Rozwój technologii wydobycia i produkcji ropy naftowej jest wynikiem wpływu licznych aspektów ekonomicznych, środowiskowych i technologicznych: rosnących cen ropy naftowej, rosnącego popytu na ropę naftową, starzenia się pól nafto-wych, konieczności redukcji emisji CO2 (opis w rozdziale 1.4.3), różnorodności dostępnych metod eksploatacji złóż, konieczności zapewnienia i zwiększenia bez-pieczeństwa energetycznego. Zagadnienia związane z implementacją niektórych technik wydobycia, np. offshore (na morzu) oraz niespójna opinia geologów co do miejsca występowania złóż40 dodatkowo komplikują złożoność procesu kształto-wania się popytu i podaży w sektorze naftowo-paliwowym. Dostępne technologie wydobycia uzupełniane są rozwojem technologii sekwestracji41 gazów kwaśnych przez ich zatłaczanie do złoża. Oznacza to, że możliwe jest efektywne i bezpiecz-ne dla środowiska eksploatowanie złóż zasiarczonych oraz wykorzystanie także „ciężkich” gatunków ropy naftowej. Dostępne technologie wydobycia42 i
produk-40
Geolodzy nie mają pewności (szacowane 10% skuteczności), że znajdą złoża ropy naftowej, nawet, jeśli wszystkie badania magnetyczne, grawimetryczne i sejsmologiczne na to wskazują.
41
Sekwestracja CO2 (ang. Carbon Capture and Storage CCS ) to proces polegający na od-dzieleniu i wychwyceniu dwutlenku węgla ze spalin w celu ograniczenia jego emisji do atmosfery.
42 Rozwój technologii lepszego wykorzystania złóż eksploatowanych w wyniku zwiększenia stopnia ich sczerpania nie jest zadaniem trywialnym. Doskonalenie technologii poszukiwań i wy-dobywania ropy naftowej wymaga prowadzenia badań przez sejsmologów i geologów za pomocą badań magnetycznych (badanie zmiany gęstości skał osadowych i porowatych), grawimetrycz-nych (badanie zmiany sił grawitacji) oraz sejsmiczgrawimetrycz-nych(badanie siły drgań i fal odbitych). Szyb naftowy może prowadzić do złóż zawierających ropę co nie stanowi o rentowności jej wydobycia. Odwierty rozpoznawcze pomagają dokładniej przeanalizować strukturę rezerwuaru i zaplanować rozmieszczenie odwiertów produkcyjnych. Ponadto z czasem złoża się starzeją, a to oznacza że ciśnienie złożowe w studniach wydobywczych również maleje, znacznie utrudniając wydobycie
cji ropy naftowej i paliw płynnych kształtują rynek, na którym ogromny wpływ makroekonomiczny ma wzrost wydobycia olejów łupkowych, piasków bitumicz-nych i olejów ciężkich, co przyczyniło się nie tylko do zmiany pozycji uczestników rynku naftowo-paliwowego (Stany Zjednoczone obejmują czołowe miejsce), ale i kierunków eksportowych (Stany Zjednoczone zasilają kraje azjatyckie).
Prognoza dynamiki produkcji43zależy od gotowości spółek naftowo-paliwowych do uruchamiania nowych pól naftowych i stopnia wykorzystania nowoczesnych, zaawansowanych technologii niezbędnych do utrzymania poziomu wydobycia z istniejących złóż, co niebagatelnie wpływa na dynamikę paliwowego łańcucha do-staw. Rozważa się rozwój wydobycia ropy naftowej w następujących obszarach:
• zwiększenie odzyskania ropy naftowej z istniejących złóż;
• zwiększenie wykorzystania niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej; • eksploracja złóż z terenów arktycznych.
ropy naftowej. Ma to znaczący wpływ na trudny i poważny problem przenikania z rezerwuaru wody i rozpuszczonych w niej soli nieorganicznych (tj. chlorki, siarczany i węglany) do wydoby-wanych na powierzchnię płynów złożowych.
43
W sektorze upstream paliwowego łańcucha dostaw po skutecznym wykonaniu odwiertu wiertniczego, wydobyte zostaną z szybu: gaz ziemny, woda, ropa naftowa i kontaminat (resztki pestycydów, herbicydów, fungicydów). Pierwszą czynnością jest proces separacji poszczególnych płynów wydobywczych. Współcześnie stosowane metody umożliwiają otrzymanie ropy naftowej już po wstępnym pierwszym procesie oddzielania. Zawarte w ropie łańcuchy węglowodorowe są wyodrębniane i przekształcane w różne gazy. Każdy z nich skrapla się z powrotem w ciecz w innej temperaturze. W ten sposób można rozdzielić ropę naftową na różne części, czyli frakcje. Proces ten - nazywany destylacją frakcyjną - umożliwia wyprodukowanie bezpośrednio z ropy naftowej szeregu gazów i olejów, np. asfaltu, nafty, benzyny, oleju napędowego, oleju opałowego oraz paliwa lotniczego.
Ceny ropy na światowych rynkach energetycznych kształtują się w odniesieniu do trzech głów-nych gatunków wskaźnikowych [Global Commodity Markets 2001; Lorenz i Grudziński 2001]:
• ropy brytyjskiej Brent z Morza Północnego (o gęstości 38◦
API, FOB w portach bry-tyjskich). Ropa Brent jest notowana na londyńskiej giełdzie naftowej IPE (International
Petroleum Exchange);
• ropy Dubai Fatch ze Zjednoczonych Emiratów Arabskskich (32◦
API, FOB w porcie Dubai). Ropa Dubai bywa stosowana jako cena wzorcowa dla rynków azjatyckich; • ropy amerykańskiej WTI (ang. West Texas Intermediate) (40◦
API, FOB Midland Texas). Ropa WTI jest notowana na giełdzie nowojorskiej NYMEX.
Ceny ropy wahają się w zależności od różnicy jakości surowca w stosunku do wzorca. Na utrzy-manie się cen ropy naftowej na aktualnym poziomie wpływają liczne czynniki: wzrastające koszty zastępowania rezerw, bilansowanie roli OPEC i deprecjacja wartości dolara amerykańskiego.
Czynnikami kształtującymi globalną podaż ropy naftowej i jej rafinowanych pro-duktów są44:
• nowe technologie produkcyjne; • rozwój źródeł energetycznych; • polityczne ograniczenia produkcji; • polityka ochrony środowiska;
• zyskowność techniczna i ekonomiczna nowych źródeł.
Powyższe uwarunkowania sprzyjają rozwojowi przemysłu naftowo-paliwowego. Wykorzystują w szczególności brak obaw społecznych (na skutek rozważnej kam-panii informacyjnej) oraz szybki postęp w dziedzinach, w których osiągnięcia technologiczne mogą być wykorzystane (np. w technologiach materiałowych oraz informatyce i robotyce). W opinii MAE wydobycie ropy ze złóż niekonwencjo-nalnych, które zwykle gromadzą się w skałach łupkowych i piaskowcach będzie miało decydujące znaczenie dla kierunków rozwoju rynku naftowo-paliwowego. Rola państw zrzeszonych w Organizacji Krajów Eksportujących Ropę Naftową OPEC, zdaniem MAE, będzie okresowo ograniczana na rzecz zaspokojenia świa-towego zapotrzebowania na ropę naftową przez, po pierwsze rosnące wydobycie ropy naftowej z piasków roponośnych w USA i Kanadzie, po drugie w Brazylii z głębinowych złóż podmorskich oraz po trzecie przez wydobycie ciekłych frakcji gazu ziemnego LNG na całym świecie45.
Im bardziej instalacje przetwórcze są powiązane technologicznie i komplek-sowe, tym w wyższym stopniu można wykorzystać surowiec i uzyskać
wyso-44 Według raportu Global and Russian Outlook [2013] produkcja paliw płynnych osiągnie w 2040 r. poziom 5.1 bln ton/rok, z których tradycyjne złoża ropy naftowej i skondensowanego gazu wynosić będą 77 %. Znaczący wzrost udziału niekonwencjonalnych źródeł, tj. oleju łupkowego, piasków bitumicznych itp osiągnie poziom 16.4 % całkowitej produkcji, tzn. 837 mln ton w 2040 roku. Pozostałe wielkości dostaw w 2040r. będą podzielone między biopaliwa (5,9 %) i paliwa płynne produkowane z naturalnego gazu i węgla, który wyniesie zaledwie 23 mln ton [Global and Russian Outlook 2013].
45
Jednakże około 2025r.wydobycie w krajach niezrzeszonych w OPEC zacznie spadać i kra-je Bliskiego Wschodu będą w większości źródłem wzrostu podaży ropy na świecie[Global and Russian Outlook 2013].
Rysunek 1.8: Prognoza dynamiki podaży paliw płynnych na świecie. Źródło: [Global and Russian Outlook 2013].
ką wydajność produktów wysoko przetworzonych46. Podstawowym kryterium, mającym olbrzymie znaczenie dla kształtowania podaży jest wielkość jednostek produkcyjnych i ich moc przerobowa. Uważa się obecnie, że z punktu widze-nia ekonomicznego minimalna zdolność produkcyjna jednostki przerobu ropy to 3 mln ton/rok. Aby rafineria wytwarzała zysk, to najmniejszy kompleks rafine-ryjny powinien obejmować zintegrowane instalacje do głębokiego przerobu ropy o wydajności 7 mln t/rok47.
46Tylko w rafineriach posiadających tzw. blok wodorowy i stosujących procesy hydrorafina-cji i hydrokrakingu można uzyskać paliwa o jakości wymaganej normami międzynarodowymi. Wskaźnik krakingu mówi o głębokości przerobu ropy, szczególnie ciężkich frakcji destylacji próż-niowej na lekkie produkty typu benzyny, oleje napędowe, gaz ciekły [Mihułka 2012].
47
Global and Russian Outlook [2013] podaje, że świat stoi w obliczu nadmiaru zdolności
rafinacyjnych, ze względu na budowę rafinerii w różnych regionach, i w najbliższych 3 dekadach nie oczekuje się deficytu wydajnościowego. Nowe projekty wdrażane są na Bliskim Wschodzie, w Afryce oraz w regionie Azji i Pacyfiku. Potencjalnie mogą one nawet podwoić wielkości
przetwa-Rysunek 1.9: Zestawienie wielkości produkcji produktów rafineryjnych na świecie. Źródło: [LUKOIL 2013].
Rysunek 1.10: Przetwarzanie ropy naftowej wg. regionów. Źródło: [Global and Russion Outlook 2013].
rzania na Bliskim Wschodzie, wytwarzając znaczącą ilość produktów naftowych, które zastąpią produkty innych dostawców z rynków europejskich i Ameryki Północnej, i nawet te od własnych producentów. Jednak liczba regionów (Południowa Ameryka i Azja-Pacyfik), nie będą w stanie sprostać popytowi na produkty paliwowe ze swoich własnych zdolności przetwórczych, które wo-bec tego będą wymagać rozbudowy po 2030 r. W Ameryce Północnej oczekiwany jest wysoki poziom wykorzystania zdolności przetwórczych ze względu na wzrastającą produkcję ze skał łupkowych i kanadyjskich piasków bitumicznych. Z drugiej strony, Wspólnota Niepodległych Państw WNP (ang. Commonwealth of Independent States CIS) stawi czoła niewykorzystaniu 20% swoich możliwości produkcyjnych z powodu braku zasobów dla rafinerii na Ukrainie, nie-doboru wydajności rafineryjnej w Kazahstanie i zmniejszającego się rynku eksportu produktów.
Aktualny trend rosnącej eksploatacji oleju ciężkiego i piasków bitumicznych, ujawnia potrzebę opracowania nowych technik usprawniających ich transport ru-rociągiem. Każda z tych metod (rysunek1.11) ma na celu zwiększenie przepusto-wości rurociągu, jak i minimalizację zużycia energii potrzebnej do rurociągowego przesyłu olejów ciężkich za pomocą:
• obniżenia lepkości, np. wykorzystując wstępne ogrzewanie produktu, a na-stępnie ogrzewanie rurociągu, rozpuszczanie lub emulgowanie produktu w wodzie;
• zmniejszanie oporu/ współczynnika tarcia rurociągu, np. stosując inteli-gentne tłoki czyszczące;
• in situ, np. modyfikując częściowo frakcję produktu do wyższego stopnia API (ang. American Petroleum Institute)48.