации могут быть и весьма консервативные – заниженные – оценки. В некоторых странах, например в России, данные по запасам и добыче на конкретных месторождениях рассекречивают спустя десятилетия. Наконец, есть страны, в том числе Саудовская Аравия и КНР, где все данные по индивидуальным месторождениям со времён Второй Мировой считаются государственной тайной, за разглашение – расстрел (или декапитация, если вам больше нравится) по приговору закрытого суда.

На "Весёлом" отчёты мы несли в американскую геологическую службу USGS, а также в Комиссию по Ценным Бумагам SEC. В СССР похожие документы отправляли в Комиссию по Запасам. Если бы СССР стоял по сию пору, точные числа из тех отчётов мы бы узнали году примерно в 2065. Однако, с Самотлором нам повезло. В 2003 была сформирована, а в 2013 году – продана "Роснефти" компания "TNK-BP", и смелые британские учёные информацию слили газете "Нью-Йорк Таймс"9.

Год

отчёта

Геологические (балансовые) запасы STOIP, млн т

КИНт

Остаточные извлекаемые запасы URR-Q, млн т

Накопленная добыча Q, млн т

1969

3600

56%

2000

0

1987

5200

52%

900

1800

2002

6100

51%

750

2350

2015

7100

46%

600

2700

Данные отрисованы программой Chapter 09Test_16_Samotlor.py

По форме, график добычи не сильно отличается от разработки гипотетического месторождения "Весёлое", что мы обсуждали в предыдущей главе, только на "Весёлом" у нас было 2 млрд баррелей геологических запасов, а в реальном Самотлоре – на два порядка больше: 53-55 млрд баррелей. Соответственно и по вертикальной оси теперь отложены не баррели в сутки, а миллионы тонн в год. Желающие могут подогнать к данным вейбуллиану по формуле .

Добычное бурение на Самотлоре началось в 1969 году; до этого бурили разведочные скважины. Процесс, ничем не отличающийся от нашего гипотетического "Весёлого", только масштаб побольше. За четыре года геологические запасы были доведены с "чегой-то есть" до 3600 млн тонн, из которых 2000 признали технически извлекаемыми. По мере бурения добычных скважин, числа уточнялись. В 1981 г Самотлор отчитался о миллиарде тонн накопленной добычи, и по имеющейся в распоряжении геологов (на тот момент) информации, в залежах месторождения оставалось не менее 1700 млрд т.

Итак, в 1980 году добыча Самотлора достигла пика 158.9 млн тонн – и немедленно покатилась под горку10. В начале 90-х добыча вышла на "колеблющуюся полочку" 25-30 млн т в год. И старые, и новые хозяева пытались вносить оживляж. Программа капремонта скважин (КРС), в том числе с использованием гидроразрывов, началась ещё в 1995. В 2003 подсоединилась "ВР", инвестировавшая в КРС и дополнительное бурение $1 млрд. Характерно, что один из совладельцев – Виктор Вексельберг – одновременно инвестировал десятую часть этой суммы не в парней из "Шлюмберже", а в пасхальные яички от "Фаберже". В реальность восстановления добычи до уровня 100 млн т в год Вексельберг вряд ли верил: удалось удержать "полочку", и достаточно. Ещё до покупки "TNK-BP" "Роснефтью" в 2013 году добыча сошла с "полочки" и принялась падать по 7-8% ежегодно.

В 2014 году дочкой "Роснефти" – АО "Самотлорнефтегаз" – начата программа уплотнения сетки: более 570 новых скважин за 3 года. Успехи впечатляют. Удалось снизить спад добычи "всего" до 4% в год11.

Это совершенно не значит, что Самотлор следует списывать со счетов. С годовым дебитом 18-20 млн тонн, даже при цене нефти $50 за баррель, АО "Самотлорнефтегаз" добывает нефти на $5 млрд ежегодно, а задолженность по кредитам – около $13.7 млрд. Лицензии на добычу – до 2038 года, есть план продления жизни месторождения до 2099. К тому времени месторождение будет выглядеть примерно так:

На снимке – Охинское нефтяное месторождение на Сахалине, где нефть открыли в 1880 году, а крупномасштабная разработка начата японцами в 1920. Накренившаяся насос-качалка и "пьяные столбы" – не ошибка фотографа. Болото же, а зимы суровые!

Площадь Самотлора относительно невелика: 1751 км2. На каждом квадратном километре, таким образом, находилось изначально 1850 тыс тонн извлекаемых запасов. Всего к 2015 году пробурено почти 16 тыс скважин; каждая добыла, в среднем 168000 т нефти. Сетка скважин – довольно плотная: по 9-10 скважин на км2.

Как по данным ежегодной добычи прикинуть общие извлекаемые запасы: URR? Если спад добычи следует кривой Хабберта, то:

То есть касательная к графику пересекает ноль в точке (0, URR). Метод носит имя "линеаризация Хабберта", хотя придумал его не Хабберт, а последователи.

Кривая добычи Самотлора – не хаббертиана, а решений два: 2300 и 3200 млн тонн накопленной добычи. Это оттого, что в пределах месторождения не одна залежь, а много. Условно их можно разделить на две группы. В первую входит "кормилица наша" – залежь пласта БВ81-2-3 мегионской свиты нижнемелового периода12. К ней примыкают, хотя и не на всей площади месторождения: БВ71-2 и АВ6-8. В этой группе содержалось более 1900 млн т извлекаемых запасов. В прошедшем времени – оттого что залежи практически выработаны. На некоторых скважинах на тонну добытой нефти приходится 25 кубометров воды. Вылить загрязнённую нефтью воду нельзя, оттого проходится тратить энергию, закачивая обратно в пласт.

Сейчас добыча Самотлора ведётся в основном из второй группы залежей, и там-то полный зоопарк. Границы месторождения расширяли малопродуктивными залежами класса "Дядя Джо", точно так же, как мы с вами делали на гипотетическом "Весёлом". Самый крупный объект в пределах собственно Самотлора – залежь пласта АВ11-2, с тонкими глинистыми пропластками, так называемый "рябчик", содержит основную остаточную нефть, которая по российским инструкциям проходит как ТрИЗ – Трудно Извлекаемые Запасы. Новая скважина без гидроразрыва даёт тут 3-5 тонн нефти в сутки, но при этом вместе с нефтью на поверхности сразу же появляется до 25% воды. После гидроразрыва из скважины можно получить и 50 тонн в сутки, однако гидроразрывы часто уходят в обводнённые пласты, и тогда скважина становится бесполезна, ну разве что под закачку воды поставят. Именно из "рябчика" на Самотлоре добывают до 50% сегодняшней нефти. Естественно, ни одна пробуренная в АВ1 скважина 168 тыс т не даст; в лучшем случае речь идёт о 10-15 тыс тонн при времени жизни скважины 20-25 лет. Однако много скважин умирает, не дотянув до этого почтенного возраста. Из-за этого показатель "средняя добыча на скважину" падает.

У линеаризации Хабберта есть огромный недостаток: он работает только при снижении добычи. Предположим, что в 2017 году "Самотлорнефтегаз" получил кредит $60 млрд, привёз буровые и пробурил за три года 13-14 тыс новых скважин, уплотнив сетку примерно вдовое. Предположим также, что проблему утилизации огромного количества загрязнённой воды как-то порешали и ударным трудом довели добычу до 60 млн т в 2020 году.

Хотя такой сценарий экономически несостоятелен (денег не дадут), технически ничего невозможного в нём нет: платите реально большие бабки, буровики понаедут. Программа Chapter 09Test_17_Samotlor.py

На кривой dQ/Q появляется скачок, и какое-то время возникает впечатление, что запасы месторождения возрастают бесконечно. После 2025 года геология всё расставит на свои места, но лет 8-10 можно втирать инвесторам. Как результат, в 2038 году продлевать лицензию не потребуется, а в среднем каждая из 30000 скважин добудет те же 106 тыс т нефти.

После извлечения "извлекаемых" запасов, под землёй останутся "неизвлекаемые". На Самотлоре числа огромны: до 4000 млн т. Технически извлечь их можно, и человечество уже таковыми технологиями располагает. Да простят мне коллеги-нефтяники "научную фантастику низкого прицела" в стиле А.П.Казанцева.

На поверхности (за бюджетные деньги) построены ядерные реакторы. Электрическая энергия идёт в шахты. Там, на глубине 2-3 км, бесплатно (коммунизм же!) трудятся наши герои-шахтёры. Породу вынимают угольными комбайнами, мельчат, промывают раствором каустической соды, жидкость откачивают в отстойники. Нефть отслаивается, а каустик – качаем обратно под землю. Отработанным шламом можно заполнять старые выработки. Каждый из элементов технологии ещё в XX веке вполне освоен и есть примеры применения. Золотые шахты в ЮАР – уже куда глубже 3 км. Отмывка нефти – канадские "нефтяные пески". Про ядерные реакторы и угольные комбайны и говорить нечего. Одна проблема: не хватает пока героев!

Подкрутив колёсико фантастической реальности, заменяем ядерные реакторы на термоядерные, или реакторы-бридеры, героев – на роботов. Хотите антиутопию? Заместо героев – рабы, вместо комбайна – отбойный молоток. Или лучше так. Физик Пупкин изобретает генератор торсионного поля. Установка размером с пачку сигарет работает от трёх пальчиковых батареек. Приехав на месторождение и хорошо прицелившись, жмёт кнопарь… и торсионное поле выключает смачивание! Нефть бодро отрывается от стенок пор и несётся к ближайшей скважине: "Бери меня, человек! Я твоя навеки".

Вы думаете, я просто ёрничаю? Ничего подобного. Прогуглите: "микролептонные генераторы, нефтедобыча". А если серьёзно, то технологии интенсификации в современной нефтянке условно делятся на пять групп:

  1. Увеличивающие КИНт. Открытые карьеры, как на разработке битуминозных песков к Канаде. Подземное расплавление нефти паром – Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) – для сверхтяжёлых нефтей. Закачка поверхностно-активных веществ (ПАВ) или углекислоты – это уже не десятки процентов, а лишь 1-2% КИН; хотя на огромном Самотлоре даже 1% – это 70 млн т дополнительной нефти. Такие технологии неизбежно затрачивают огромное количество энергии, сравнимое с энергией получаемой нефти: карьерному самосвалу требуется куда больше, чем насосу-качалке, ПАВ делают из природного газа, и так далее.

  2. Увеличивающие дебит из скважин, возможно при некотором снижении КИНт. Добудем извлекаемые на сто лет раньше, но кое-что придётся в земле оставить. Типичный представитель – гидроразрыв пласта. Сюда же относя: кислотная обработка (особенно в карбонатных породах), различные методы поддержания пластового давления и т. п. Энергии и материалов тратится меньше, чем в первой группе, однако тоже много.

  3. Увеличивающие время продуктивной работы скважины за счёт сокращения износа оборудования и удлинения периода между КРС. Здесь и антикоррозийные покрытия, и анодная защита, и фильтры от выноса песка, и ультразвуковые излучатели для срыва парафиновых бляшек с насосно-компрессорных труб, и более живучие центробежные погружные насосы – всего не перечислить.

  4. Удешевление и ускорение бурения и КРС. Увеличение точности и информативности геологоразведки. Любые разумные предложения, как сэкономить бабки и энергию, или не бурить лишних скважин – принимаются!

  5. Наконец, шаманские танцы с бубном. Эти "технологии" хотя и стоят приличных денег, энергии потребляют совсем немного. Скважинам они почти не вредят, правда и на дебит не влияют. Зато, начальник может отчитаться о внедрении новой техники, офисный планктон на презентации отдохнёт душой да премии себе выпишет, ну и проф. Выбегалло будет сыт-одет-обут и в шоколаде. Про такие технологии было в главе 6, хотя все разоблачать – никакой книги не хватит.

Так что, когда вам сообщают, что "существующими технологиями из Самотлора можно извлечь ещё 3 млрд тонн нефти", вам не врут совершенно. Забывают только разъяснить затраты: "За каждую тонну в сутки будут горбиться одиннадцать зэков в шахте. При этом, из каждой тонны добытой нефти шахта будет потреблять на собственные нужды 900 кг".

Ясно, что никаких зэков и шахт на Самотлоре не будет; добывать будут и дальше скважинами и насосами (качалками или погружными, неважно). Можно предложить и альтернативный сценарий: в "Роснефти" кто-то большой решил, что надо оставить 600 млн нефти в "рябчике" будущим поколениям. Поднял трубу, по-геологицки вякнул. По столу кулаком – брякнул: "Увольняйте шесть тысяч народу, закрывайте скважины, мать-перемать!" Экономически, опять же, такое произойти никак не может, но технически – запросто. Прекращать добычу проще, чем поддерживать.

Программа Chapter 09Test_18_Samotlor.py

В этом случае, посчитанные по методу "линеаризации Хабберта" извлекаемые запасы дадут всего 2770 млн тонн при КИНЭ=39%. Это не означает, однако, что под землёй не осталось ни капли извлекаемой нефти. Сам Хабберт от огульного использования линеаризации – предостерегал! Писал всегда и везде, что критериям, кроме хаббертианы, удовлетворяет ещё масса функций, а также любая сумма этих функций.

Заметим, что в случае прекращения разработки месторождения одна скважина в среднем извлекает не 106 тыс тонн, как в примере выше, а 172 тыс тонн. Умножение какой-то средней производительности на будущее количество производственных единиц – типичная ошибка, которую делают перцы и классические экономисты.

Задачка из начальной школы. "Сборщик Василий собрал за 4 часа 9 велосипедов. Сколько велосипедов соберут Василий, Пётр и Сергей за полную рабочую смену 8 часов?"

Чего тут считать? Один сборщик делает за смену 9x2=18 велосипедов, 18x3=54.

Вы не дочитали условия задачи, дорогой экономист! "Известно, что Василий после обеда обычно употребляет, и ему уже не до велосипедов. Пётр – не сборщик, а поросёнок. Он хороший парень, притом не пьет ни грамма, но копытцами собирать велосипеды несручно". Внезапно, от посчитанных вами полусотни велосипедов осталось 27.

Вы опять не дочитали, дорогой перец! "Сергей – ударник коммунистического капиталистического труда. Он за смену собирает 150% нормы". Ага, значит, 36. Правильный ответ?

"Но на завод привезли только 33 передних колеса". И так далее. Проблема не так тривиальна, как может показаться. Рассмотрим прогнозы мировой добычи нефти, которые выдаёт американская EIA. Программа Chapter 09Test_19_Prediction_EIA.py

С 2000 по 2007 год прогнозы выдавались оптимистические, и каждый год добыча до них не доставала. В 2009 году, на волне глобального экономического кризиса, наступил перелом сознания, и прогнозы пошли в пессимистическую сторону. Самый плохой прогноз был в 2010, но к счастью, не оправдался. Самый точный прогноз пока – 2008 года, то есть в год кризиса.

Тем не менее, он предсказывает 110 млн баррелей в сутки к 2028 году, и это вряд ли сбудется. Экономисты EAI никогда это официально не признают, но просто анализируя данные, можно прикинуть алгоритм этих прогнозов:

  1. На основании данных по потреблению нефти и данных ООН по численности населения Земли, посчитать среднее производство нефти на душу населения за последние 3 года.

  2. Домножить полученное значение на прогноз ООН по населению и пересчитать в баррели в сутки. PROFIT.

Так как население Земли последние 25 лет растёт линейно по 82 млн человек в год13, то и прогноз получается всегда приблизительно линейный, а наклон графика отражает экономическую активность землян за предыдущие три года. В этом смысле "реалисты" из EIA ничем не отличаются от "оптимистов" из IEA14. Последние в прогнозе 2000 года утверждали, что в 2016 году из планеты удастся выкачать 5400 млн тонн нефти, то есть те же 110 млн баррелей в сутки. Смотрим график выше.

Когда экономисты говорят, мол сторонники Пика нефти "постоянно ошибаются в прогнозах", следует перцев самих ткнуть носом в прогнозы линейного развития, которые сбываются лишь случайно.

Итоги главы:

  • По данным отчётов "ВР" за 2008-2017 годы проведена грубая прикидка статистической точности. Погрешность данных в отчётах "ВР" (и американской EIA) – не лучше ±3%, по-видимому, до ±5%. Так как исторические данные по добыче до 1965 года имеют разброс тоже около ±5%, наше определение суммарной накопленной добычи нефти, газа и угля не может быть точнее.

  • Абсолютные значения в отчётах "ВР" проверены по независимым данным – накоплению антропогенного CO2 в атмосфере по наблюдениям станций Мауна Лоа и ледового керна станции Купол Ло. В пределах заявленной погрешности данные "ВР" достоверны.

  • На примере разведанного месторождения Самотлор показана невозможность определения извлекаемых запасов нефти на основании лишь данных по добыче (например, по линеаризации Хабберта). Для определения запасов требуются геологические данные, которые для большинства месторождений (за пределами США, Канады и ещё нескольких стран) являются секретными.

  • Показана порочность методик предсказания объёмов добычи и потребления невозобновляемых ресурсов на основе линейной регрессии.

Примечания

1 Во время пресс-конференции по "Энергетическому отчёту ВР" 13 июля 2017 г. главный экономист "ВР" Спенсер Дэйл на вопрос инвестора о надёжности данных по запасам нефти и газа на Ближнем Востоке заявил, что числовым данным по запасам государственных компаний "доверять лучше с оглядкой".

2 Кроме Канады, природный битум добывают в небольших количествах в России (шахта Ярега в Коми добывает по 6 млн т сверхтяжёлой нефти в год), в Китае и в Венесуэле; эти объёмы добычи пока на два порядка ниже канадских, поэтому в расчётах ими можно пренебречь.

3 В блоге проскочило предположение, что изменение данных "Газпром" связано с переводом российских "стандартных условий" (1 атмосфера, 20ºЦ) в "международные" (1 атмосфера, 15ºЦ). Но при таком переводе изменение составило бы около 5/(273+20) = 1.7%. К тому же, "ВР" работает в России с конца девяностых и была партнёром российской "ТНК". В "ВР" знают разницу между российским ГОСТ и международными "стандартными условиями"!

4 При пересчёте выработанной электроэнергии в ТУТ "ВР" вводит КПД тепловых станций 30%. Если же переводить по тепловой, значения ВИЭ в отчёте следует делить на 3.

5 Все вулканы мира производят ежегодно не более 0.32 млрд тонн: https://www.skepticalscience.com/volcanoes-and-global-warming.htm

6 Международные организации приводят CO2 как "выброс углерода", базируясь на идее, что надо учитывать метан и прочие газы, содержащие углерод. Однако, наша калибровка именно по углекислоте. Для перевода тонн CO2 в "тонны углерода" делите на коэффициент 2*16/12.01 + 1 = 3.66

7 В реальном времени: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/

8 Гутман И.С. "Методы подсчета запасов нефти и газа" М.: Недра, 1985.

9 Kramer, Andrew E. "Mapmakers and Mythmakers: Russian Disinformation Practices Obscure Even Todays Oil Fields," New York Times (1 December 2005)

10 Для желающих – взгляните снова на графики добычи угля и атлантической трески в стоявшей, как известно, на угле и несомненно окружённой рыбой Великобритании – страницы 159-160.

11 Интервью гендиректора "Самотлорнефтегаз" Валентина Мамаева агентству "Рейтер". Скачано 21 июля 2017 с https://ru.investing.com/news/

12 Чтобы не было разночтений, номенклатура геологических объектов по отчёту "Самотлорнефтегазгеология" 1987 г. Для не-геологов: в нефтянке середины прошлого века пласты обозначались буквами и цифрами, нумерация по алфавиту и сверху вниз. Когда после уточнения геологического строения надо было разбить, скажем, пласт БВ7 на два, им давали имена БВ71 и БВ72, чтобы не переименовывать нижележащие. Надстрочные индексы изображались поворотом барабана пишущей машинки "на щелчок". Однако, крутить туда-сюда было неудобно, оттого появлялись имена типа БВ71 и БВ72.

13 См. в главе 3 на страницах 44-45.

14 См. в главе 2 на страницах 36-37.

 

 

 

Система Orphus: Если вы замeтили ошибку в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
ti-robot, RU28.07.17 12:58
Автору и редактору огромное спасибо и уважение за труд.
нихтканинхен, RU28.07.17 14:30

Спасибо, бодрый текст!
Правда, чуть-чуть забавно, что автор, обладая таким кругозором, ошибся в 10 раз при расчёте запасов своей базовой залежи: "500×500×10×30=75 млн литров, или 470 тыс. баррелей". Вот правильный расчёт: 500 м × 500 м × 10 м × 0.3 = 750 тыс. м3, или 4.7 млн. баррелей. Но, как говорится, с кем не бывает, все мы люди.

Небольшие сомнения вызывал ещё следующий фрагмент: В газете "Нью-Йорк Таймс" на второй странице статья: "Компания Весёлая Нефть открыла на Аляске месторождение с запасами более 2 млрд баррелей!" Заметим, что число в статье несколько меньше, чем посчитанные нами 2.2 млрд баррелей геологических запасов, но гораздо больше, чем 1.25 млрд запасов технически-извлекаемых. Вообще, слово "геологические" от "запасов" куда-то пропало. Публике про "извлекаемые" знать ни к чему.
Как мне представляется, в английском подобная игра словами как раз невозможна, так как словом запасы - "reserves" - обозначаются запасы только извлекаемые, а геологические - "oil in place" (или, более полно, STOIIP).

HaxyxoJIb, RU08.08.17 00:47
При титанической работе по анализу добычи автор очень мало внимания уделяет потреблению.
Например газ довольно тяжело складировать в промышленных обемах на длительное время. Поэтому резонно предположить что Газпром добыл примерно столько же газа сколько смог реализовать на длительном отрезке времени. С-но график добычи газа в России определяется не только технической способностью его добыть по вменяемой себестоимости но и спросом на российский газ в том числе с учётом политики. Также и с китайским углем. Столкнулись с выводом мирового энергоемкого производства в Китай тот был вынужден резко наращивать производство электричества а самым быстрым и дешёвым для этого является уголь. Преодолев дефицит энергии Китай занялся переориентацией на более дорогие и экологически источники. Добавим к этому различные склады экономики - сначала это сталь а сталь это железо и уголь, потом алюминий а алюминий это глинозём и электричество, в свою очередь электричество это те же алюминий и медь. Затем электроника, информация и хай-тек а это редкоземы, кремний, газ и нефть.
В общем и целом надо больше внимания уделить потребности в энергии и роли энергосбережения и говорить об энергобалансе прежде чем делать стратегические выводы о доступности энергоресурсов.
iz09, RU09.08.17 23:17
Очень интересная работа. В чем здесь упущение. "Спады" этих кривых имени каких-нибудь математиков зависят не столько от запасов, насколько от экономической политики. Определяются они крупными банкирами. На 60 лет решили сократить темпы роста в США, а также в Европе и России и всех бывших ее союзников. Пока неясно, откуда появляется нефь, будет масса манипуляций насчет ее истощения.
English
Архив
Форум

 Наши публикациивсе статьи rss

» 33: Не грози, если не можешь исполнить — это демонстрация слабости
» 31: Куда ни кинь, всюду клин
» Правда и ложь о курдо-американских отношениях в Сирии
» 30: С волками жить — по волчьи выть
» 29: Хотели как лучше, а получилось как всегда
» 28: Наш пострел везде поспел
» 27: По гамбургскому счету
» Саморазоружение Украины: Так ли уж во всем виноват Виктор Янукович?

 Новостивсе статьи rss

» СМИ: США ограничат военную помощь Египту
» Английский суд удовлетворил заявление "Татнефти" о взыскании с Украины $144 млн
» Украина сократила поставки ядерного топлива из РФ
» ВБ выделит 1 млрд евро на электрификацию ж/д сети Ирана
» Добыча нефти на ливийском месторождении Шарара снова приостановлена
» Конгресс гарантировал повышение лимита госдолга США
» США отправили на Украину первую партию угля
» В Ракке 19 детей погибли из-за бомбардировки американской коалиции

 Репортаживсе статьи rss

» "Вторая серия" финансового кризиса уже наступила
» Немецкий нацизм зародился в США?
» Морпехи против зелёных человечков — репетиции "третьей мировой" в США идут полным ходом
» Меня благословил слон
» Разведка США: "Жаль, что не раскатали Россию при Ельцине"
» Афганская панама Пентагона
» Глобальный финансовый посредник в тени МВФ
» Грустная история пакистанских премьер-министров

 Комментариивсе статьи rss

» Взгляд изнутри на мучительный поиск Трампом победоносной стратегии в Афганистане
» Al Arabiya: беженцы заставят Европу признать «пророссийского» генерала в Ливии
» Цифровая колонизация и закон Старджона
» Америка движется к гражданской войне нового типа?
» Проблема не в Путине, а в России
» Санкции США позволят Китаю, Турции и ЕС торговаться с РФ по условиям энергопоставок
» Россия в Ливии: война или мир?
» США – Индия: стратегическое партнёрство или циничный расчёт?

 Аналитикавсе статьи rss

» Общая оборона без общих ценностей: новые проблемы в альянсе Японии и США
» А что интересует Балканы?
» Развенчивая миф о невинности США
» США толкают Китай и Индию в ловушку большой войны друг с другом
» Почему Америка не в состоянии осознать грядущее приближение нового мирового порядка
» Геоэнергетическая мозаика вокруг Катара
» Японский солдат в Сибири: «Было принято решение сжечь всех…»
» Пики производства нефти и газа

 

 

 
текстовая версия © 2006-2016 Inca Group "War and Peace"