Георесурсы энергетики и задачи подготовки кадров

Введение

Прикладная геология позиционируется не только как наука о поисках полезных ископаемых, а существенно глубже — как наука об истории и жизни человеческой цивилизации, теснейшим образом связанной со всем вещественным составом окружающей среды.

Современное состояние горно-геологической науки, методологический и технологический аппарат, который она использует, представляет собой наиболее объективный индикатор экономического и социального развития любой общественной системы.

Приоритетом развития минерально-сырьевого комплекса Российской Федерации является экономически обоснованный межотраслевой баланс внутреннего потребления минерального сырья, импорта, экспорта с учетом рыночного спроса на полезные ископаемые. В конце 2022 года из-за беспрецедентных экономических санкций против России, и в том числе против экспорта минеральных ресурсов, произошло критическое изменение минерально-сырьевого баланса, что требует неотложного внимания к состоянию минеральных ресурсов и особенно геоэнергетических видов минерального сырья.

Системообразующим компонентом минерально-сырьевого комплекса является минерально-сырьевая база, под которой мы понимаем подготовленную и доступную к освоению часть минеральных ресурсов или совокупность месторождений полезных ископаемых на территории страны, федерального округа, промышленного региона.

Для устойчивого развития минерально-сырьевой базы страны необходимо обеспечивать не только ее стабильное воспроизводство, но и кадровое обеспечение предприятий горнодобывающей и геолого-разведочной отрасли с целью долгосрочного поддержания экономической и энергетической безопасности Российской Федерации [24][25]. Механизмы достижения указанной цели представлены в«Стратегии развития минерально-сырьевой базы Российской Федерации до 2035 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 22.12.2018 № 2914-р [20].

Приоритетными направлениями укрепления минерально-сырьевой базы на основе качественного геологического исследования недр являются освоение месторождений на основе использования технологий полной переработки минерального сырья и комплексного извлечения полезных компонентов.

Экономическое значение минерально-сырьевого комплекса определяется как геологическими и природными факторами, так и сложностью геотехнологии разработки и глубокой переработки минерального сырья, развитием инфраструктуры районов добычи полезных ископаемых и конъюнктурой цен сырья на мировом рынке.

В зависимости от непосредственного применения минерального сырья в различных сферах материального производства добытые полезные ископаемые разделены на группы: энергоносители, руды металлов, горно-химическое сырье, строительные материалы, технические и драгоценные минералы. Так, например, потребителями энергоносителей являются топливно-энергетический комплекс и химическая промышленность.

Роль энергоносителей в промышленности

Экономическое значение энергоносителей определяется тем, что стоимость их георесурсов, разведанных на территории России, по информации Минприроды РФ (трлн рублей): нефть — 40,0; газ — 11; коксующийся уголь более 2,0, что составляет 80% от стоимости всех видов полезных ископаемых [16].

Минерально-сырьевая безопасность нашей страны во многом определяется состоянием и развитием именно геоэнергетических отраслей материального производства. Энергетический баланс в мире составляет: уголь 28%, нефть 31%, газ 22%, а на другие источники приходится не более 18%. К важнейшим видам геоэнергоносителей, добываемых из недр на территории России, также относятся уголь, нефть, газ и уран [9][10].

Перспективы наращивания минерально-сырьевой базы геоэнергоносителей и создание условий для обеспечения страны энергетическим сырьем должны быть увязаны с кадровой обеспеченностью отрасли. Необходима координация и сопряженность усилий образовательных организаций высшего образования, академических, отраслевых институтов, недропользователей в системе подготовки горных инженеров и специалистов геологов.

Новым подходом к подготовке кадров является принцип сопряжения компетенций выпускников вузов с квалификационными требованиями и обобщенными трудовыми функциями специалистов отрасли. Это нашло отражение в федеральных государственных образовательных стандартах высшего образования — специалитет по специальностям «Прикладная геология» и «Горное дело» [20].

Образовательные программы по направлениям подготовки «Прикладная геология» и «Горное дело», построенные на компетентностном подходе к формированию профессиональных знаний, навыков и умений, направлены на подготовку специалистов, в том числе по геологии, разведке и разработке месторождений геоэнергетических видов полезных ископаемых: природного газа, нефти, угля и урана.

Природный газ

В ближайшем будущем предстоит провести работы по количественной оценке ресурсов газогидратов как перспективных источников природного газа циркумполярной области России.

Для выполнения данной задачи потребуется подготовка инженерных кадров в области прикладной геологии с компетенциями по геологии нефти и газа, поискам и разведке подземных вод и инженерно-геологическим изысканиям, способных моделировать подземные хранилища в сложных геологических и геокриологических условиях, их экологически безопасной эксплуатации. Подготовка специалистов, обладающих компетенциями в этой сфере, началась в 2021 г. [20].

Нефть

Российская сырьевая база нефти оценена специалистами British Petroleum как шестая в мире по извлекаемым запасам. Доказанные запасы нефти в России составляют 6% доли в мировых запасах жидких углеводородов. По этому показателю Россия находится на шестом месте в мире, уступая только таким нефтяным гигантам, как Саудовская Аравия, Венесуэла, Канада, Иран и Ирак (рис. 1).

Согласно Статистическому обзору мировой энергетики за 2021 г., подготовленному компанией British Petroleum, доказанные мировые запасы нефти оцениваются в 1732,4 млрд баррелей (244,4 млрд тонн). Ведущие страны по запасам нефти (в млрд баррелей): Венесуэла — 303,8, Саудовская Аравия — 297,5, Канада — 168,1, Иран — 157,8, Ирак — 145,0, Россия — 107,8 и Кувейт — 101,5.

Даже при некотором снижении производства нефти (на 10—12%) в 2021 году в России было добыто более 500 млн т сырой нефти по данным Центрального диспетчерского управления ТЭК. Это составило 12% от мировой добычи и вывело Россию на третье место в мире по нефтедобыче. Крупнейшая нефтяная компания «Роснефть» добыла 179,96 млн т (35,1% от общей добычи).

Добыча нефти в 2022 году менее оптимистична. По данным Центрального диспетчерского управления ТЭК, объем добычи нефти в России составил 525 млн т, что меньше рекордных 568 млн т в 2019 г.В 2023 г. из-за эмбарго ЕС добыча нефти в России снизится на 50 млн т до 475 млн т. В конце 2022 г. страны ОПЕК и Россия приняли решение о снижении добычи нефти на 2,0 млн баррелей в сутки. Поданным РБК, поставки нефти и нефтепродуктов из России в страны G7 в 2021 году составили 214,7 млн т на $109,5 млрд. Это 68—70% от совокупного экспорта углеводородов, что составило 37% выручки от российского товарного экспорта.

В нефти в различном объеме растворены углеводородные газообразные соединения (метан, пропан, этан и др.). Содержание растворенных газов составляет до нескольких сотен кубических метров на одну тонну нефти. Эта газообразная смесь углеводородов, метана, сероводорода и углекислого газа, находящаяся в пластовых термодинамических условиях, представляет собой газоконденсат.

Гарантированные поставки нефти с нефтяных и нефтегазоконденсатных месторождений для зарубежных потребителей в 2020 году достигли 266 млн тонн по данным Центрального диспетчерского управления ТЭК, что соответствует 2-му месту в мире.

В России себестоимость добычи нефти составляет около $45, что обусловлено геологическими условиями залегания нефтяных залежей, удаленностью районов нефтедобычи от перерабатывающих предприятий и неблагоприятными климатическими условиями нефтегазовых районов Западной и Восточной Сибири. Мы прогнозируем стоимость барреля нефти марки Brent в 2023 году в диапазоне $80—100, что благоприятно отразится на экспортной цене российской нефти марки Urals даже при установлении предельной цены на экспорт нефти в связи с санкциями.

Для сравнения: в Саудовской Аравии цена нефти для месторождений в континентальной части страны оценена в $16—18 за баррель при пороге рентабельности добычи (без затрат на разведку) менее $10 [22].

Цена сырой нефти сорта Urals на время завершения фьючерсных контрактов к началу 2023 года стабилизировалась на уровне $70—80 за баррель. По данным Минэнерго, продажа углеводородов, та самая «нефтяная игла», обеспечивает российскому бюджету около 60% доходов. В переводе на российскую валюту получается суммарно более 12 трлн рублей. Ожидаемые потери поступлений в бюджет в случае установления странами Западной Европы «потолка цены» на российскую нефть не превысят 1 трлн рублей, что совсем некритично.

Аналитики АО «Росгеология» констатируют, что запасы крупнейшего Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна, на долю которого приходится 60% добычи углеводородов, выработаны на 33% [14]. Это требует увеличения объемов геолого-разведочных работ на нефть в регионе, а также достижения высокого уровня геологической изученности перспективных на нефть и газ территорий как на суше (свыше 90%), так и в акватории Российской Федерации до 70% [11].

Фундаментальной науке в сфере геологии жидких углеводородов предстоит решение стратегических задач воспроизводства минерально-сырьевой базы нефти в континентальной части страны и на арктическом шельфе. Расширенное воспроизводство и использование МСБ жидких углеводородов может быть достигнуто совместными усилиями как геологов, так и технологов за счет выявления механизмов повышения среднего коэффициента извлечения нефти (КИН) из пластов коллекторов до 55—60%. К сожалению, уменьшение технологически извлекаемых запасов по промышленным категориям за счет уточнения коэффициента извлечения нефти составило 200 млн тонн.

Следует учитывать, что добыча полезных ископаемых и особенно углеводородного сырья крайне негативно влияет на окружающую среду.

Таким образом, рациональное использование минеральных геоэнергетических богатств является важным национальным проектом, обеспечивающим экологическую безопасность государства.

Примером недооценки экологических факторов освоения месторождений углеводородов является «сланцевая революция» в нефтяном комплексе США, обусловившая негативные экологические последствия не только для районов нефтедобычи (рис. 1).

Технология «сланцевой революции» представляет собой серьезный вызов научным и маркетинговым исследованиям в области нефтедобычи. При одном гидроразрыве в скважине объем закачанной воды достигает 5—10 тыс. т, объем рыхлого наполнителя — до 1000 т, а химикатов — 200 т (бензол, соляная кислота и др.). Отравление химикатами подземных вод сомнений не вызывает [9]. Расход воды при гидроразрыве в скважине минимум на три порядка превышает ее ежегодное потребление одним жителем Земли. На месторождениях (plays) формации Баккен (США) для интенсификации добычи ежегодно осуществлялась проходка более 2000 скважин с использованием способа гидроразрыва [13][22]. Размер негативных экологических последствий для районов нефтедобычи определяется огромным объемом воды, закачанной в тысячи добычных скважин, и количеством проведенных гидроразрывов в них [18]. За два-три года разработки месторождений способом гидроразрыва район нефтедобычи становится зоной экологического бедствия, где необходимо отселять жителей.

Последствием «сланцевой революции» стало интенсивное проявление эндогенной активности, заключающейся в кратном увеличении частоты проявления неконтролируемых землетрясений на территории нефтедобычи.

Данные по сейсмичности каталога Национального центра информации о землетрясениях геологической службы США (USGS) показывают, как за 10 лет начала XXI века возросла сейсмичность. Так, количество землетрясений с магнитудой более 5,5 увеличилось, соответственно, с менее чем 300 до 3000. Примечательно, что эта тенденция продолжается и по сей день [2].

Компания Petro China Company приостановила работы на сланцевом месторождении в провинции Сычуань (КНР) из-за подземных толчков магнитудой 4,0—4,9 балла, в результате которых погибли люди, разрушились сотни зданий [15].

В предстоящие 30—40 лет мировое потребление нефти и газа может увеличиться на 10—20%, хотя, по-видимому, доля углеводородов в энергетике уменьшится, но возрастет их роль для высоких переделов в нефтехимии с 15 до 25%. Поэтому спрос на углеводороды сохранится в будущем.

Большое значение приобретают технологии, связанные с извлечением скоплений углеводородов из кремнисто-карбонатных коллекторов и низкопроницаемых отложений доманикового типа [1][3].

Необходима количественная переоценка потенциала трудноизвлекаемой нефти баженовской свиты, выделение в ее составе нефтенасыщенных литогенетических типов пород, приуроченных к конседиментационным структурным элементам различного порядка [17].

Актуальным является моделирование условий регенерации нефти в недрах в определенных термодинамических и геохимических условиях исторических месторождений. Исследования в этом направлении должны завершиться созданием моделей смарт-месторождений нефти в углеродсодержащих геологических формациях с возможностью мониторинга состояния регенерации нефти в течение геологического времени.

В нефтедобыче возрастает значение Арктической зоны благодаря выявленным ресурсам углеводородов и огромному логистическому потенциалу Северного морского пути. Поэтому перспективным направлением являются шельфовые и арктические проекты, добыча углеводородов в акватории океанов.

К научно-техническим направлениям исследования перспективных зон нефтенакопления следует отнести постановку буровых работ на шельфе арктических морей в палеодельтовых осадочных комплексах с поисками углеводородов на глубине 3—4 км ниже поверхности дна.

Масштабность и сложность задач, стоящих перед нефтяной геологией, требует подготовки высококвалифицированных профессиональных кадров, обладающих навыками решения научно-технических задач в области нефтеразведки и нефтедобычи [8]. Обучение горных инженеров-нефтяников предусмотрено по двум специализациям, реализуемым в образовательных программах высшего образования по федеральному государственному образовательному стандарту высшего образования по специальности «21.05.02 Прикладная геология». Если подготовка специалистов по специализации «Геология месторождений нефти и газа» в нашей стране проводится с 2000 года, то специализация «Промысловая геология» является новым вектором совершенствования инженерного образования с целью реализации единой методологической основы разведки месторождений нефти и газа и нефтедобычи [6][8][20].

Образовательная программа по специализации «Промысловая геология» направлена на подготовку ресурсных геологов по выполнению основных показателей государственной программы «Воспроизводство и использование природных ресурсов (ГП «ВИПР)», подпрограммы «Воспроизводство минерально-сырьевой базы, геологическое изучение недр» от 30.03.2018 № 373.

Уголь

Уголь остается вторым по востребованности геоэнергетическим ресурсом в мире после нефти. Согласно ежегодному Статистическому обзору мировой энергетики (2021), опубликованному
компанией British Petroleum (BP), доказанные мировые запасы угля оцениваются в 1,074 трлн тонн. Запасы угля в мире по странам (в млрд тонн): США — 248,941, Россия — 162,166, Австралия — 150,227, Китай — 143,197, Индия — 111,052. В мире признано, что Россия обладает одной из крупнейших сырьевых баз угля и по разведанным данным занимает второе место в мире. Качественные показатели российского угля не уступают другим крупным производителям. Более 70% добываемого в России угля относится к каменному и используется в энергетике. Внутреннее потребление угля, как каменного, так и бурого, стабильно и значительно. Несмотря на это, Россия относится к ведущим странам — экспортерам угля, уступая только Австралии. Добыча всех типов угля в 2020 году
достигла 400 млн тонн. Экспортировалось около 210 млн тонн при среднегодовой (2021 г.) цене энергетического сорта 300 $/т. Проблемой развития минерально-сырьевого комплекса угля остается проблема длинных плеч перевозок внутри страны и конкуренция с природным газом на энергетическом рынке.

С начала 2019 года угледобывающая промышленность находилась в кризисе, но в целом угольщики пережили кризисный 2020 год лучше пессимистичных прогнозов, и Россия получила за 2020 год 401,4 млн т угля. Объем экспорта достиг 195 млн т, а внутренние поставки снизились до 165,4 млн т.

Сейчас в качестве полноценного топливно-энергетического сырья в энергобалансе ряда зарубежных стран бурый уголь играет ведущую роль. В нашей стране доля бурых углей в разведанных запасах угольного сырья составляет более 30%, а геологические запасы углей Подмосковного буроугольного бассейна составляют 11,8 млрд тонн. Несмотря на высокий ресурсный потенциал энергоносителей Центрального федерального округа, углеснабжение региона осуществляется за счет дальнепривозного угля Кузбасса.

Геологическое изучение состава и строения буроугольных месторождений Западной Сибири, Красноярского края и Дальнего Востока выявило уникальную геохимическую особенность этих месторождений как концентраторов редких элементов [15]. Перед угольной отраслью стоят задачи интенсификации геотехнологических способов добычи коксующегося угля и подземная газификация угля. Одним из главных направлений развития отрасли является рост угледобычи на востоке страны, чтобы удовлетворить потребности энергетики Восточной Сибири и Дальнего Востока в угле, и освоение сырьевой базы Арктической зоны России.

Отсюда следует важная геологическая задача оценки ресурсного потенциала буроугольных бассейнов и разработка технологии получения полезных компонентов. Месторождения лигнитов и бурых углей следует выделять в особую группу комплексных месторождений. В Китае и России уже получают германий из золы от сжигания по специальной технологии лигнитов и бурых углей на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ).

По нашему мнению, новые технологические разработки в применении бурого угля в различных сферах материального производства позволяют надеяться на возрождение угледобычи на территории Мосбасса, но на новой технологической платформе. Для этого следует уже сейчас готовить горных инженеров с навыками энергетического использования бурых углей по направлению подготовки «Горное дело» в МИСиС и Политехническом институте Тульского государственного университета.

Для обеспечения потребности экономики страны в ресурсах угля и наращивания производственных мощностей проектируемых предприятий необходимо организовать также подготовку специалистов высшего образования по специализации «Геология и разведка месторождений угля», включив ее в программу специалитета «21.05.02 Прикладная геология».

Почти половина коксующегося угля добывается подземным способом в сложных горно-геологических условиях. Это еще одна причина усиления общегеологической подготовки специалистов-геологовдля работы на предприятиях, реализующих подземную геотехнологию. Так, практика показала, что в подземных горных выработках для добычи твердых полезных ископаемых успешно работают рудничные геологи. Аварийность на таких предприятиях стала существенно ниже средней по отрасли.

Уран

Во второй половине XX века в ходе решения урановой проблемы на территории СССР были выявлены совершенно новые урановые рудные районы и месторождения. Запасы урана в СССР за короткий послевоенный пятилетний период были увеличены на порядок, с 470 до 5500 тонн.

Советская урановая геология достигла выдающихся успехов в приросте запасов урана как в своей стране, так и за рубежом [19].

В конце XX века в СССР на полную мощность работали восемь горно-химических комбинатов, которые с горнодобывающими предприятиями Восточной Европы добывали ежегодно около 28 тыс. тонн урана, или 40% мировой добычи, и Советский Союз вышел на первое место в мире по запасам урановой руды и производству урана [10][21].

Создание сырьевой базы урана потребовало подготовки квалифицированных специалистов по урановой геологии [7].

С этой целью в некоторых вузах страны были созданы специальные факультеты для подготовки специалистов горно-геологического профиля. Один из первых факультетов возник в Московском институте цветных металлов и золота (Цветмет) и Московском геологоразведочном институте (МГРИ). Качественная подготовка инженерных кадров способствовала сравнительно быстрому созданию надежной минерально-сырьевой базы урана и развитию урановой промышленности ядерной энергетики [4][5][7].

После распада СССР начался резкий спад по разведке, разработке и переработке урановых руд. Прекратилась и целенаправленная подготовка специалистов для ядерной отрасли. Хотя по запасам урана и тория в недрах Россия занимает третье место в мире (после Австралии и Казахстана), но по качеству запасов уступает всем его ведущим производителям [23]. Основная часть запасов России на рынке уранового сырья относится к наименее привлекательной ценовой категории 80—130 $ US/кг. Эти запасы урана нерентабельны в настоящее время. За счет собственной добычи удовлетворены только 20% потребности страны в уране.

В перспективе намечено освоение уникальных месторождений на территории Республики Саха-Якутия, строительство горно-металлургического комбината и объектов инфраструктуры (рис. 2). По оценкам, реализация проекта потребует привлечения 3,5 тыс. работников горно-геологической отрасли, специализирующихся в области урановой геологии и подземной разработки урановых месторождений.

В современных геополитических и экономических условиях развитию производства урана в России нет альтернативы. Прежде всего необходимо переоценить металлогенический потенциал территории России. Основной задачей геологоразведки является выявление и обоснование новых поисковых площадей на основе проведения среднемасштабных минерагенических исследований, в которых должны быть объединены усилия отраслевой, академической и вузовской науки [4][9].

Учитывая в основном скрытую локацию потенциальных урановых месторождений, необходимо научно обоснованное создание поискового комплекса и геолого-структурных моделей геолого-экономических типов месторождений на основе комплексирования методов опережающих геохимических и геофизических исследований недр, а также новых технологий горно-буровых работ.

Учитывая исторический опыт создания минерально-сырьевой базы урана в нашей стране практически с нуля и объективную роль в этом созидательном процессе советского инженерного геологического образования, актуально воссоздать подготовку специалистов-уранщиков в российских вузах [7]. Новые образовательные программы высшего образования по прикладной геологии, которые будут составлены на основании федерального государственного стандарта высшего образования четвертого поколения по специальности «24047.2 Прикладная геология», должны предусматривать организацию обучения по специализации «Разведка и оценка стратегических видов полезных ископаемых» с привлечением научно-технических работников базовых кафедр отраслевых и академических организаций.

Заключение

Экономическое значение многих видов минерального сырья для России трудно переоценить, именно их экспорт составляет 80% поступлений в бюджет российской экономики [9].

Перспективы наращивания минерально-сырьевой базы энергоносителей и создание условий для обеспечения страны энергетическим сырьем должны быть увязаны с кадровой обеспеченностью отрасли совместными усилиями образовательных организаций высшего образования, академических, отраслевых институтов, недропользователей в системе подготовки специалистов геологов.

Новые образовательные программы вузов России по прикладной геологии, составленные на основании федерального государственного стандарта высшего образования по специальности «21.05.02 Прикладная геология», будут соответствовать принципу сопряженности квалификационных требований работников геологической отрасли с компетенциями выпускников вузов. Образовательные программы формируют квалифицированного специалиста для отрасли и преследуют цель развития понимания значения прикладной геологии для применения навыков геологического изучения недр и оценки минерально-сырьевой базы страны на перспективу до2035 года.

ВКЛАД АВТОРОВ / AUTHORS CONSTRIBUTIONS

Верчеба А.А. — разработал концепцию статьи, подготовил текст статьи, окончательно утвердил публикуемую версию статьи и согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Воробьев А.Е. — проанализировал информацию по геоэнергетическим ресурсам мира и России и согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Alexander A. Vercheba — developed the concept of the article, prepared the text of the article, finally approved the published version of the article and agreed to take responsibility for all aspects of the work.

Alexander E. Vorobyov — analyzed the information on the geo-energy resources of the world and Russia and agrees to take responsibility for all aspects of the work.