Давайте повернемося в нафтогазову державу і порятуємо наших шахтарів

Українські ЗМІ рясніють повідомленнями, аналітичними статтями, коментарями на тему забезпечення держави нафтою і газом. Акцент робиться переважно на питаннях цін держав-постачальників, політичних взаємовідносин з ними, маршрутів транспортування енергоносіїв. Вашій увазі пропонується бесіда із спеціалістом, котрий наполягає на поверненні до традиційного для України способу одержання вуглеводнів — добуванні їх із власних надр. Наш співбесідник — директор інноваційного підприємства «Електробур» кандидат технічних наук Олег КЕКОТ, котрий представив у Львові на ярмарку ідей 8-го Міжнародного ярмарку інвестицій концепцію принципово нового електробура для буріння нафтових і газових свердловин.

— Пане Олеже, на чому ґрунтується ваша думка про можливість забезпечення України власними нафтою і газом? Адже наші надра на сьогодні доволі виснажені...

— Згоден. На глибинах до 3—4 кілометрів. І то не повсюдно. Для прикладу: біля Прилук нещодавно введена в експлуатацію фонтануюча свердловина із середньодобовим дебітом нафти 170—250 тонн і газу 140—250 тисяч кубометрів.

Однак трішки історії. Ще наприкінці 60-х років минулого століття з метою нарощування видобуду нафти і газу в колишній УРСР жорстко ставилось завдання освоєння буріння свердловин до глибин 5000—7000 метрів. На присвяченій цьому питанню республіканській нараді, проведеній під егідою Академії наук УРСР в лютому 1968 року в Києві президент академії Б. Патон наголосив: «Постепенное исчерпание запасов нефти в верхних структурных этажах заставляет все больше увеличивать глубины разведочных скважин. Если в предыдущей пятилетке открывали месторождения нефти и газа на глубинах около 3000 метров, то уже в текущей пятилетке поисковые глубины увеличились до 4000—5000 метров, а в следующей увеличатся до 5000—7000 метров. Поэтому среди важнейших задач, стоящих перед практикой разведки, есть особенно трудная задача — победить все большие и большие глубины, для чего необходимо постоянно улучшать технику и технологию проводки глубоких скважин».

Ця точка зору з ентузіазмом підтримувалась геологами. На цій само нараді академік Г. Доленко, директор Інституту геології і геохімії горючих копалин АН УРСР сказав: «Решение данной проблемы должно осуществляться не столько в геологическом аспекте, сколько в плане совершенствования и развития техники бурения, проводки и испытания буровых скважин. С уверенностью можно заявить, что освоение больших глубин является главной задачей технического прогресса в нефтегазовой промышленности».

Програму буріння взялись активно виконувати. Так, у 1969 році в Прикарпатті була закладена надглибока параметрична свердловина Шевченкове-1 з проектною глибиною 7000 метрів (фактично пробурена до 7520 метрів).

— Але надалі ця програма поступово заглухла і видобуток вуглеводнів в Україні почав знижуватись...

— Так. І для цього була вагома причина. На той час на сході СРСР (головно в Західному Сибіру) були відкриті величезні і легко доступні поклади нафти і газу. Для прикладу: в 1974 році на каспійському півострові Бузачі в Казахстані вдарив нафтовий фонтан із небаченої для кінця XX століття глибини 300 метрів (!). До того ж в СРСР було серйозне відставання в галузі технології буріння (попри те, що завдяки героїчним зусиллям і величезним коштам у Союзі була пробурена рекордна свердловина Кольська-Надглибока, 12262 м). Достатньо нагадати, що вже згадувана свердловина Шевченкове-1 (7520 м) бурилась близько 5 років, а в цей само час рекордна свердловина Берта-Роджерс (9583 м) була пробурена за 502 дні. У цих умовах радянські правлячі кола перекинули основні капіталовкладення на схід СРСР.

Однак із проголошенням незалежності України Тюмень і Уренгой опинились на території іншої держави, а ціна на вуглеводні зросла захмарно. То чому тепер важко почути чесну й водночас кваліфіковану відповідь на запитання: «З якої причини глибоке буріння на території України в 60-х роках минулого століття вважалось економічно виправданим, а сьогодні — ні?».

— Чи є в Україні люди, близькі до владних структур, котрі відстоювали б збільшення видобутку власних вуглеводнів?

— Звичайно є. Наприклад, відомий економіст Володимир Лановий. Однак опонентів чомусь значно більше і, як на мене, більшою є їхня вага під час прийняття рішень. На їхньому боці інерція мислення і дії. Після одного з виступів В. Ланового директор енергетичних програм Центру Разумкова Володимир Саприкін заявив: «...треба розуміти, що, навіть якщо видобуток почати негайно, завтра нафта не з’явиться. Тому, як на мене, Лановий не до кінця продумав свій виступ. Уряду потрібно шукати більш реалістичні й короткотермінові способи владнання ситуації з нафтотрейдерами». День «завтра» з цього часу багаторазово повторивсь, щораз краще видно, куди ведуть «короткотермінові способи», а фразеологія залишилась та сама.

— Пане Олеже, ви, очевидно, неспроста зосередились на бурінні глибоких і надглибоких свердловин. На ярмарку ідей ви представляли новий електробур...

— Так, йдеться про принципово новий електробур, котрий працює на постійному струмі. З його допомогою можна збільшити продуктивність буріння нафтових і газових свердловин удвічі-втричі порівняно з найкращими світовими технологіями і до 10 разів порівняно з тими технологіями, котрі реально маємо в Україні.

— На чому базуються ваші передбачення?

— Задекларований результат буде одержано переважно за рахунок двох чинників. Чинник перший. Новий електробур є єдиним адекватним засобом для обертання у свердловині високоресурсних алмазних бурових доліт, створення яких було, поза сумнівом, найвидатнішим досягненням бурової техніки XX століття. Найбільш перспективним видом цих доліт є так звані імпрегновані долота, котрі являють собою високонадійну конструкцію із композитного матеріалу на основі карбіду вольфраму із вкрапленими в його об’єм дрібними алмазами. Їхнє застосування дає змогу збільшити проходку на одне долото у твердих породах до 500—600 метрів (у 20 разів порівняно з традиційними шарошковими долотами). Однак ці долота потрібно обертати у вибої свердловини з високою частотою за помірного обертального моменту. Висока продуктивність буріння досягається за високої потужності на долоті за умови прецизійного регулювання обертального моменту на долоті. Долотною фірмою DBS у лабораторних умовах, коли можна забезпечити будь-який режим, одержана фантастична величина механічної швидкості буріння в твердих породах цими долотами — до 65 метрів на годину. Водночас жоден із наявних методів буріння (роторне буріння, коли з поверхні обертається вся колона бурильних труб, буріння з вибійними гідравлічними двигунами, буріння з електробуром змінного струму) не може забезпечити в умовах свердловини перелічених режимів обертання сучасних імпрегнованих алмазних доліт. Новий електробур це може.

У новому електробурі вперше реалізовано принципові переваги електричного способу передавання енергії стосовно процесу буріння (це другий із згаданих чинників). За однакової максимальної напруги, що діє на ізоляцію струмопідводу, однакової потужності на долоті й однакової кількості міді струмопідводу втрати електричної енергії у випадку електробура постійного струму становлять лише 4—10 відсотків порівняно з електробуром змінного струму.

— Але ж із шкільного підручника фізики всі ми знаємо, що втрати енергії в електричному провіднику пов’язані з поперечним перерізом цього провідника. Опір провідника є обернено пропорційний площі його поперечного перерізу. Звідки таке значне зниження втрат?

— Є декілька причин. Зупинимось на двох із них. Хоч би як дивно це звучало для людини-неелектротехніка, але під час використання сталевої бурильної труби як елемента струмопідводу змінний струм частотою 50 герців проходить лише в межах міліметрового поверхневого шару труби, а постійний струм — через весь переріз труби з товщиною стінки 10—15 міліметрів. Під час передачі енергії на змінному струмі через струмопідвід проходить не лише корисна енергія, а й так звана реактивна енергія, котра не перетворюється на механічну енергію обертання долота, й у випадку електробура змінного струму ця енергія, на нещастя, перевершує за величиною корисну енергію обертання долота. Унаслідок для нового електробура (електробура постійного струму) діаметром 190 міліметрів номінальна потужність на долоті становить 360 кіловатів. Для наявних вибійних двигунів-конкурентів за тих само розмірів (як для електробура змінного струму, так і для гідравлічних двигунів) вона не перевищує 200 кіловатів.

Ще одне. У випадку електробура змінного струму із трифазним двигуном користуються двопровідним струмопідводом за системою «два проводи—труба», а у випадку електробура постійного струму струмопідвід є однопровідним за системою «один провід—труба», що радикально підвищує надійність всієї системи.

— Добре. Але ж із того ж підручника відомо, що електричний двигун постійного струму має щітки, які ковзають по колектору. Чи зможе такий двигун працювати в умовах вибою свердловини, тим паче що якось ви казали, що електробур заповнюється рідиною — трансформаторною олією?

— Отут ми підійшли до основної технічної суті нового електробура. Річ у тім, що звичайний колекторний двигун постійного струму потужністю 360 кіловатів за потрібного для електробура співвідношення розмірів (діаметр 190 мм і довжина близько 

6 м) не зміг би працювати не лише у вибої в рідинному середовищі, а й навіть у тепличних умовах лабораторії. Мною створено особливий тип безколекторного двигуна постійного струму, що є найближчим безколекторним аналогом звичайного колекторного двигуна. 3а 40 років праці над удосконаленням цього двигуна випробувано низку достатньо потужних лабораторних і промислових зразків. Гранична простота схеми і конструкції двигуна є гарантією його промислової придатності.

Я не можу обминути проблеми збільшення температури в міру заглиблення в надра Землі. За звичайної конструкції струмопідводу (кабель по центру бурильної труби) електробур постійного струму, як і електробур змінного струму, може працювати до глибини приблизно 5000 метрів. І тут проявляється чергова перевага нового електробура. Розроблено нову конструкцію однопровідного струмопідводу, за якої провідник кільцеподібного поперечного перерізу розміщується по внутрішньому периметру бурильної труби, а електрична ізоляція провідника при цьому за сумісництвом виконує роль теплової ізоляції для захисту промивної рідини (глинистого розчину) від підігріву. Розраховано, що в цьому разі новий електробур буде працювати до глибини 10 кілометрів, зберігаючи всі свої переваги, з реальною перспективою вдосконалення теплоізоляційних властивостей струмопідводу для буріння до недосяжної на сьогодні глибини 15 кілометрів. Власне, на таку глибину була початково запроектована славнозвісна свердловина Кольська-Надглибока, котра після двадцятирічної (!) праці великого колективу була вимушена зупинитись на глибині трохи більш як 12 кілометрів.

Ще одне уточнення. Твердження про збільшення продуктивності буріння новим електробуром удвічі-втричі порівняно з найкращими світовими технологіями не є наслідком якихось інтуїтивних оцінок, а результат доволі точного кількісного обґрунтування, що базується на зібраному експериментальному матеріалі.

— Чи є в Україні достатня промислова база для реалізації вашого проекту?

— Є. Більше того, в Україні розташовується чи не єдине у світі підприємство, котре серійно випускає електробури, — харківське ВАТ «Завод «Потенціал». Крім нього, до роботи може бути залучено запорізький завод «Елемент-Перетворювач», Харківський електромеханічний завод (ХЕМЗ) та інші.

— Чи є експертні оцінки нового електробура?

— Робота доповідалась у ключових організаціях України, що мають стосунок до цієї проблематики: це вже згадуваний завод «Потенціал», Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, харківський інститут УкрНДІГаз. Зауважу, що наявні позитивні відгуки від цих організацій не є наслідком якогось лобіювання, а, радше, результатом гострих дискусій. Робота в процесі свого розвитку не раз доповідалась на наукових семінарах у Львівському політехнічному інституті, де постійно одержувала позитивні оцінки, що засвідчено відповідними протоколами.

— Питання забезпечення країни нафтою і газом є, безперечно, питанням значної державної ваги. Чи звертались ви до яких-небудь державних структур?

— Список цих структур такий довгий, що я обмежуся лише деякими із них: НАК «Нафтогаз України», Державне агентство України з інвестицій та інновацій, Міністерство палива і енергетики, Міністерство вугільної промисловості та інші. Результат — повна відсутність позитивної реакції.

— Я не зовсім розумію, який стосунок має до вашої розробки Міністерство вугільної промисловості...

— Річ у тім, що розв’язання проблеми метанової небезпеки на вугільних шахтах не може бути здійснено без попередньої дегазації вугільних пластів шляхом буріння з поверхні похилено-спрямованих свердловин із завершальною горизонтальною ділянкою у вугільному пласті. Власне, буріння з поверхні землі дегазаційних свердловин є основним засобом боротьби з метановою небезпекою у розвинених країнах.

Періодичні жахливі нещасні випадки на українських шахтах — не єдине зло від газу, що міститься у вугільних пластах у стисненому стані в кількості кількох десятків кубічних метрів на кожну тонну вугілля. Кожен рік системи вентиляції українських шахт викидають в атмосферу майже два мільярди кубометрів метану, що входить в явний конфлікт із зобов’язаннями за Кіотським протоколом. Вартість втраченого палива можна підрахувати за поточними газовими розрахунками з Росією. У міру підвищення інтенсивності вуглевидобутку і переходу на щораз глибші горизонти швидко зростає кількість повітря, необхідного для розчинення виділюваного метану до безпечних концентрацій. Міркування забезпечення вентиляції призводять до багатократного збільшення поперечних перерізів підземних шляхів транспортування повітря і стають визначальними щодо величини капітальних вкладень на будівництво шахт.

Трагічність ситуації полягає ще й у тому, що навіть найбільш досконала і дорога система вентиляції не може сама по собі гарантувати від вибухів метану. Вона не може убезпечити від раптових викидів вугілля і газу, які періодично стаються внаслідок певних збігів обставин.

У США видобуток газу з вугільних пластів становить близько 7 відсотків від загального видобутку газу в країні. Більше того, там вугільний метан добувають не лише з огляду на безпеку в шахтах, а... також із будь-яких вугільних пластів. У них навіть опубліковано білу книгу зі спірних юридичних питань власності на газові поклади вугільних пластів покинутих шахт.

Дивує відсутність ясності в матеріалах ЗМІ на тему нещасть в українських шахтах. Кажуть про якісь «невідомі науці явища»... Порадив би таким авторам звернутись до праць академіка Олександра Скочинського. Простудіюйте хоча б працю колективу вчених під керівництвом Скочинського «Метан в угольных пластах». Прочитайте хоча б сторінки 244—246 із цієї книжки. Оскільки я навіть у це слабо вірю, то коротко переповім описаний там один із можливих сценаріїв збігу обставин, що призводять до раптових викидів вугілля і газу: високий тиск газу в масиві, мала газопроникність вугілля у привибійній зоні й раптове утворення великої поперечної тріщини, паралельної до поверхні вибою. Утворення таких тріщин може відбуватись під тиском гірських порід у привибійній зоні як наслідок порушення рівноваги сил у вугільному пласті.

Із описаної картини випливають доцільні напрями впливу на вугільний пласт: 1) якомога глибше попереднє звільнення пласта від газу без залучення до процесу внутрішахтного простору; 2) збільшення в процесі дегазації вугільного пласта його газопроникності й доведення цієї газопроникності до певного ступеня однорідності. У своєму наслідку це означає різке зниження газовиділення під час видобутку вугілля і прогнозовану поведінку вугільного пласта.

Зазначеного стану речей можна досягнути за рахунок попереднього буріння з поверхні достатньо густої мережі похилено-спрямованих свердловин вздовж вугільного пласта з наступним гідророзривом пласта й утилізацією метану. Власне, така технологія, як я вже згадував, широко використовується в розвинених країнах, де кількість смертей шахтарів у розрахунку на один мільйон тонн видобутого вугілля у триста разів (!) нижча, ніж на шахті імені Засядька, і у сто разів нижча, ніж в середньому в Україні.

Необхідно визнати, що потрібна для дегазації пласта мережа свердловин може бути достатньо густою, а вимоги до продуктивності буріння відповідно достатньо високими. Потрібну продуктивність буріння може забезпечити новий електробур. При його використанні в комплекті з мобільними буровими установками (відсутність витрат часу на вишкомонтаж) продуктивність буріння може зрости приблизно у двадцять разів порівняно із звичним для України рівнем. Залишається зауважити, що новий електробур за своєю технічною суттю ідеально підходить для буріння похилено-спрямованих свердловин.

— Повернімось до вашого винаходу. Чи захищений він патентом?

— Так. Власником патенту є засновники інноваційного підприємства «Електробур», в тому числі і ваш покірний слуга. Одержано також патент Росії за міжнародною патентною заявкою за версією РСТ. Про ширше одержання патентів у різних країнах довелось забути через банальну відсутність коштів...

— Чи не означає це, що в більшості країн вашу патентну заявку можна безкарно використовувати?

— Звісно. Цікаво, що, наприклад, на веб-сайті мексиканського інституту промислової власності ця патентна заявка опублікована під промовистою рубрикою «Технології, придатні для вільного використання».

— Отже, можливе повернення вашого винаходу в Україну в мексиканському виконанні?

— Не хотілось би.

— Які кошти потрібні для впровадження вашого винаходу?

— Три з половиною мільйони євро, щоб через два роки привезти на бурову експериментальний комплекс для промислового буріння новим електробуром діаметром 190 міліметрів. Гадаю, що ефект від цієї інвестиції з часом міг би стати більший, ніж від деяких інвестицій в нафтогазову сферу, що вимірюються в мільярдах євро.