Энергетические ресурсы

Энергия-это способность выполнять работу и необходима для жизненных процессов. Энергетический ресурс-это то, что может производить тепло, энергию, перемещать объекты или производить электричество. Материя, которая хранит энергию, называется топливом. Потребление энергии человеком неуклонно растет на протяжении всей истории человечества. Ранние люди имели скромные потребности в энергии, в основном в пище и топливе для костров, чтобы готовить и сохранять тепло. В современном обществе люди потребляют в 110 раз больше энергии на человека, чем люди в начале своего развития.

Хотя мы часто рассматриваем ядерную энергетику в качестве альтернативного варианта использования энергии, важно помнить, что, хотя ее выбросы углерода очень низки по сравнению с ископаемыми видами топлива, ядерное деление по-прежнему является невозобновляемым ресурсом.

Ископаемое топливо накапливает энергию в связях между атомами, которые составляют их молекулы. Сжигание топлива разрывает эти связи. Это высвобождает энергию, которая первоначально пришла от солнца. Миллионы лет назад зеленые растения запирали эту солнечную энергию в своих листьях, используя фотосинтез. Животные съели некоторые из этих растений, перемещая энергию вверх по пищевой сети. Другие растения просто умирали и разлагались.

Любой из этих организмов, когда они умирают, может быть превращен в топлива. Но это требует правильных условий, в том числе бескислородной (анаэробной) среде. И время. Много времени.

Каменный уголь – это осадочная порода, которая образующуется при разложении остатков растений. Основные запасы каменного угля, добывающегося в настоящее время, образовались в период палеозоя, около 300-350 миллионов лет назад. Каменный уголь добывается уже несколько столетий и является одним из наиболее важных полезных ископаемых.

Нефть и природный газ — происходит от процесса, который начался в древних морях. Небольшие организмы, называемые планктоном, жили, умирали и погружались на дно этих океанов. Когда мусор осел в воде, он покрыл мертвый планктон. Химические реакции дополнительно трансформировали эти захороненные материалы. В результате образовались два вещества: восковой кероген и черная смола под названием битум (один из компонентов нефти).

Уникальность нефти

Кероген может претерпеть дальнейшие изменения. Как мусор закапывает его все глубже и глубже, химического становится все жарче и подвергается большему давлению. Если условия становятся правильными, кероген превращается в углеводороды (молекулы, образованные из водорода и углерода), которые мы знаем как сырую нефть. Если температура становится еще более горячей, кероген становится еще более мелкими углеводородами, которые мы знаем как природный газ.

Углеводороды в нефти и газе менее плотны, чем горная порода и вода в земной коре. Это побуждает их перемещаться вверх, по крайней мере, пока они не попадут в ловушку какого-то слоя земли, который они не могут пройти. Когда это происходит, они постепенно наращивать. Это образует резервуар из них. И они будут оставаться в нем, пока люди не сверлят вниз, чтобы освободить их.

Ресурсность полезных ископаемых

Невозможно узнать, сколько угля, нефти и природного газа погребено под землей. Даже поставить цифру на эту сумму было бы не очень полезно. Некоторые из этих ископаемых видов топлива просто окажутся в местах, из которых люди не смогут безопасно или по доступной цене извлечь их.

Около 20 лет назад ученые знали, где можно найти то, что они называют “нетрадиционными ресурсами". "Это скопления нефти и газа, которые невозможно получить традиционными методами бурения. Но затем компании придумали новые и менее дорогостоящие способы привлечения этих ресурсов.

Образование нефти

Процесс нефтеобразования включает в себя несколько этапов:

• Органическое вещество из организмов должно быть произведено в большом изобилии,
• Это органическое содержание необходимо похоронить быстро, прежде чем оксидация осуществляет. Медленные химические реакции превращают органический материал в углеводороды, содержащиеся в нефти.

Органическое вещество, которое в конечном итоге становится нефтью, получают из фотосинтетических микроскопических организмов, таких как планктон и бактерии, первоначально отложившиеся вместе с глинами в океанах. В результате породы, как правило, черные сланцы, которые образуют нефтяную породу источника.

Поскольку черный сланец зарыт на глубину от 2 до 4 км, он нагревается.  Это топление ломает органический материал вниз в воскообразный кероген. Непрерывное нагревание разрушает кероген с образованием различных соединений в различных диапазонах температур:

• Нефть и газ − от 90° до 160°С.
• Только газ − от 160° до 250°C.
• Графит – >250°С.

Если температура выше, чем в окне формирования нефти (от 90 до 150 °C), то образуется только графит, который не является полезным углеводородом.   Таким образом, нефть не образуется при метаморфизме, и более старые породы, которые были нагреты, также потеряют свой нефтеобразующий потенциал.

Большая часть нефти и газа не найдена в исходной породе. Хотя черные сланцы (нефтеносные сланцы) встречаются, извлечь нефть из такой породы сложно. Однако природа разделяет нефть и газ. В результате уплотнения осадков, содержащих нефть, Нефть и природный газ вытесняются и мигрируют в породу-коллектор.

Энергия для будущего

Сначала мы рассмотрим запасы различных невозобновляемых энергоресурсов.  Обратите внимание, что уран (для ядерной энергетики) и уголь, по-видимому, наиболее многочисленны, в то время как битуминозные пески и сланцы в настоящее время не экономичны. Текущие разведанные запасы нефти, вероятно, закончатся где-то между 2050 и 2150.

В настоящее время мы потребляем нефть в 3 раза быстрее, чем при открытии новых ресурсов. Даже с точки зрения 4000-летней истории человечества, нефтяной век будет очень коротким и продлится всего 150-200 лет.

Запасы угля могут длиться около 300 лет, если мы сможем справиться с сопутствующим загрязнением. Природный газ является более чистым и, вероятно, может длиться еще 200 лет.

Битуминозные пески и сланец потребуют исследований, чтобы найти более эффективный способ добычи, ресурс, но, вероятно, будет необходимо заменить нефть в краткосрочной перспективе.

Отказываясь полностью ископаемое топливо, правда, будет нелегко, по крайней мере в ближайшем будущем. Эти вещества используются не только для получения энергии. Пластмассы и много других продуктов включают ископаемые топлива. Ученые и инженеры должны будут придумать экологически чистые замены для всех этих продуктов, если общество решит отучить себя от своей нынешней зависимости от ископаемого топлива.

Список литературы:

1. ZHANG Yan-chen, YU Zhen-dong, FAN Xue-jun. Research and application of the multi-layer fracturing and flowing back without pulling string technology. Petroleum Exploration and Development, 2006, 33(2): 237-241.
2. LIU Shang-qi, WANG Xiao-chun, GAO Yong-rong, et al. SAGD process with the combination of vertical and horizontal wells in super-heavy oil reservoir. Petroleum Exploration and Development, 2007, 34(2): 234-238.
3. KANG Yi-li, LUO Ping-ya. Current status and prospect of key techniques for exploration and production of tight sandstone gas reservoirs in China. Petroleum Exploration and Development, 2007, 34(2): 239-245.
4. STAIR C D, DAWSON M E P, JACOB S, et al. Intelligent wells: Design and construction. SPE 90215, 2004.
5. POTTERS H, KAPTEIJN P. Reservoir surveillance and smart field. IPTC 11039, 2005.
6. ANDERSON A. Integration of intelligent wells with multi-laterals, sand control, and electric submersible pumps. IPTC 10905, 2005.