Ropa včera, dnes a …

Shodou okolností při návštěvě čelákovické firmy CZ. Tech (viz reportáž v MM Průmyslovém spektru 3/2010) jsme se v diskusích dostali na problematiku technologie hlubinných vrtů. Pro složité obrábění těchto vrtacích hlavic právě čelákovičtí inženýři pro volgaburmašského zákazníka navrhovali soustružnická centra a technologii pak dodával pan Zakrepa se svým kolektivem. Zúročil zde několikaleté zkušenosti se svého pobytu na Urale, poloostrově Jamall a v dalších oblastech tehdejšího Sovětského svazu při přípravných procesech těžby ropy. To bylo důvodem, proč jsem pana Zakrepu následně navštívil a požádal o vzpomínky na autentické zážitky a zkušenosti z této profese

Po absolvování stavební vysoké školy strávil Valerij Zakrepa deset let na stavbách počínaje realizacemi vrtů přes těžbu ropy a její zpracování až po následnou distribuci. Ložiska ropy jsou lehká nebo těžká dle specifikace úložiště. „Na Urale, kde jsem především působil," uvádí, „ jsou ložiska s malou rozlohou. Sověti svými technologiemi byli schopni vytěžit pouze 25 % z konkrétního naleziště ložiska ropy, Američané naopak na 75 %. Technika těžby je shodná, rozdíl byl ve schopnostech následné separace ropy z písčité půdy, kde jsme za Američany velmi zaostávali." Vrstva hlíny totálně uzavírá jednotlivé sedimenty ropných nalezišť. Její tloušťka a složení jsou závislé na lokalitě. Například v Baku je toto podloží složeno z porézní písčité a křemičité horniny, o relativně malých hloubkách do 100 metrů, a jak se říká, stačí do země zapíchnout lopatu a ropa stříká na povrch. Lokalita naleziště ropy a její kvalita na sobě přímo nezávisí. „Sovětský svaz na Uralu v části Tatarstánu těžil na 100 milionů tun ropy ročně (pro srovnání - nyní se v celém Rusku ročně těží na 150 mil. tun, pozn. redakce), což představovalo pětinu celé roční těžby tehdejšího Sovětského svazu. Existovala tučná naleziště ropy o průměru 15 až 20 km, nyní se těží na ložiskách o průměru 0,5 až 1 km." Je velmi složité najít naleziště ropy. V prvním kroku se vychází z lokality po geologické stránce. Například v Českém středohoří ve skalnatém podloží budeme ložiska těžko hledat, ale na jihu Moravy se pravděpodobnost zvyšuje díky kotlině složené z mohutné vrstvy usazenin vzniklé v prehistorické době, která se táhne směrem k Rumunsku, kde naleziště ropy jsou. Ropa se často nalézá právě v propadlých částech zemské kůry, kde se vyskytují usazené horniny. Z tohoto pohledu je například západní Sibiř perspektivnější než východní skalnatá část. Těžba je přímo úměrná aktuální ceně ropy na trhu. Pokud cena roste, těží se i na méně zajímavých ložiscích. Nepsanou pomyslnou hranicí určité rentability těžby ropy je její cena 70 USD za barel, avšak je třeba vzít v úvahu, že pokud i teoreticky klesne cena na 10 dolarů, pak stále zůstává na Zemi několik lokalit, kde se těžba i při této ceně bude rentovat a bude mít smysl v těžbě pokračovat. Druhým krokem je pak geofyzický průzkum. Jedná se o menší vrty do cca 100 metrů hloubky, kam se umístí výbušnina. Následky exploze v podobě zvukových ozvěn se vyhodnocují a dávají informaci nejen o existenci a velikosti jednotlivých ložisek ropy, ale poskytují desítky dalších důležitých údajů o zkoumané lokalitě.

Trudnaja žizň

Proces provádění vrtů je velmi složitý a finančně náročný. Zejména v současné době, kdy jsou k dispozici již pouze „chudá" ložiska a musí se jít v náročném terénu do větších hloubek. Pro hlubinné vrty je nutné stavět složité konstrukce - tzv. vrtné věže. „Na dvacet pásových traktorů přemísťovalo složitým terénem ropnou věž ve vertikální poloze na obrovském systému pásových podvozků, tehdy ještě bez rádiového spojení - pouze na povel praporčíka - se udržoval směr a napnutí lan ukotvených v předních tažných zařízeních buldozerů. Bylo třeba přemísťovat obrovský arzenál doprovodné techniky - od elektrických agregátů přes těžařskou techniku a vrtací komponenty až po technická a ubytovací zázemí," vzpomíná Valerij Zakrepa.

Vrty nejsou dnes převážně kolmého tvaru, ale z jednoho ústí je paprskovitě prostorově vyhotoveno až deset či více vrtů (v závislosti na daném projektu) vedených podložím. Vrtací hlavice obsahuje korunku, která je osazena buď pouze tzv. šaroškou a nebo i prvkem nazvaným turbobur, za který se stavebnicovým způsobem postupně nasazují trubkové díly tvořící vrtnou kolonu. V ní je přiváděn roztok speciálních kaolínových hlín o tlaku až 200 barů, který vrtací korunku roztáčí a zároveň v meziprostoru vynáší zpět odvrtanou horninu. Životnost ruských vrtacích hlavic je v průměru přibližně 500 metrů vrtané délky v závislosti na celé řadě aspektů - americké hlavice dosahují dvojnásobné životnosti. Proces výměny hlavice je velmi časově a tudíž i finančně náročný. Po jejím poškození je třeba postupně vyjmout celou délku vrtací kolony, hlavici vyměnit, vpustit do otvoru společně s odváděcím potrubím a vrtat dále. Po dalších třeba 500 odvrtaných metrech je třeba toto opět opakovat. Ono totiž nejde ani tak o cenu hlavice jako takové, ale zejména o ztrátový čas a vícepráce spojené s výměnou z hloubky 5 kilometrů. Odvrtaná a následně odčerpaná hornina se na zemském povrchu separuje a získaný kaolínový roztok obohacený o nový se opět vrací do vrtného procesu.

„Při vrtání jdete do obrovského rizika. Ložiska ropy jsou obklopena plynem o tlaku až 800 barů. Když ho navrtáte a ten vystřelí vrtací hlavici zpět, nastávají obrovské problémy. Proto je nutné vrtací hlavici a celý vrt protitlakem speciálního vrtného roztoku kompenzovat," říká Valerij Zakrepa. Obslužný personál musí bedlivě hlídat přicházející roztok zeminy v ústí vrtu a dle jeho vzhledové změny s příměsí ropy, plynu a jiných složek okamžitě změnit objemovou váhu roztoku tak, aby odolal vzniklému tlaku při proražení ropného plastu. Vše je totiž založeno na výšce sloupce vrtného roztoku a jeho objemové hmotnosti. Pokud však tlak plynů je větší než atmosférický tlak vyvolaný výškou sloupce roztoku, je právě třeba měnit jeho hustotu a tím odolat většímu tlaku. Další pojistkou proti vystřelení vrtné kolony je tzv. preventor - armatura, která je umístěna těsně nad ústí vrtu a při možné havárii zafixuje a uzavře vrtný systém. Při selhání preventoru existuje možnost použití střižníku, který hydraulikou přestřihne vrtnou kolonu - ta spadne do vrtu, čímž systém armatur vrt uzavře a havárie je zažehnána. „Jinak stačí, aby přeskočila jiskra, a vrt začne hořet. Efektivním způsobem uhašení požáru vrtu je příčně ho navrtat a následnou explozí zavalit, zamezit přístupu vzduchu, a tím uhasit," uvádí pan Zakrepa, který se naštěstí s touto událostí ve své praxi přímo nesetkal.

Kdysi existovaly lokality, kde ropa přirozeně vyvěrala na zemský povrch. Nyní se získává pomocí vrtů. Většinou je v nalezišti společně s ropou přítomen zemní plyn, který zajišťuje potřebný tlak, a tak může ropa samovolně vytékat. To se nazývá primární způsob těžby. V závislosti na použití dané technologie lze takto získat kolem 5 až 20 % ropy z naleziště. S postupem času tlak rychle klesá až k bodu, kdy musí nastoupit sekundární metody, jako je čerpání ropy pomocí pump a současné udržování podzemního tlaku vodní injektáží. Dohromady, primárními a sekundárními metodami se dříve dařilo vytěžit 25-35 % celkového množství ropy. Terciární metody nastupují v okamžiku, když už ani sekundární metody nestačí na udržení produkce a těžba je ještě stále ekonomická, což závisí na aktuální ceně ropy a výši těžebních nákladů. Jejich principem je třeba snížení viskozity ropy, většinou injektáží horké vodní páry (až 500 °C) získávané často přímo spalováním ropy. Příležitostně se také používá injektáž detergentů. Terciární metody dovolují vytěžit dalších 5 až 90 % dostupné ropy v nalezišti.

Při těžbě ropy musí být velmi bedlivě hlídáno její odebrané množství za časovou jednotku. Například maximální možná hranice těžby konkrétního vrtu je 1,1 tuny za 4 hodiny. Ale často docházelo k případům, kdy byla z celé řady důvodů (např. plán těžby) tato hranice překročena. „Často se však odebíraly až 3 tuny. Co se pak stalo? Ropa je médium o velké hustotě, která se musí společně s  kapilárami v hornině pomalu a souvisle pohybovat určitou rychlostí. Pokud tuto rychlost překročíme, dojde ke zhutnění horniny a uzavření těchto kapilár a vrt se tzv. zalepí a není již k použití. Je nutné poté ložisko navrtat o několik metrů vedle - což obnáší obrovské vícenáklady a velká část ropy kolem pokaženého vrtu je nenávratně ztracena pro těžbu," přibližuje situaci Valerij Zakrepa.

Následné zpracování

Z každého vrtu v blízkém okolí je potrubím o průměru 80 až 100 mm do technologického centra přiváděna vytěžená syrová ropa. Zde dochází jak k odplynění (plyn je nedílnou součástí ropných ložisek), tak i k separaci vody z ropného produktu. Zároveň vytěžená ropa obsahuje sůl ze zemních hornin - podloží oceánů. Těžební areál nadále tvoří například 4 až 5 zásobníků o dílčích kapacitách až 5 tisíc m³. Pokud se jedná o kvalitní a velká naleziště, ropa z nich již odchází přímo tzv. magistrálním ropovodem. Pokud jde o slabší naleziště, jsou navzájem propojena tzv. průmyslovým ropovodem o průměru 200 až 300 mm a tlacích o 30 barech, ropa je sváděna do sběrných uzlů a odtud pak již magistrálním ropovodem. Těžební areály jsou nyní již v soukromých rukou, magistrální ropovod stále ve vlastnictví státu.

Distribuce ropy

Magistrální ropovody jsou tvořeny rourami do průměru až jeden metr. Po 70 až 100 km jsou osazeny čerpacími stanicemi s čerpadly o výkonech do 5 000 kW (!) a armaturami o hmotnosti až 10 tun. Vedení jsou z důvodu teplotní stabilizace a ochrany proti poškození uložena pod zemí. Kvůli usazování parafinu a nečistot na dně trubek je nutné je periodicky čistit.

Tragické havárie na magistrálním ropovodu

Bez problémů to nejde, selhává lidský faktor. Pan Zakrepa byl přímým účastníkem několika zásadních havárií na distribučních ropovodech. Vzpomíná coby šéf investiční služby právě dokončeného magistrálního ropovodu na událost, kdy v odlehlé části ruského Uralu buldozer při terénních úpravách po stavbě ropovodu zapadl do bláta a při snaze dostat se ven prorazil pásem ropovod o průměru 250 mm uložený pod zemí a metrovou vrstvou sněhu. Následně na kontrolních stanicích bylo zaznamenáno snížení tlaku a průtoku v systému. Po dnu pohotovosti bylo rozhodnuto, že se jedná o chyby měřicích zařízení, vizuální kontroly po celé délce ropovodu nevykazovaly známky úniku ropy. Dva dny na to pak obdrželi informace od místních rybářů, že z řeky vylézají bobři černí jak uhel . Začal se rýsovat obrovský ekologický průšvih. Místo havárie bylo v údolí a v blízkosti tekla řeka, která cca po 30 km meandru přiváděla vodu do vodní nádrže s pitnou vodou pro 200tisícové vojenské město, kde se vyráběly zbraně. „Byl jsem ve tři hodiny ráno vzbuzen a přivezen do od sněhu vyčištěného údolí, kde jsem měl na písčitém podloží postavit separační hráz, která by ropný produkt zadržela a uloženými trubkami propustila pouze čistou vodu," vzpomíná pan Zakrepa. Prostor byl nasvícen silnými reflektory. V teplotě minus třicet stupňů zde stálo nastartovaných 50 buldozérů, bagrů, autojeřábů, 100 náklaďáků a několik stovek dělníků. Všichni na něj upírali svoje pohledy a čekali na jeho rozhodnutí. Šílená situace při pomyšlení, co všechno se stalo a co ještě horšího hrozí. „Musel jsem začít okamžitě jednat, se stavění hrází jsem však neměl žádné zkušenosti. Nebyl vyhotoven žádny geologický průzkum, projekt, výpočty... Jen ropa, co se neúprosně blíží tokem vody v řece. Po pár pokusech stavět hráz přímo ve vodě na písčitém podloží proud vody okamžitě vše odnášel. Bylo nutné v meandru řeky nalézt zpevněné místo, kde by se hráz na suchu vystavěla, a tam poté koryto řeky odklonilo." To byl záměr pana Zakrepy. Situace jak v akčním filmu. Tři dny nonstop ve třicetistupňových mrazech hráz stavěli a za pomoci techniky a neskutečných pěti stovek lidí se vše nakonec zdárně podařilo. Umazaného k nepoznání a na smrt unaveného ho vrtulníkem navštívil vysoký činitel a za zásluhu mu strana darovala žigulíka. Podle výpočtů následně zjistili, že uniklo několik tisíc tun ropy, které byly řekou unášeny a postupně usazovány zespodu zmrzlé krusty ledu. Havárii se nepodařilo utajit a Hlas Ameriky tehdy informoval o zamoření zdroje pitné vody v dané lokalitě. Pokračování katastrofy pak hrozilo po jarním tání ledu. Na proudu řeky bylo nutné postavit přehradu, která by s kilometrovou hrází tající řeku zadržela. Bohužel zima byla velmi dlouhá a až v dubnu se z minus dvaceti během dne oteplilo na plus dvacet. Hráz naštěstí obrovským povodňovým vlnám odolávala, avšak na úpatí začala postupně prosakovat. „Museli jsme okamžitě začít z povrchu vody před hrází odstraňovat směs naplavené ropy a větví a listí, což bylo z obrovské vodní plochy téměř nemožné. Pokusy stovky lidí odebírat ručně z lodiček byla předem prohraná bitva... Skutečnost protržení hráze nad námi šíleným způsobem visela," vzpomíná s hrůzou v očích. Naštěstí nakonec všelijakými důmyslnými technickými zařízeními umístěnými na rameni jeřábu se to postupně začalo dařit. A dokonce hráz odolala a slouží dodnes. Na tisíc lidí následně až do léta čistilo celé rameno řeky a přehrady od ropných produktů.

Ropa spojuje

Studená válka - nestudená válka. Pan Zakrepa vzpomíná na událost z 80. let, kdy se vedla dlouhá jednání, zda se vrátit na určité ložisko a těžbu zde obnovit. Na základě geofyzikálního průzkumu Rusové vytvořili 3D mapy, celou řadu výzkumných zpráv a analýz. Do jednání se následně přidalo i konsorcium amerických a anglických firem, kterým se však zjištěné výsledky nepozdávaly a chtěly provést svůj výzkum. Letadlem proto přepravily průzkumná zařízení, do zkušebních vrtů spustily měřicí sondy, provedly odstřel, na základě získaných zvukových odezev vytvořily grafy a satelitním přenosem (v 80. letech!) je odeslaly přímo do Houstonu... Během velmi krátké doby měly zpět přesné specifikace naleziště na základě matematických modelů. „To vše netrvalo více než 4 hodiny a my jsme zde jednali několik dnů... Jejich výsledky shodné s realitou byly zásadně rozdílné od našich... Což mě naučilo a poučilo vážit si vědy, významu moderní technologie a čísel a nespoléhat na rčení, že ono to nějak dopadané...," konstatuje Valerij Zakrepa.

Ruské bohatství

Rusko z hlediska světových zásob ropy disponuje nyní přibližně pouhými 10 %. Nejbohatší období má již za sebou, ložiska nalezišť bohužel chudnou. V 80. letech se na vytěžení 1 000 tun ropy spotřebovala energie 500 tun, nyní je těžba doslova na hranici rentability. Dříve existovala ložiska o průměru 20 km a každý vrt „dal" 20 tun za 24 hodin. Nyní, když se z něj získá tuna za 24 hodin, tak lze říci, že je to dobrý vrt. Nová technologie těžby ropy je za pomoci páry, která je pod tlakem 500 barů speciálním zařízením hnaná do vrtu. „Na 90 % světových zásob plynu je v Rusku - to je skutečné bohatství tamních surovin," říká pan Zakrepa a dodává: „Norové vytěží své zásoby plynu historicky velmi rychle, nemají na rozdíl od Ruska sedimentární zásoby. Nejen Evropa, ale celý svět je pak dost závislý na ruském plynu." V asijské části Ruska se na kila těžily ropné produkty, ze kterých se velmi jemnou separací vyráběla maziva pro ložiska do kosmických zařízení - syntetické produkty přírodního původu. V archangelské oblasti jsou ropné šachty, kde se ropa těží v pevném skupenství. Horníci klasicky sfárají . Nebezpečí výbuchu je údajně eliminováno dostatečnou ventilací. Globální perspektiva těžby ropy z hlubin moří a oceánů pomocí ropných plošin se dnes stává realitou.

Zpracoval

Roman Dvořák