Второй элемент таблицы Менделеева, инертный газ без цвета, вкуса и запаха, один из наиболее распространённых элементов во Вселенной, уступающий в этом качестве разве что водороду. Таковы общеизвестные факты о гелии, почерпнутые из школьной программы. Те, кто интересуется высокими технологиями, добавят, что это вещество обладает уникальными свойствами: химической инертностью, высокой теплопроводностью, низкой температурой сжижения и нетоксичностью. Неудивительно, что его очень широко используют в космонавтике, авиации, атомной энергетике, металлургии, исследованиях, связанных с получением заряженных высокоэнергетических час­тиц, и других отраслях, которые сейчас принято называть инновационными. Эксперты консалтинговой компании Ernst & Young, проводившие в 2012 году исследование перспектив добычи и производства гелия в России, пришли к однозначному выводу: развитие технологий будет сопровождаться ростом спроса на этот инертный газ. По их оценкам, к 2030 году он, в зависимости от ряда факторов, может достичь 200–330 млн кубометров. 

Гелиевая роль Восточной Сибири

Лидером на рынке, вероятнее всего, останутся США, которые сейчас являются крупнейшим производителем и потребителем гелия. Амбициозные проекты в этой сфере реализуются в арабских странах, к примеру в Алжире и Катаре. В России гелий до недавнего времени производил только принадлежащий ОАО «Газпром» завод в Оренбурге, продукция которого использовалась, в частности, при создании Большого адронного коллайдера. В отчёте «Газпрома» за 2012 год сказано, что концерн выпустил 4,9 млн кубометров гелия, тогда как, скажем, в 2010 году США добыли 77 млн кубов этого инерт­ного газа, а мировой уровень добычи составил 150 млн куб. м. 

Его запасы по всему земному шару, за исключением России, оцениваются в 27 млрд кубометров, тогда как только на месторождениях Восточной Сибири они составляют около 16 млрд кубомет­ров. Наиболее богаты гелием недра Ковыктинского месторождения в Иркутской области, Среднеботуобинского и Чаяндинского в Республике Саха (Якутия), а также Собинского и Юрубчёно-Тохомского в Красноярском крае. Его содержание в природном газе, который там хранится, колеблется от 0,18% на Юрубчёно-Тохомском до 0,5–0,57% на Чаяндинском и 0,6% на Собинском месторождении. В сырье Ковыкты, к слову, оно достигает 0,285%. 

Освоение недр Восточной Сибири является одной из приоритетных задач, которые государство ставит перед газодобытчиками. Так, в Энергетической стратегии России до 2030 года сказано, что на первом этапе, который завершается в 2015 году, её будут реализовывать за счёт Ковыкты и Чаянды, а также месторождений Красноярского края. Это среди прочего потребует развития гелиевой промышленности, в том числе строительства мощных газоперерабатывающих заводов и создания подземных хранилищ для сырья. На втором этапе, который, по замыслу разработчиков стратегии, должен завершиться к 2020–2022 годами, речь идёт об увеличении объёмов добычи нефти и газа, при этом «значительное внимание будет уделено максимально рациональному использованию многокомпонентных углеводородов, в том числе утилизации гелия». 

В итоге, прогнозируют авторы документа, «к 2030 году регион будет устойчиво занимать первое место в России по добыче коксующегося и энергетического угля, второе место по добыче нефти и газа, одно из ведущих мест в российской нефтехимии, а также будет играть лидирующую роль в поставках гелия на российский и мировой рынки». Однако в тех положениях Энергетической стратегии до 2035 года, что в январе опубликовало Министерство энергетики РФ, лишь скромно сказано, что освоение сырьевой базы углеводородов на востоке страны потребует строительства крупных газоперерабатывающих заводов и развития гелиевой промышленности. 

Непосредственно  на месторождении

Первый шаг в этом направлении, который с полным на то основанием можно считать огромным скачком для всей отрасли, уже сделан: в начале февраля на Ковыкте успешно прошла приёмку и испытания первая промышленная мембранная установка по выделению гелия из природного газа. Таков итог совместного проекта «Газпрома» и научно-производственной компании «Грасис», которая разрабатывает и выпускает оборудование для получения и разделения газовых сред. Установка ОМПУ-100 способна работать при входном давлении 3,5 МПа и 9,8 МПа и в таких режимах производить, соответственно, от 30 до 130 млн кубометров гелия в год. Подобными характеристиками в мире не может похвастать оборудование других производителей, представленных в нашей стране и за рубежом. «Прямых аналогов с подобной степенью извлечения гелия, производительностью, компоновкой и рабочим давлением ни в России, ни в мире, по данным нашей компании, не существует», – сообщил корреспонденту «Сибирского энергетика» замес­титель директора департамента углеводородных проектов НПК «Грасис» Дмитрий Солодов. 

Нужно сказать, что извлечение гелия из природного газа, где он содержится в качестве примеси, на сегодняшний день является основным способом его получения в промышленных масштабах. Традиционная криогенная технология предполагает очистку природного сырья от углекислого газа, его глубокое охлаждение и сжатие, в результате чего образуется жидкий метан, а в газовой фазе остаются гелий и азот. Мембранный способ, основанный на способности мембран пропускать одни соединения и удерживать другие, до недавних пор считался лишь перспективным методом: были проведены исследовательские работы и подтверждена его эффективность, но на промышленном уровне его ещё не применяли. Российская компания «Грасис» вела разработки в области подготовки природного и попутного нефтяного газа, а также гелийсодержащих газов на основе мембранной технологии газоразделения с 2005 года. Первый плод этих исследований – одномодульную опытно-промышленную установку по снижению содержания гелия в природном газе – испытали на площадке ООО «Газпром добыча Краснодар». Оборудование на основе половолоконных мембран, в работе которого использовалось сырьё с Марковского газоконденсатного месторождения, расположенного в Ростовской области, дало возможность снижать содержание гелия в товарном газе в 10–100 раз и повышать его концентрацию в гелиевом концентрате в 30–40 раз. Полученные по завершении его испытаний результаты легли в основу создания опытно-промышленной установки для Ковыкты. 

Монтировать её на месторождении в Жигаловском районе Иркутской области начали в октябре 2013 года, а завершили работы уже в декабре. Тогда же начались испытания первой ступени установки ОПМУ-100, а в январе-феврале 2014 года испытали её вторую ступень. За это время было полностью подтверждено соответствие оборудования техническому заданию, расчётным исследованиям и нормативной документации, доказана эффективность его работы в части выделения гелия из природного газа. Во время приёмочных испытаний работоспособность узлов и агрегатов в различных режимах проверяли специалисты ОАО «Газпром», ООО «Газпром добыча Иркутск», ООО «Газпром добыча Ноябрьск», ООО «Газпром развитие», Центрального конструкторского бюро нефтеаппаратуры ОАО «Газпром» и ОАО «Газпром ВНИИГАЗ». 

Установка разделена на два относительно компактных блока: газораз­делительный мембранный, включающий модули первой и второй ступеней разделения, и межступенчатая компрессорная станция. В мембранном блоке – небольшом здании 6 на 12 мет­ров – сосредоточены узлы местного и дистанционного контроля параметров работы оборудования плюс инженерные системы жизнеобеспечения. Сам процесс выделения гелия выглядит следующим образом: проходя через газоразделительные модули первой мембранной ступени, исходное сырьё разделяется на продуктовый газ требуемого состава и пермеат или нецелевой газ, обогащённый гелием и другими компонентами. Затем пермеат первой ступени собирается в коллектор и подаётся на межступенчатый компрессор, где сжимается и направляется на вторую ступень мембранного разделения. Конкретно для этой задачи мембранная технология позволяет получать заданный концентрат гелийсодержащего газа и использовать для получения гелия высокой степени очистки – ценнейшего сырья для инновационных отраслей промышленности. 

«В России никогда прежде не извлекали гелий или гелиевый концентрат непосредственно на месторождениях, – заметил по этому поводу Солодов. – Активное развитие данного направления начал «Газпром», а мембранная технология извлечения гелия является инновационной для рынка России и мира». Основные её преимущества в сравнении с традиционным криогенным методом заключаются в низких эксплуатационных затратах и простоте обслуживания оборудования. На Ковыкте проводятся промышленные испытания перспективной технологии, в полной мере её плюсы почувствуют те, кто будет разрабатывать Чаяндинское месторождение – первый и ключевой объект Восточной газовой программы «Газпрома».