Εντοπισμός, εξόρυξη και μεταφορά πετρελαίου & φυσικού αερίου

Κωνσταντίνος Χατζηστάσου, PhD

Ερευνητικός Συνεργάτης, Ερευνητικό Κέντρο ΚΟΙΟΣ, Πανεπιστήμιο Κύπρου

Energy Engineer, Energy Sequel

Σεπτέμβρης 2013

Σύνοψη

Κύκλος ζωής πεδίων Π&ΦΑ

Ερευνητική φάση: Πρόσβαση. Έρευνα: Γεωλογικές επισκοπήσεις, Γεωφυσικές επισκοπήσεις. Γεωτρήσεις.

Φάση αξιολόγησης – Δοκιμές παραγωγής Υ/Α

Φάση ανάπτυξης πεδίων Υ/Α

Φάση παραγωγής Υ/Α

Εγκατάλειψη πεδίων Υ/Α

Ειδικά θέματα

2

Κύκλος ζωής πεδίων Π&ΦΑ

Τα χρονοδιαγράμματα πεδίων στεριάς & θάλασσας δεν διαφέρουν σημαντικά

Οι αναπτύξεις σε υπέρ-βαθειά νερά είναι δαπανηρές

3

Ερευνητική [3-4 χρ]

Αξιολόγησης [1-3 χρ]

Ανάπτυξης [2-4 χρ]

Παραγωγής [20-30 χρ]

Εγκατάλειψης [2-3 χρ]

Φάσεις

-Πρόσβαση-Ερεύνα: Γεωλογικές & Γεωφυσικές επισκοπήσεις-Εξερευνητικές γεωτρήσεις

43 521

1. Αποκτώντας πρόσβαση για εξερεύνηση

Αξιολόγηση τεχνικών, οικονομικών, πολιτικών, κοινωνικών& περιβαλλοντικών πτυχών

“Scouting” studies μελετούν τις προοπτικές & προκλήσεις Πολιτικά & οικονομικά: σταθερότητα, κρατικοποιήσεις, εμπάργκο, φορολογικό καθεστώς, κόστος, αξιοπιστία

Κοινωνικά: εκπαιδευμένο προσωπικό, ενσωμάτωση, εκπαίδευση ντόπιων

Περιβαλλοντικά: επίπεδο, ευαισθησίες, κίνδυνοι, κόστος Γύρος αδειοδότησης ή ιδιωτική συμφωνία ΗΒ: 27ος, Νορβηγία: 22ος, Βραζιλία: 11ος γύρος

4

1. Ερεύνα

Ίσως το πιο ριψοκίνδυνο (οικονομικά) κομμάτι Παλαιότερα ο εντοπισμός Π καθοδηγείτο από “seeps” Τα σούπερ-γιγαντιαία πεδία (>5 δις β.) έχουν εντοπιστεί Σήμερα: μικρότερα & πιο περίπλοκα πεδία Σεισμικές έρευνες έφεραν επανάσταση στην βιομηχ. Π&ΦΑ

5

Κύκλος ζωής & cash flow ενός πεδίου Υ/Α6

Τεχνικές εξερεύνησης

Γεωλογικές επισκοπήσεις (geologic surveys) Τύποι γεωφυσικές επισκοπήσεις: Επισκοπήσεις βαρύτητας Μαγνητικές επισκοπήσεις Remote sensing Σεισμικές επισκοπήσεις

Εξερευνητικές γεωτρήσεις

7

Thumbing truck

1(α). Γεωλογικές επισκοπήσεις

Παλαιότερη μέθοδος εντοπισμού Π&ΦΑ Μελέτη της γεωλογίας επιφάνειας, formation outcrops Δείγματα πετρωμάτων Συνδυασμός γεωλογικών δεδομένων-μοντέλων Αναζήτηση οργανικής ύλης Αποτελέσματα δεν είναι αδιάψευστα Χαμηλές πιθανότητες εντοπισμού Υ/Α

8

1(β). Επισκοπήσεις βαρύτητας

Πιο φθηνή μέθοδος από τις γεωφυσικές επισκοπήσεις Χρήση βαρυμέτρου (gravity meter) Εντοπισμός ανεπαίσθητων διαφορών βαρύτητας Μπορούν να εντοπίσουν την ύπαρξη θόλων αλατιού &αντίκλινου δομής

9

1(β). Μαγνητικές επισκοπήσεις

Μέτρηση μαγνητικής έλξης με τη χρήση μαγνητόμετρου Μπορεί να διαχωρίσει τα ηφαιστιογενή από τα πετρώματα Π&ΦΑ (μικρότερη έλξη)

10

1(β). Remote sensing

Πρόσφατη τεχνολογία Χρησιμοποιεί IR, heat sensitive colour photography Εντοπίζει ορυκτά καύσιμα, νερό, ρήγματα Αισθητήρια συσκευή σε δορυφόρο Δημιουργία χαρτών

11

1(β)Υπεράκτιες σεισμικές επισκοπήσεις (seismic surveys)

H πιο διαδεδομένη μέθοδος εξερεύνησης Ακριβής εντοπισμός παγίδων Ψηλή ευκρίνεια Μεγάλη διείσδυση (βάθος) Μείωση άστοχων πηγαδιών

Υπεράκτια σεισμικά Air guns (ηχητικά κύματα)- 140bar Υδρόφωνα (καταγραφή) – πλέγμα

2-D, 3D, & 4-D

12

3-D Σεισμικές απεικονίσεις13

2D vs. 3D Σεισμικές επισκοπήσεις14

Πηγή: Νικολάου Κ.

Εξερευνητικές γεωτρήσεις

Σχεδιάζονται με βάση γεωλογικών & σεισμικών στοιχείων Δαπανηρή επένδυση Δεν υπάρχει αντικαταστατό των γεωτρήσεων Wildcat well: ορύσσεται βάση ελλιπών δεδομένων Overdesigned για σκοπούς ασφάλειας Πυρήνες πετρωμάτων για χημικές αναλύσεις Διαγραφίες: electricity, radioactivity, & acoustic logs Στοιχεία: πιέσεις, θερμοκρασίες, διαπερατότητα, πορώδες, ύπαρξη Π&/ΦΑ, κορεσμός υγρών, …

15

Περιστροφικό χερσαίο γεωτρύπανο16

1. Πύργος (derrick)2. Κινητήρες (engines)3. Βαρούλκο (draw works)4. Αντλίες λάσπης (mud pump)5. Σταθερό σύστημα τροχαλιών (crown block)6. Κινητό σύστημα τροχαλιών (travelling block)7. Άγκιστρο (hook)8. Περιστρεπτός τροφοδότης (swivel)9. 4/γωνικό ή 6/γωνικό στέλεχος (kelly)10. Περιστροφική τράπεζα (rotary table)11. Αποτροπέας εκρήξεων (blowout preventer)12. Διατρητικά στελέχη (drill pipes)13. Αντίβαρα (drill collars)14. Κοπτικό άκρο (bit)15. Τσιμεντωμένη σωλήνωση (cemented casing)16. Κόσκινο καθαρισμού λάσπης (shale shaker)17. Δεξαμενές λάσπης (mud tanks)18. Στήριγμα 3 διαδοχικών διατρητικών στελεχών

(stand of 3 joints of pipe)19. Μικρή οπή στήριξης kelly

(‘rathole’ where kelly is kept during tripping)20. Λεπτομέρεια περιστροφικής τράπεζας

(close-up of rotary table)

Πηγή: Σταματάκη Σ.

«Τηλεσκοπική» γεώτρηση17

Πηγή: Σταματάκη Σ.

Γεωτρητικές εξέδρες, πλοία & εγκαταστάσεις παραγωγής Υ/Α

18

km

Υποθαλάσσια γεώτρηση

Συνήθως κλάδοι αγκύρωσης της πλατφόρμας

Δυναμικά συστήματα σταθεροποίησης

Χρήση εύκαμπτων αγωγών Ο αποτροπέας εκρήξεων προστατεύει από εκτινάξεις

Ανάλογα με το βάθος το κόστος ανά πηγάδι ≈$120 εκ

19

Πηγή: Σταματάκη Σ.

Floating, Production, Storage, Offloading (FPSO)

Παραγωγή, επεξεργασία Υ/Α και αποθήκευση πετρελαίου Αποφεύγεται η ανάγκη αγωγών Περίπου 200 σύνολο από το 1977 Επιπλέον LPG FPSO, εν πλω διαχωρισμός C3H8, C4H10

Απομακρυσμένα, “stranded” πεδία Ανακύκλωση Δοκιμασμένη τεχνολογία

20

Υπεράκτιες εξερευνητικές & παραγωγής 21

Γεωτρητικές πλατφόρμες: χρήση & κόστος 22

2. Φάση αξιολόγησης (Appraisal)

Προσδιορίσει με ακρίβεια την ποσότητα ενός πεδίου Μετατροπή μια ποσότητας Υ/Α σε εγνωσμένο απόθεμα Κατόπιν πιστοποίησης κηρύσσεται η εμπορικότητα του πεδίου (declaration of commerciality)

Περιορισμός αβεβαιότητας: ρήγματα, κλπ Περιχαράκωση ενός πεδίου Στοιχεία: σύνθεση Υ/Α, πορώδες, διαπερατότητα, πιέσεις, θερμοκρασίες, …

Πληροφορίες για δοκιμές παραγωγής (production test)

23

3. Ανάπτυξη πεδίου Υ/Α (Development)

Βάση της μελέτης σκοπιμότητας εκπονείτε το πρόγραμμα ανάπτυξης (field development plan, FDP)

Το FDP συγκεκριμενοποιεί τις υποδομές ταμιευτήρα & επιφάνειας και συμπεριλαμβάνει: Στόχους ανάπτυξης Μηχανικά/γεωλογικά χαρακτηριστικά αποθέματος Μηχανικές εγκαταστάσεις Προγραμματισμός έργου Οικονομικά στοιχεία

Κατόπιν έγκρισης του FDP: Λεπτομερείς σχεδιασμός υποδομών Προμήθεια, κατασκευή, εγκατάσταση, λειτουργία εξοπλισμού & υποδομών

24

Η ζωή στα −1,600m κάτω από την επιφάνεια25

Πεδίο Αφροδίτη

Υπεράκτιες αναπτύξεις

Εξαρτάται από το βάθος νερού: σταθερά θεμέλια ή πλωτή εγκατάσταση ή υποθαλάσσια υποδομή

Υποθαλάσσια αρχιτεκτονική – wet or dry wellheads Υποθαλάσσια συμπίεση Αγωγοί μεταφοράς Υ/Α Συντήρηση με χρήση ROV

26

Υπεράκτιοι αγωγοί

Επισκοπήσεις βυθού – βαθυμετρία πυθμένα Η διάμετρος του αγωγού ορίζεται από το βάθος νερού Πώς ένας αγωγός διασχίζει ένα ρήγμα; Υλικό: high tensile steel, πάχος μέχρι 3’’ (7.6cm) NDT εν πλω. Περισσότερη καταπόνηση: πόντιση. Συνήθως ποντίζεται σε αυλάκι και καλύπτεται Συντήρηση με smart pig χωρίς διακοπή λειτουργίας Pigs: διάβρωση, πάχος, ρωγμές, συγκολλήσεις, Πιέσεις αερίου: 200 bar

27

Γεω-κινδύνοι (Geohazards)28

Πηγή: Dean ETR (2010) Offshore Geotechnical Engineering Thomas Tel.

4. Παραγωγή Υ/Α (Production)

Αρχίζει με τη ροή του πρώτου Π ή ΦΑ (first oil or gas) Έναρξη εσόδων (cash flow) Η παραγωγή Υ/Α βασίζεται στο αναμενόμενο προφίλ παραγωγής

Οι υποδομές λαμβάνουν υπόψη το προφίλ

29

Μεταφορά πετρελαίου

2 τύποι: δεξαμενόπλοια (γκαζάδικο) [crude] +προϊόντων Αξιοποιούν τις οικονομίες κλίμακας 76% αργό, 24% προϊόντα (2006): 34% του θαλάσσιου εμπ. 2ο πιο αποδοτικό μέσο μεταφοράς, 2-3¢/γαλόνι (ΗΠΑ) Μεταφέρουν 2,000,000,000 τόνους/έτος Γάστρα διπλού τοιχώματος & πυθμένα (ΔΝΟ 2010) VLCC & ULLCs > 200,000 t (d/weight)

30

Μεταφορά ΥΦΑ

Υγραεριοφόρα πλοία τύπου LNG Εν πλω υγροποίηση (boil off liquefaction) 15-20 έτη συμβόλαια Το ΥΦΑ μεταφέρεται σε ατμ. πίεση & θερμ. –161˚C Ανάγκη σταθμού αεριοποίησης Q-max: 266,000 m3 (Κατάρ)

31

Πλοία υγροποιημένου ΦΑ (ΥΦΑ)

3 τύποι πλοίων: Πρισματικού (prismatic design) Σφαιρικού (spherical design) Μεμβράνη (Membrane design)

Υλικά: αλουμίνιο, ξύλο βάλσα, stainless steel, πολυουρεθάνη Προηγμένα συστήματα προστασίας διαρροής

32

Εισαγωγή ΥΦΑ: Floating Storage & regas unit (FSRU)

33

Floating Power Generation Plant (FPGP)34

Πηγή: Golar

Energy Bridge Regas Vessel (EBRVTM) 35

Πηγή: Excelerate

Πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα RVs

Θετικά: Εναλλακτική στο χερσαίο σταθμό αποϋγροποίησης Δεν καταλαμβάνει χώρο στη στεριά Ασφάλεια (άλλων) χερσαίων υποδομών Ενδιάμεση «λύση» πριν την έλευση του κυπριακού ΦΑ

Προκλήσεις: Προσωρινή επιλογή για ~5 χρόνια Μεγάλο κόστος ανάκτησης επένδυσης Όροι συμβολαίου Μειωμένος όγκος ΦΑ λόγω περιορισμένης ζήτησης ηλεκτρισμού

36

Μεταφορά συμπιεσμένου φυσικού αερίου

Μεταφορά σε αέρια μορφή. Πίεση ~200 bar, όγκος: 200:1 Δεν έχει κατασκευαστεί ακόμα τέτοιο πλοίο Ελκυστική λύση για κοντινές αποστάσεις Χρήση σύνθετων υλικών (composite materials)

37

5. Εγκατάλειψη (Decommissioning)

Όταν τα έσοδα < λειτουργικά έξοδα (+ royalties) Συνήθως εξαντλούνται όλα τα περιθώρια κέρδους Χρήση εγκαταστάσεων για κοντινά πεδία Περιβαλλοντικό αποτύπωμα Ανακύκλωση εξοπλισμού και εγκαταστάσεων Ενδεχόμενο δημιουργία τεχνιτών υφάλων Υπεράκτια εγκατάλειψη συνήθως είναι δαπανηρή

38

Ειδικά θέματα

39

Τεχνολογικά άλματα στην ανεύρεση & παραγωγή Υ/Α40

1. Κατευθυνόμενες γεωτρήσεις (directional drilling)

2. Υδραυλική ρωγμάτωση (hydraulic fracking)

1. Κατευθυνόμενες γεωτρήσεις (directional drilling)

41

Τελευταία 20 χρόνια αλματώδη αύξηση των ΚΓ Λόγοι ανάπτυξης: Αύξηση παραγωγικότητας και ποσότητας απόληψης Χαμηλότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα, min. απόσταση Πρόσβαση σε απρόσιτα κοιτάσματα: παράκτια κοιτάσματα από ξηρά

Επιτυγχάνεται με συστήματα οδήγησης του κοπτικού άκρου

Πηγή: Vaclav (2008) Oil

Κατευθυνόμενες Γεωτρήσεις (2)

Τεχνολογικές εξελίξεις: Χρήση νέων υλικών, π.χ. διατρητικά στελέχη από αλουμίνιο Πολυκρυσταλλικά συμπαγή αδαμαντοτρύπανα (PDC) Συστήματα εκτέλεσης μετρήσεων κατά τη γεώτρηση (MWD):

Ταχύτητα περιστροφής γεώτρησης

Κινητήρες πυθμένα

42

Πολλαπλές Γεωτρήσεις (Multi-well drilling)

Ανάπτυξη κοιτάσματος στη Β. Θάλασσα43

Κοίτασμα πετρελαίου στη Β. Θάλασσα

Ταμιευτήρας πετρελαίου

2. Υδραυλική ρωγμάτωση (hydraulic fracking)

Διαδικασία αύξησης διαπερατότητας

44

Πηγή: Pop. Science

Σχιστολιθικό πέτρωμα

Υδραυλική ρωγμάτωση (2)

Εξόρυξη σχιστολιθικού αερίου (shale gas) Υδραυλικό υγρό: 98-99.5% νερό & άμμος Πίεση υδρ. υγρού: 650 bars Αναπτύχθηκε από μικρές εταιρείες (service comps) Μορατόριουμ σε Γαλλία & Ν. Αφρική

45

37,104 πηγάδια. Πηγή: www.fracfocus.org

Εκτιμήσεις ποσοτήτων σχιστολιθικού Π&ΦΑ46

Πηγή: EIA (2013) Technically Recoverable Shale Oil & Shale Gas Resources

Σας ευχαριστούμε!

Στοιχεία επικοινωνίας: Κωνσταντίνος Χατζηστάσου, PhDE-mail: energysequel@gmail.com

Τηλ.: 96-276761Ιστοσελίδα: www.energysequel.com

47