Тяжелая сырая нефть (или сверхтяжелая сырая нефть ) — это высоковязкая нефть, которая не может легко вытекать из эксплуатационных скважин при нормальных условиях пласта. [1]
Ее называют «тяжелой», потому что ее плотность или удельный вес выше, чем у легкой сырой нефти . Тяжелая сырая нефть определяется как любая жидкая нефть с плотностью API менее 20°. [2] Физические свойства, которые различаются между тяжелой сырой нефтью и более легкими сортами, включают более высокую вязкость и удельный вес, а также более высокий молекулярный вес углеводородного состава. В 2010 году Всемирный энергетический совет (WEC) определил сверхтяжелую нефть как сырую нефть с плотностью менее 10° и пластовой вязкостью более 10 000 сантипуаз. [3] Когда измерения пластовой вязкости недоступны, WEC считает, что сверхтяжелая нефть имеет нижний предел 4° API. [4] Другими словами, нефть с плотностью более 1000 кг/м 3 (или удельным весом более 1) и пластовой вязкостью более 10 000 сантипуаз . [3] [5] Тяжелые масла и асфальт являются плотными неводными фазовыми жидкостями (DNAPL). Они имеют низкую растворимость и вязкость, большую, чем у воды, и плотность, большую, чем у воды. [6] Большие разливы DNAPL быстро проникают на всю глубину водоносного слоя и накапливаются на дне. [7]
Тяжелая сырая нефть тесно связана с природным битумом из нефтяных песков . Геологи-нефтяники классифицируют битум из нефтяных песков как «сверхтяжелую нефть» из-за его плотности менее 10° API. [8] Битум является самой тяжелой, самой густой формой нефти. [9] Согласно Геологической службе США, битум дополнительно отличается как сверхтяжелая нефть с более высокой вязкостью (т. е. сопротивлением течению): «Природный битум, также называемый битуминозными песками или нефтяными песками, имеет свойства тяжелой нефти, но еще более плотный и вязкий. Природный битум — это нефть, имеющая вязкость более 10 000 сП». [8] «Природный битум (часто называемый битуминозными песками или нефтяными песками) и тяжелая нефть отличаются от легкой нефти высокой вязкостью (сопротивлением течению) при пластовых температурах, высокой плотностью (низкой плотностью API) и значительным содержанием соединений азота, кислорода и серы, а также загрязняющих веществ тяжелых металлов. Они напоминают остаток от переработки легкой нефти. Большая часть тяжелой нефти находится на окраинах геологических бассейнов и считается остатком ранее легкой нефти, которая потеряла свои компоненты с легким молекулярным весом из-за деградации бактериями, промывки водой и испарения. Обычная тяжелая нефть и битумы отличаются по степени, в которой они были деградированы из исходной сырой нефти бактериями и эрозией. (Meyer & Atanasi 2003, стр. 1) Часто битум более вязкий, чем холодная патока, и не течет в условиях окружающей среды . [9]
По данным Института мировых ресурсов , концентрации значительных количеств тяжелой нефти и нефтяных песков обнаружены в Канаде и Венесуэле. [2] [10] Управление энергетической информации США (EIA) сообщило в 2001 году, что крупнейшие запасы тяжелой сырой нефти в мире находятся к северу от реки Ориноко , в поясе Ориноко длиной 270 миль и шириной 40 миль , на востоке Венесуэлы . В то время Венесуэла начала разрешать «совместные предприятия по модернизации ресурсов сверхтяжелой сырой нефти». [11] Petroleos de Venezuela, SA (PDVSA) в то время подсчитала, что в этом районе имеется 270 миллиардов баррелей извлекаемых запасов, [11] столько же, сколько и обычные нефтяные запасы Саудовской Аравии . [12] Пояс Ориноко в Венесуэле иногда описывают как нефтяные пески, но эти отложения не битуминозные, вместо этого попадая в категорию тяжелой или сверхтяжелой нефти из-за их более низкой вязкости. [13] Природный битум и сверхтяжелая нефть различаются по степени, в которой они были деградированы из исходных обычных нефтей бактериями . Известно, что тридцать или более стран имеют запасы.
Добыча, транспортировка и переработка тяжелой сырой нефти представляют собой особые проблемы по сравнению с легкой сырой нефтью. Обычно разбавитель добавляется на регулярных расстояниях в трубопровод, транспортирующий тяжелую сырую нефть, чтобы облегчить ее поток. Дилбит (разбавленный битум ) является средством транспортировки высоковязких углеводородов. Согласно Методологии оценки битума нефтеносных песков Альберты, «смеси Дилбита» означают «смеси, изготовленные из тяжелой сырой нефти и/или битумов и разбавителя, обычно конденсата , с целью соответствия техническим требованиям вязкости и плотности трубопровода, где плотность разбавителя, включенного в смесь, составляет менее 800 кг/м 3 ». [14] [15]
Тяжелая сырая нефть представляет собой интересную ситуацию для экономики разработки нефтяных месторождений. Ресурсы тяжелой нефти в мире более чем в два раза превышают ресурсы обычной легкой сырой нефти. В октябре 2009 года Геологическая служба США обновила извлекаемую стоимость месторождений Ориноко (Венесуэла) до 513 миллиардов баррелей (8,16 × 10 10 м 3 ), [16] что делает эту область одним из крупнейших в мире извлекаемых месторождений нефти. Однако темпы извлечения тяжелой нефти часто ограничены 5-30% от нефти на месте. Химический состав часто является определяющей переменной в темпах извлечения. Новые технологии, используемые для извлечения тяжелой нефти, постоянно увеличивают темпы извлечения. [17]
С одной стороны, из-за возросших затрат на переработку и высокого содержания серы в некоторых источниках, тяжелая нефть часто оценивается со скидкой по сравнению с более легкой. Повышенная вязкость и плотность также затрудняют добычу (см. проектирование резервуаров ). С другой стороны, большие объемы тяжелой нефти были обнаружены в Америке, включая Канаду , Венесуэлу и Калифорнию . Относительно небольшая глубина месторождений тяжелой нефти [18] (часто менее 3000 футов (910 м)) может способствовать снижению издержек добычи; однако это компенсируется трудностями добычи и транспортировки, которые делают обычные методы добычи неэффективными. [18] Разрабатываются специализированные методы для разведки и добычи тяжелой нефти.
Добыча тяжелой нефти становится все более распространенной во многих странах, причем в 2008 году лидерами по добыче были Канада и Венесуэла. [18] Методы добычи включают холодную добычу тяжелой нефти с песком , гравитационное дренирование с помощью пара , закачку пара , экстракцию пара, закачку воздуха Toe-to-Heel (THAI) и открытую разработку для чрезвычайно песчаных и богатых нефтью месторождений.
При современных методах добычи и транспортировки тяжелая нефть оказывает более сильное воздействие на окружающую среду, чем легкая. С более сложной добычей приходится использовать различные методы повышения нефтеотдачи , включая закачку пара и более плотное расположение скважин, часто всего по одной скважине на акр. Тяжелая нефть также несет загрязняющие вещества. Например, сверхтяжелая нефть Ориноко содержит 4,5% серы , а также ванадий и никель . [19] Однако, поскольку сырая нефть очищается перед использованием, образуя определенные алканы посредством крекинга и фракционной перегонки , это сравнение недействительно в практическом смысле. Методы переработки тяжелой нефти могут потребовать больше энергии [ требуется ссылка ] , поэтому ее воздействие на окружающую среду в настоящее время более существенно, чем у легкой нефти, если предполагаемыми конечными продуктами являются легкие углеводороды (бензиновые моторные топлива). С другой стороны, тяжелая нефть является лучшим источником для дорожных асфальтобетонных смесей, чем легкая нефть. [ требуется ссылка ]
При современных технологиях добыча и переработка тяжелой нефти и нефтяных песков приводит к выбросам CO2 в три раза больше по сравнению с обычной нефтью, [20] что в первую очередь обусловлено дополнительным потреблением энергии в процессе добычи (который может включать сжигание природного газа для нагрева и повышения давления в резервуаре для стимуляции потока). Текущие исследования в области улучшения методов добычи направлены на снижение этого воздействия на окружающую среду. [ необходима ссылка ]
В отчете за 2009 год Национальная сеть по токсичности, ссылаясь на данные, предоставленные Центром анализа информации о диоксиде углерода правительства США и Канадской ассоциацией производителей нефти (CAPP), заявила, что выбросы CO2 на единицу произведенной энергии составляют ~84% от выбросов для угля (0,078/0,093), что выше выбросов CO2 при использовании обычной нефти. [21]
По данным Environmental Research Web, «из-за энергии, необходимой для добычи и переработки, нефть из канадских нефтяных песков имеет более высокий уровень выбросов за жизненный цикл» по сравнению с обычным ископаемым топливом; «до 25% больше». [22]
Большинство [ количественно ] [ ласковые слова ] геологов [ кто? ] согласны [ где? ] что сырая нефть становится «тяжелой» в результате биодеградации , при которой более легкие нефти преимущественно потребляются бактериальной активностью в резервуаре, оставляя более тяжелые углеводороды позади. [ необходима цитата ] Эта гипотеза в значительной степени опирается на методы нефтяной геохимии . Плохая геологическая изоляция резервуара подвергает углеводороды воздействию поверхностных загрязнителей, включая органическую жизнь (например, бактерии), и способствует этому процессу. [ необходима цитата ]
Тяжелая нефть может быть найдена в неглубоких, молодых резервуарах с породами из плейстоцена , плиоцена и миоцена [18] (моложе 25 миллионов лет). В некоторых случаях ее также можно найти в более старых меловых , миссисипских и девонских резервуарах. Эти резервуары, как правило, плохо запечатаны, что приводит к тяжелой нефти и нефтеносным пескам. [ требуется ссылка ]
Тяжелая нефть является асфальтовой и содержит асфальтены и смолы . Она «тяжелая» (плотная и вязкая) из-за высокого соотношения ароматических соединений и нафтенов к линейным алканам и высокого уровня NSO ( азот , сера , кислород и тяжелые металлы ). Тяжелая нефть имеет более высокий процент соединений с более чем 60 атомами углерода и, следовательно, высокую температуру кипения и молекулярную массу. Например, вязкость венесуэльской сверхтяжелой сырой нефти Ориноко лежит в диапазоне 1000–5000 сП (1–5 Па·с ), в то время как канадская сверхтяжелая сырая нефть имеет вязкость в диапазоне 5000–10 000 сП (5–10 Па·с), примерно такую же, как у патоки, и выше (до 100 000 сП или 100 Па·с для самых вязких коммерчески эксплуатируемых месторождений). [2] Определение от компании Chevron Phillips Chemical выглядит следующим образом:
«Тяжесть» тяжелой нефти в первую очередь является результатом относительно высокой доли смешанного мешка сложных, высокомолекулярных, непарафиновых соединений и низкой доли летучих, низкомолекулярных соединений. Тяжелая нефть обычно содержит очень мало парафина и может содержать или не содержать высокие уровни асфальтенов. [23]
Тяжелая сырая нефть обычно классифицируется двумя способами [ необходима ссылка ] :