See blogipostitus uurib peamisi muutusi selles, kuidas täiustatud tehnoloogiad – näiteks gravitatsiooni-, magnet-, seismilised ja infrapunauuringud – on avastanud uusi varusid ja seadnud kahtluse alla „nafta ammendumise” debati eelduse.
Energiatööstus on nii inimtsivilisatsiooni õitsengu peamine mootor kui ka sektor, mis nõuab tulevikus kõige kiiremat innovatsiooni. Nende hulgas on fossiilkütuste – mida esindavad nafta, kivisüsi ja maagaas – tähtsus pärast tööstusrevolutsiooni plahvatuslikult kasvanud ning neid kasutatakse lugematutes valdkondades, nagu rõivad, transport, farmaatsiatooted ja energia tootmine. Fossiilkütustest on saanud tänapäeva ühiskonna oluline alus ning rahvusvahelised finantsturud reageerivad tundlikult nafta hinna kõikumistele.
Fossiilkütuste ees seisavad aga põhimõttelised piirangud: nende varud on piiratud ning kaevandamine, rafineerimine ja kasutamine põhjustavad tõsist keskkonnareostust. Need piirangud on ajendanud inimkonda arendama mitmesuguseid taastuvenergia tehnoloogiaid, mis suudavad fossiilkütuseid asendada, minimeerides samal ajal keskkonnamõju. See ei tähenda, et fossiilkütuste ajastu kohe lõpeb. Kaevandamise tehnoloogia, varude hindamine ja rafineerimistehnoloogia arenevad pidevalt ning võime toota mitmekesist lisaväärtust, mida taastuvenergias ei leidu, on endiselt oluline tegur. Seetõttu on fossiilkütustel paratamatult teatud turuosa nii praegu kui ka tulevikus, mis nõuab tehnoloogia praeguse olukorra ja tulevikuväljavaadete põhjalikku uurimist.
Fossiilkütuste kaevandamiseks on ülioluline kindlaks teha varud ja teha majandusliku teostatavuse hinnanguid. Nafta, kivisüsi ja maagaas koosnevad kõik peamiselt süsivesinikest. Kuna süsiniku kontsentratsioon toimub peamiselt organismide jäänuste kaudu, on üldtunnustatud fakt, et fossiilkütused pärinevad varasematest eluvormidest. Täpsemalt öeldes tekivad nafta ja gaas siis, kui mikroskoopilised taime- ja loomajäänused kogunevad mudasse ja setetesse, mis transporditakse iidsetesse ookeanibasseinidesse või jõedeltadesse. Need jäänused muutuvad kõrge temperatuuri, kõrge rõhu ja hapnikuvaba keskkonna mõjul, mida mõjutab bakterite aktiivsus. Nende nõudlike geoloogiliste tingimuste tõttu on piirkonnad, kus fossiilkütuseid tegelikult ladestada saab, paratamatult piiratud.
Praegused reservide hindamise meetodid on arenenud peamiselt nelja meetodi ümber.
Esimene on gravitatsioonimõõtmine. See meetod kasutab gravimeetreid maa-aluste kivimite tiheduse erinevuste mõõtmiseks. Näiteks kui maa all on soolakiht, põhjustab selle madalam tihedus võrreldes tavalise kivimiga nõrgema gravitatsiooninäidu. See võimaldab saada ligikaudse ülevaate maa-alusest geoloogilisest struktuurist.
Teiseks, magnetväljauuringud. See meetod hindab maakoore struktuure ja settekivimite jaotust, mõõtes erinevat tüüpi kivimite ja sügavuste tekitatud magnetilisi omadusi. Kuigi gravitatsiooni- ja magnetväljauuringute eeliseks on madal hind, võivad mitmesugused mõjutavad muutujad nende täpsust kahjustada.
Kolmandaks, seismiline uuring. See meetod süstib kihtidesse kõrgsurvelaineid ja analüüsib peegeldunud signaalide aega, amplituudi ja faasi, et saada kolmemõõtmeline arusaam pinnasealusest struktuurist. Hiljutised uuendused andmete kogumise ja töötlemise tehnoloogias on muutnud 3D- ja 4D-seismilise tõlgendamise tavaliseks, tehes sellest nafta- ja gaasireservuaaride uurimise põhivahendi. See tehnoloogia mängib tänapäevases naftauuringus otsustavat rolli.
Neljandaks on infrapunauuring. See tipptasemel tehnika analüüsib satelliitide poolt Maa pinnalt jäädvustatud termilisi infrapunasignaale, et tuvastada madala pinnase temperatuurianomaaliaid, vedelike olemasolu ja struktuurilisi deformatsioone. Koos teiste meetoditega suurendab see oluliselt uuringu täpsust.
Seega on nende uusimate uurimistehnoloogiate areng võimaldanud täpsemalt tuvastada leiukohti, mida oli varem raske leida. See on oluliselt aidanud leevendada pikaajalist muret naftavarude ammendumise pärast.
Järgmisena uurime, kuidas fossiilkütuseid, eriti tüüpilist ressurssi naftat, kaevandatakse, ning protsessis kasutatavaid seadmeid ja põhimõtteid. Üldiselt paigaldatakse pärast majandusliku teostatavuse ja varude hindamise lõpetamist puurplatvorm. Seda platvormi kasutatakse sügavale maa-alusesse naftareservuaari puurimiseks. Puurplatvormi saab laias laastus jagada kaheks põhiosaks. Aluskonstruktsioon pakub kogu platvormile stabiilset tuge, samas kui puurtorn ehk ülemine konstruktsioon toimib südamiktornina, mis vastutab puurnööri tõstmise ja langetamise eest.
Lisaks põhilistele ülemistele ja alumistele konstruktsioonidele jagunevad puurplatvormid funktsiooni põhjal veel erinevateks süsteemideks. Nende hulka kuuluvad elektrisüsteem, mis varustab elektriga kõiki seadmeid; tõstesüsteem, mis reguleerib puurnööri kõrgust puurtoru tõstmiseks või langetamiseks; pöörlev süsteem, mis pöörab toru kivimikihistusse tungimiseks; ja tsirkulatsioonisüsteem, mis salvestab ja tsirkuleerib puurmuda. Lõpuks kinnitatakse puurvarda otsa puuritera, mis tegelikult maapinda lõikab. See pöörleb allapoole, purustades kivimi ja pinnase väiksemateks tükkideks.
Kui puurimine jõuab teatud sügavusele, järgneb protsess puuraugu sisemuse stabiliseerimiseks, et vältida kokkuvarisemist. Puurimismuda mängib siin olulist rolli. Puurmuda, mis koosneb peamiselt veest ja savist, millele on vastavalt vajadusele lisatud spetsiaalseid kemikaale, süstitakse puurvarda otsast. See eemaldab puurimise ajal tekkinud kivimitükid ja prahi, kattes samal ajal puuraugu seinu kokkuvarisemise vältimiseks. Seejärel see muda tõstetakse puurplatvormi ülaossa, puhastatakse ja suunatakse tagasi tsirkulatsioonisüsteemi. Kui puuraugu sisemus on piisavalt stabiliseeritud, süstitakse lõpuks tsementi seinte kindlale kinnitamisele. Alles pärast seda, kui kõik need ettevalmistusetapid on lõpule viidud, saab alustada täiemahulise toornafta kaevandamise etappi.
Toornafta ja gaasi kaevandamise tehnoloogia on võrreldes varasemaga märkimisväärselt arenenud. Vaadates esmalt ajaloolisi meetodeid, iseloomustasid kaevandamistehnikad põhimõtteliselt reservuaaris säilinud maagaasi rõhu kasutamist. Toornafta eksisteerib selle tekkimise ja ladustamise ajal koos gaasi ja veega ning selle protsessi käigus tekkinud rõhk jääb kivimikihtidesse. Puuraugu puurimine reservuaari põhjustab sisemise gaasirõhu kohese vabanemise, sundides toornafta ülespoole. Selle vabanemismehhanismi põhjal liigitatakse reservuaarid kolme tüüpi.
Esiteks tuginevad lahusepõhised gaasiajamiga reservuaarid toornafta tõstmiseks ainult lahustunud gaaside jõule. Kui puuritakse auk ja siserõhk langeb alla mullipunkti rõhu, vabaneb õlis lahustunud gaas, põhjustades toornafta tõusu. Sellel meetodil on aga madal efektiivsus, tootes piiratud salvestatud energiahulga tõttu vaid umbes 15–25% salvestatud toornaftast.
Teiseks, gaasikorgiga ajamiga reservuaarid kasutavad ära toornafta kohale moodustunud eraldi gaasikihi (gaasikorgi) paisumisjõudu. See gaasikiht, mis tekib siis, kui ülaossa koguneb liigne lahustumatu gaas, paisub puuraugu avamisel kiiresti, lükates toornafta ülespoole. Tootmise efektiivsus on umbes 25–50%, mis on kõrgem kui lahusgaasiga ajamiga meetodil.
Kolmandaks, vee jõul töötav reservuaar tugineb poorsetes formatsioonides leiduvale kõrgsurve küllastunud soolveele. Kui rõhk puuraugu vastasküljel langeb, siis soolvesi paisub ja liigub ülespoole, tõmmates endaga kaasa toornafta ja gaasi. See meetod oli ajalooliselt kõige tõhusam, võimaldades toota üle 50% toornaftast tänu formatsioonis oleva vee stabiilsele ja märkimisväärsele energiale.
Sellel looduslikul rõhul põhineval meetodil on aga struktuuriline piirang: see tugineb lõppkokkuvõttes ainult formatsiooni enda pakutavale energiale. Kui rõhk on ammendunud, muutub edasine tootmine keeruliseks ja ülejäänud toornafta jääb alles. See pole mitte ainult ebasoodne majandusliku ja tõhususe seisukohast, vaid tekitab ka märkimisväärse keskkonnakoormuse, kuna tingib pidevat uute maardlate otsimist.
Tehnoloogia arengut järgides keskenduvad tänapäevased kaevandamismeetodid rõhu säilitamisele – tehnoloogiale, mis kunstlikult reguleerib ja säilitab formatsiooni rõhku –, et neid piiranguid ületada. Põhiprintsiip on reservuaari rõhu haldamine nii, et see ei langeks alla mullipunkti rõhu, tagades toornafta ja gaasi pideva voolamise puurauku. Selle saavutamiseks süstitakse puurauku või ümbritsevatesse formatsioonidesse erinevaid vedelikke rõhu säilitamiseks, kusjuures meetod varieerub sõltuvalt formatsiooni omadustest, puuraugu jaotusest ja välja suurusest.
Kõige tüüpilisem meetod on veega üleujutamine. Kui tootmispuuraugud on jaotatud kindla mustri järgi, siis sama intervalliga sissepritsepuuraugu puurimine ja vee sissepritsimine suruvad vee rõhu tõttu õli ümbritsevatest tootmispuuraukudest tagasi üles. Selle protsessi oluline tegur on viskoossus. Vesi on tavaliselt madalama viskoossusega kui õli, mistõttu see voolab läbi õli seda välja tõrjumata. Seetõttu segatakse vette polümeerseid lisandeid, et suurendada selle viskoossust, võimaldades sellel õli tõhusalt "välja tõmmata".
Lisaks, kui õli on kivimite pinnale tugevalt kinnitunud, lisatakse pindaktiivseid aineid. Keskkonnas, kus kihistu sees on väga happelisi vedelikke, süstitakse kihistusse pindaktiivsete ainete tekke soodustamiseks aineid nagu NaOH. See eraldab kivimile adsorbeerunud õli ja parandab selle voolavust.
Mõnedes naftaväljades kasutatakse vee või pindaktiivsete ainete asemel termilist taaskasutust, mille käigus süstitakse liiga viskoosse õli voolavuse parandamiseks soojust. Põhiprintsiip jääb samaks: vedelike või soojuse kasutamine rõhu suurendamiseks ja voolavuse parandamiseks, et toota jääknafta.
Kunstlike rõhukontrolli tehnoloogiate kasutuselevõtt on võimaldanud kaevandada maavarasid varem ligipääsmatutest või ebaökonoomsetest leiukohtadest. Sellest tulenevalt on see aidanud leevendada energiakriise ja vähendanud pideva uute varude otsimise koormust, andes positiivseid keskkonna- ja majanduslikke mõjusid. Tänapäevased nafta ja gaasi kaevandamise tehnoloogiad saavutavad oluliselt kõrgemaid taaskasutusmäärasid kui varasemad meetodid, moodustades fossiilkütuste tööstuse konkurentsivõime säilitamise olulise aluse.
Siiani oleme uurinud fossiilkütuste, sealhulgas nafta, kaevandamistehnoloogiaid ja nende tehnoloogiate praegust arengutaset. Millises suunas fossiilkütuste kasutamine tulevikus liigub? Erinevate rahvusvaheliste energiaväljavaadete süntees näitab, et isegi 2030. ja 2040. aastaks – see tähendab järgmise 10–20 aasta jooksul – ei ole fossiilkütuste tarbimise järsu languse tõenäosus suur. See tuleneb asjaolust, et kuigi fossiilkütuste tarbimine arenenud riikides mõnevõrra väheneb, suureneb kiiresti majanduskasvu saavutavate arengumaade arv. Kuna industrialiseerimine ja kasvavad sissetulekud laiendavad transpordi-, lennundus- ja naftakeemiatööstuse ulatust, püsib nafta ja gaasi järele paratamatult nõudlus.
Lisaks tagavad ebatraditsioonilised ressursid, nagu põlevkivigaas ja kinnisõli, mis võimaldasid hiljutist madalate naftahindade ajastut, majandusliku elujõulisuse tehnoloogilise innovatsiooni ja turuloogika kaudu, mis viib tootmise suurenemiseni. Lisaks avastatakse äsja väikesemahulisi ja sügavaid leiukohti, mida oli varem vanemate uurimistehnoloogiatega raske tuvastada, mis tugevdab pidevalt traditsiooniliste fossiilkütuste tarnevõimet.
Maagaasi väljavaated on eriti head. Erinevalt naftast või kivisöest eraldab see vähem saasteaineid ning veeldamis-, transpordi- ja ladustamistehnoloogiate areng on selle kasulikkust oluliselt laiendanud. Elektrienergia tootmisel, kuigi kütusekulud on suhteliselt kõrged, säilitavad gaasiküttel töötavad elektrijaamad oma suhteliselt madalate esialgsete ehituskulude tõttu kogukulude osas konkurentsivõime. Seetõttu on tõenäoline, et ülemaailmne nõudlus maagaasi järele kasvab pidevalt. Lõppkokkuvõttes tähendab see, et hoolimata taastuvenergia järkjärgulisest majanduslikult tasuvaks muutumisest, on fossiilkütuste täielik asendamine lühiajalises perspektiivis keeruline.
Fossiilkütuste tööstus on oma tohutu ulatusega kooskõlas saavutanud pideva tehnoloogilise arengu. Kuigi see on silmitsi märkimisväärse kriitikaga piiratud varude ja kaevandamise, rafineerimise ja kasutamisega seotud keskkonnaprobleemide tõttu, on arenenud tehnoloogia suurendanud varude hinnangute täpsust ja oluliselt parandanud taaskasutusmäärasid. Seetõttu on kunagi kardetud fossiilkütuste ammendumise probleem nihutatud kaugele tulevikku ning fossiilkütused on endiselt majanduslikult tasuvamad kui taastuvenergia. Lisaks, kuna uued ressursid, nagu liiv, õli ja põlevkivigaas, on nüüd turule täielikult sisenemas, läbimas fossiilkütused järjekordset muutust.
Muidugi jääb fakt, et fossiilkütuste varud on piiratud, samaks. Taastuvenergia areneb kiiresti tehnoloogiliselt ja kaubanduslikult ning on võimalik, et mõned fossiilkütused, näiteks kivisüsi, võivad peagi kaotada oma majandusliku tasuvuse. Sellest hoolimata jäävad fossiilkütused globaalses energiastruktuuris oluliseks ja toimivad peamise energiaallikana veel pikka aega. Seetõttu ei tohi kunagi unarusse jätta keskkonnaprobleeme ja sotsiaalseid konflikte, mis püsivad seni, kuni fossiilkütuseid kasutatakse. Ennekõike on ülioluline pikaajaline strateegia nende säästvaks haldamiseks ja ümberkujundamiseks.
