Сырьевая база и перспективы развития гелиевой промышленности России и мира

По состоянию на конец XX в. в космонавтике и ракетной технике использовалось около 20% потребляемого гелия (без учета использования в дыхательных смесях), для приготовления дыхательных смесей, в том числе для атмосферы обитаемых космических аппаратов — 3-4%, в низкотемпературной энергетике — 11–12%, в машиностроении (сварка и пр.)— около 18%, в металлургии, медицине и воздухоплавании — по 5%, в остальных областях — по 1–2%. Ожидается, что в долгосрочной перспективе резко увеличится потребление гелия в атомной энергетике — как минимум до 15%, для создания дыхательных смесей — до 17–18%, в медицине — до 8%.

Как следствие, в остальных областях при росте абсолютного потребления гелия его относительное потребление несколько снизится. В ядерной и термоядерной энергетике, энергетических и других системах с использованием явления сверхпроводимости, медицине, создании дыхательных смесей и т.д. гелий нельзя заменить другими веществами.

В России гелий в уникальных концентрациях содержится в природном газе месторождений Восточной Сибири и Республики Саха (Якутия). С началом освоения углеводородов в этих регионах актуализируется задача его извлечения, утилизации и сбыта. В связи с этим представляется целесообразным рассмотреть состояние сырьевой базы и добывающей промышленности основных перспективных поставщиков гелия на мировой рынок.

Сырьевая база гелия в мире

Оценки ресурсов и запасов гелия в мире опираются на огромный аналитический материал. В США оценки ресурсов и запасов газа, в том числе содержащегося в нем гелия, выполняются регулярно на государственном уровне Бюро минеральных ресурсов. Эта организация, обобщив результаты анализа более чем 21000 проб газов из месторождений в 26 странах, выполнила оценку запасов и ресурсов газа не только в США, но и в мире.

В России оперативный подсчет запасов открытых и разведываемых месторождений производится ежегодно. Результаты подсчета запасов проходят экспертизу и утверждение в Государственной комиссии по запасам (ГКЗ). Вместе с тем ряд стран, особенно развивающиеся страны, не ведут учет запасов и ресурсов гелия.

Под гелийсодержащими свободными газами в настоящей статье понимаются газы с концентрацией гелия свыше 0,02%. Они, в свою очередь, разделены на четыре группы:

• бедные (концентрация гелия 0,02–0,05%);
• богатые (0,05–0,30%);
• весьма богатые (0,30–1,0%);
• уникально богатые (> 1,0%).

При оценке запасов и ресурсов гелия весьма богатые и уникально богатые гелийсодержащие газы объединены в одну группу. Классификация построена с учетом коммерческой практики в США и России.

По степени достоверности оценки запасы и ресурсы гелия в США разделены на категории. Содержательно эти категории идентичны категориям запасов и ресурсов природного газа и отличаются от последних лишь названиями. Выявленные запасы (reserves identified) газа разделяются на «доказанные» (proved) и «вероятные» (probable), а ресурсы (resources) — на «возможные» (possible) и «прогнозные» (speculative). Выявленные запасы гелия делятся на «измеренные» (measured) и «установленные» (indicated). Невыявленные (undiscovered) ресурсы — на «гипотетические» (hipothetical) и «прогнозные» (speculative).

В России запасы природного газа и гелия разделяют на категории А, B, C1, С2, а ресурсы — на категории С3, Д1 и Д2. В настоящее время в МПР России, Минпромэнерго России и ГКЗ ведется работа по уточнению классификации запасов и ресурсов, с тем чтобы приблизить ее к международным стандартам.

Основная часть мировых запасов гелия (65%) сосредоточена в России и США. При этом достоверность подсчета и качество запасов в США в настоящее время выше, чем в России. В оценку для США в составе доказанных запасов входит свыше 95% газов с концентрацией гелия свыше 0,35, в том числе около 1 млрд м³ в хранилище Клиффсайд с концентрацией гелия 70%.

За последние 10 лет запасы гелия в мире практически не изменились. Это связано с тем, что одновременно с истощением сырьевой базы природного газа в США происходил прирост запасов гелия в России, прежде всего в Восточной Сибири. В период 1994–2003 гг. объем выявленных запасов этого сырья в США снизился более чем на 40%. За исключением двух крупнейших месторождений природного газа с высокими концентрациями гелия (Райли Ридж на юго-западе штата Вайоминг и Хьюготон в штате Техас), запасы большинства месторождений гелийсодержащего природного газа в США истощены.

Запасы гелия в Нидерландах снизились с 0,7 до 0,6 млрд м³, в Польше — с 0,8 до 0,3 млрд м³. Кроме России, в последнее время прирост запасов гелия (с 2,1 до 3,0 млрд м³) имел место в Алжире, что связано с расширением геологоразведочных работ на углеводороды в этой стране и открытием ряда крупных гелийсодержащих месторождений природного газа. Увеличение запасов гелия отмечено также в Катаре.

Сырьевая база гелия в России

Основные гелиевые газогеохимические провинции России связаны с нефтегазоносными бассейнами Восточно-Европейской и Сибирской платформ. Из разведанных в России месторождений природного газа в качестве источника гелия могут рассматриваться 176 объектов. Гелий учитывается в растворенном газе при содержании не менее 0,035%, в свободном (включая газ газовых шапок) — не менее 0,05%.

На 01.01.2003 г. объем запасов гелия в России по категориям А+В составлял 322,6 млн м³, по категориям А+В+С1 — 9075,5 млн м³, С2 — 7894,8 млн м³. Основное количество запасов гелия сосредоточено в Сибирском федеральном округе (ФО) — более 50% (около 4490 млн м³) всех запасов гелия в России. Кроме того, значительными запасами этого газа располагает Дальневосточный ФО, прежде всего Республика Саха (Якутия) - 3169 млн м3 (35% общероссийского показателя).

По 7% всех запасов гелия в России приходится на Приволжский ФО (главным образом на Оренбургскую область) и Южный ФО (прежде всего на Астраханскую область). В распределенном фонде недр находится 61,67% запасов гелия категорий А+В+С1. Остаток запасов, утвержденных ГКЗ и ЦКЗ, составляет 5426,3 млн м³ (59,79% разведанных запасов, учтенных балансом).

По сравнению с 2001 г. запасы категорий А+В+С1 уменьшились на 27,3 млн м³, С2 - на 5,1 млн м³. Начальные запасы 16 основных месторождений гелия в России (с начальными извлекаемыми запасами категорий А+В+С1 более 30 млн м³) составляли 9403 млн м³. Объемы добычи и потери газа с начала разработки находятся на уровне 673 млн м³. В настоящее время на этих месторождениях сосредоточено более 96% всех запасов гелия в России.

К крупнейшим гелиевым месторождениям России относятся:

• Ковыктинское в Иркутской области — объем разведанных запасов категорий А+В+С1 — 3381 млн м³,
• Чаяндинское в Республике Саха (Якутия) — 1848 млн м³,
• Собинское в Эвенкийском АО — 795 млн м³,
• Астраханское в Астраханской области — 625 млн м³,
• Среднеботуобинское в Республике Саха (Якутия) — 606 млн м³,
• Оренбургское в Оренбургской области — 461 млн м³,
• Тас-Юряхское в Республике Саха (Якутия) — 409 млн м³.

Основная часть запасов гелия категорий А+В+С1 заключена в залежах свободного газа — 6637,6 млн м³ (73,14%). В газе газовых шапок содержится 2398,5 млн м³ (26,43%), в растворенном в нефти газе — 39,4 млн м³ (0,43%).

В отличие от Сибирского, Приволжского и Южного федеральных округов, где гелий сосредоточен преимущественно в свободном газе, в Дальневосточном ФО, прежде всего в Республике Саха (Якутия), этот газ находится в газовых шапках. Более 80% всего гелия в России, находящегося в растворенном состоянии в газе, приходится на Приволжский ФО, главным образом на Оренбургское месторождение.

В стратиграфическом отношении запасы гелия Южного, Приволжского и Сибирского федеральных округов приурочены в основном к палеозойским продуктивным отложениям. В Республике Саха (Якутия) запасы этого газа сосредоточены в докембрийских отложениях. В целом на долю палеозоя приходится более 58% всех запасов гелия в России, докембрия — около 42%.

Почти все выявленные запасы гелия связаны с углеводородными газами и лишь 36,4 млн м³ (0,4% учтенных запасов по категориям А+В+С1) — с азотными. Все месторождения азотного газа расположены на территории Приволжского ФО в Республиках Удмуртской и Башкортостан. Содержание гелия в азотном газе изменяется в интервале 0,044—0,146%. Продуктивными являются среднекаменно-угольные отложения.

Газы месторождений Оренбургской и Астраханской областей достаточно бедные и содержат в среднем 0,05% гелия, азотные газы месторождений Республик Удмуртской и Башкортостан — 0,1–0,2%. Природные и попутные газы месторождений Саратовской и Самарской областей, Республики Коми содержат 0,3—0,4% гелия, однако его общие запасы относительно невелики.

Газы Западной Сибири небогаты гелием (0,01–0,02%), поэтому они неперспективны для промышленного извлечения гелия, несмотря на их колоссальные запасы.

Производство гелия в мире

В настоящее время крупномасштабное производство гелия в мире сосредоточено на 16 заводах:

• на территории США — 13,
• в Алжире (Арзев) — 1,
• в Польше (Одолянов) — 1,
• в России (Оренбург) — 1.

В 2003 г. производство гелия в мире составило 110 млн м³, в том числе в США — 87 млн м³, Алжире — 16 млн м³, России — более 6 млн м³, Польше — около 1 млн м³.

С 1994 по 1999 г. производство гелия в мире увеличилась с 109,5 до 137,0 млн м³, в первую очередь за счет роста добычи в США. Однако за последние 5 лет производство гелия в этой стране значительно сократилось, что связано с закрытием федеральной программы по гелию, приватизацией этой отрасли и сокращением сырьевой базы гелия в США. В 1994–2003 гг. значительно возросло производство гелия в Алжире, где этот показатель вырос с 2 до 16 млн м³.

Особенностью функционирования мировой гелиевой промышленности является монополизация рынка этого продукта США (79%) и Алжиром (15%). В значительно меньшей степени располагает производственными мощностями Россия (5% мирового показателя) и Польша (менее 1%). Небольшие заводы по производству гелия во Франции, Нидерландах, Австралии, Китае не влияют на общую ситуацию гелиевого рынка. Такое положение обусловлено резкой неравномерностью в распределении ресурсов и запасов гелия между странами, а также степенью и темпами развития наукоемких технологий.

Доминирующее положение на мировом рынке гелия занимают США. Интерес правительства этой страны к гелию возник еще во время первой мировой войны, когда в армии и авиации США оценили свойства инертного «аэростатного» газа. Участие Горного бюро в программе по гелию началось в 1925 г. с момента принятия Закона о гелии. Согласно этому закону Горное бюро было уполномочено отстроить и эксплуатировать заводы по экстракции и очистке гелия. Первый завод был введен в эксплуатацию в 1929 г. в Амарильо, штат Техас.

Потребности в гелии резко возросли во время второй мировой войны, и было построено еще 4 завода. Частные предприятия по экстракции и очистке гелия появились после принятия поправок к Закону о гелии в 1960 г., в соответствии с которыми министр внутренних дел получил полномочия (затем эти полномочия перешли к Горному бюро) заключать долгосрочные контракты на покупку и консервацию гелия и дальнейшее его хранение в хранилище Клиффсайд вблизи Амарильо. Закон от 1960 г. предписывал министру внутренних дел координировать работу предприятий по экстракции и очистке гелия, а также систем его хранения и транспортировки. По этому закону Горное бюро получило право реализации долгосрочной программы консервации гелия.

В соответствии с разработанной программой правительство США должно было покупать гелий у частных компаний на основе долгосрочного 22-летнего контракта. Для реализации закупок у Министерства финансов был взят заем на сумму 252 млн дол. с расчетом, что деньги будут возвращены после будущих продаж гелия. С декабря 1962 г. по ноябрь 1973 г. по этой программе ежегодно консервировалось около 100 млн м³ гелия. В результате четыре частные компании, добывающие природный газ, построили 5 заводов по экстракции гелия и заключили 22-летние контракты с Горным бюро.

В 1973 г. было решено, что количества запасенного гелия хватит на ближайшие 100 лет, и контракты на покупку гелия у частных компаний были расторгнуты. Правительство продолжало участвовать в гелиевом бизнесе США, владея трубопроводом, подземным хранилищем в Клиффсайде, а также очистными заводами.

9 октября 1996 г. Президент США подписал Закон о приватизации гелия. По этому закону правительство США должно было прекратить производство и продажу чистого гелия. Горное бюро было распущено, и все ответственности по гелию были переданы Управлению по землеустройству. По Закону о приватизации гелия правительство предложило на продажу гелий-сырец из хранилища с таким расчетом, чтобы до 1 января 2015 г. были проданы количества, превышающие 170 млн м³. Гелий должен быть продан по ценам, которые бы гарантировали выплату займа Министерству финансов (заем вырос до 1,4 млрд дол.) и таким образом, чтобы гелиевый рынок не был разрушен.

В связи со вступлением в силу Закона о приватизации гелия (1996 г.) этот газ стал активно извлекаться частными операторами из хранилища, вместе с этим закачка обратно в пласт стала неуклонно сокращаться. С 1996 по 2003 г. возврат частным операторам гелия из хранилища увеличился с 22 до 50 млн м³/год. В этот же период поступления гелия в государственное резервное хранилище сократились с 37 до 18 млн м³, сокращения закачки в частные хранилища составили около 10 млн м³. В конечном итоге с 2000 г. суммарная закачка гелия в хранилища стала превышать отбор этого газа. В 2001–2003 гг. ежегодный отбор составлял уже 25–26 млн м³ (в 1995 г. закачка составляла 30 млн м³).

Из заводов по производству гелия в США 5 находятся в Канзасе, 4 — в Техасе и по одному — в Колорадо, Юте и Вайоминге.

Производство гелия в России

В России гелий извлекается из природных и попутных нефтяных газов с низким его содержанием (0,04–0,12%). До недавнего времени он вырабатывался на пяти заводах: Оренбургском гелиевом заводе (ОГЗ), Московском ГПЗ, Сосногорском ГПЗ, Миннибаевском ГПЗ и Отрадненском ГПЗ.

Основным поставщиком гелия являлся ОГЗ, производительность остальных заводов была невелика. Так, в 1986 г. было извлечено порядка 7,7 млн м³ гелия, в том числе:

из природных газов

• на ОГЗ — 7,1 млн м³,
• Московском ГПЗ — 0,2 млн м³,
• Сосногорском ГПЗ — 0,1 млн м³;

из попутных нефтяных газов

• на Миннибаевском ГПЗ — 0,25 млн м³,
• Отрадненском ГПЗ — 0,1 млн м³.

На гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург» производится 100% российского гелия

В настоящее время гелий извлекается только на ОГЗ; другие заводы из-за нехватки сырья, снижения концентрации гелия в перерабатываемом газе, а также из-за износа оборудования остановлены. Сырьевой базой для ОГЗ является Оренбургское газоконденсатное месторождение с содержанием гелия в газе —0,055%.

На ОГЗ начиная с 1977 г. были введены в строй 6 установок для получения гелия, каждая производительностью 3 млрд м³/год по перерабатываемому газу (1,5 млн м³/год по гелию). Дополнительной продукцией завода являются этановая фракция и широкая фракция легких углеводородов.

Добыча гелиеносных газов на Оренбургском и других близко расположенных месторождениях постоянно снижается. Для сохранения постоянных объемов переработки газа на Оренбургском газохимическом комплексе на него в последнее время начали подавать дополнительно газ Карачаганакского газоконденсатного месторождения, содержащий лишь 0,01% гелия. Извлекать гелий из этого газа нерентабельно.

В 2003 г. добыча гелия на Оренбургском месторождении составила 6,1 млн м³, при этом ежегодные потери при добыче природного газа составляют сопоставимую величину.

Газодобывающие регионы с развитой инфраструктурой не утилизируют либо утилизируют не в полном объеме гелий, содержащийся в добываемом природном газе. Общая добыча и потери гелия с начала разработки газовых месторождений в России составляют более 860 млн м³. Из них на Оренбургскую область приходится около 70%.

Затраты на производство гелия почти обратно пропорциональны его концентрации в перерабатываемом природном газе. В перерабатываемом в России газе концентрация гелия в 8–15 раз ниже, чем в США, поэтому при примерно сходных технологии и технической оснащенности гелиевых заводов себестоимость гелия в России в среднем в 10 раз выше.

Себестоимость гелия также зависит от комплексности переработки (дополнительное извлечение этана, тяжелых углеводородов, серы и др.), производительности установок, количества исходных загрязняющих примесей в газе, месторасположения завода, местных условий газопотребления и газотранспорта. Ориентировочные энергозатраты на выделение гелия из газов, содержащих 0,02; 0,05; 0,35% гелия, составляют 250, 100 и 18 кВт • ч/м³ соответственно.

Без строительства новых заводов выработка гелия будет неуклонно снижаться. Дальнейшее развитие его производства должно осуществляться на базе богатых гелиеносных месторождений Иркутской области, Красноярского края и Республики Саха (Якутия). Содержание гелия в составе газов этих территорий находится в пределах от 0,15 до 0,6%.

Объемы и сфера потребления гелия напрямую зависят от состояния экономики государства, уровня развития в нем техники и технологии. Текущее кризисное состояние российской экономики не дает возможности осваивать новые гелиеемкие производства и технологии, конверсия в оборонной промышленности привела к снижению спроса на военных производствах.

В 1993 г. был пущен ожижитель гелия на ОГЗ, где до этого на 6 установках производился только газообразный гелий. Сейчас здесь работает 5 установок по производству газообразного гелия и 3 ожижителя производительностью 500 л/ч каждый. Часть жидкого гелия идет на внутренний рынок, другая часть (около 4 млн м³) в жидкой форме экспортируется в Европу через крупнейшие криогенные компании BOC (США) и MESSER (Германия).

Потенциал производства гелия в России

Потенциал производства гелия в России определяется уровнем и структурой его запасов, в свою очередь зависящих от объема запасов месторождений природного газа и содержания гелия в природном газе. Содержание гелия в природном газе определяет экономическую целесообразность его утилизации.

В целом по России потенциал ежегодной добычи гелия по крупнейшим месторождениям с начальными извлекаемыми запасами категорий А+В+С1 более 30 млн м³ оценивается в 380–390 млн м³. На месторождениях Эвенкийского АО и Иркутской области этот показатель может составить около 170 млн м³, Республики Саха (Якутия) — около 180 млн м³.

Содержание гелия на этих месторождениях варьируется от 0,19–0,26% на Среднеботуобинском (газовая шапка) и Ковыктинском месторождениях до 0,58–0,67 на Собинском и Среднеботуобинском (свободный газ).

В Южном ФО достаточно высоким потенциалом ежегодной добычи гелия (23,4 млн м³) характеризуется Астраханское газоконденсатное месторождение (Астраханская область). Однако его отличают и наиболее низкие показатели содержания гелия в природном газе (0,02–0,023%) среди крупнейших гелийсодержащих месторождений России.

В настоящее время добыча гелия в России ведется только в Приволжском ФО на Оренбургском месторождении. Потенциал месторождения по гелию используется только на 45%. Остальная часть сырья не утилизируется. Другие месторождения округа характеризуются незначительным потенциалом добычи и низким содержанием гелия в природном газе.

Потенциальные возможности и прогноз производства гелия в мире

Потенциальные возможности мирового производства гелия определяются наличием сырьевой базы этого газа, инфраструктуры по добыче и транспортировке природного газа и перспективами ее создания в мире (поскольку основная часть гелия сосредоточена в природном газе), конъюнктурой мирового рынка гелия.

Как уже было сказано выше, в настоящее время основные запасы гелия сосредоточены в США, России, Алжире и Катаре — в перспективе именно эти страны будут основными игроками на мировом рынке гелия. Прогнозные объемы добычи гелия будут определяться параметрами реализуемых и перспективных проектов.

На сегодняшний день основная добыча гелия в США производится на месторождениях Райли Ридж (штат Вайоминг) и Хьюготон (штат Техас). Остальные гелийсодержащие месторождения природного газа практически истощены и утилизация гелия на них не представляется целесообразной. Ежегодное производство гелия в штате Техас составляет около 60 млн м³, в штате Вайоминг — около 25 млн м³. Разработка месторождения Хьюготон находится на завершающей стадии с падающей добычей. Вместе с падением добычи газа здесь сокращается и производство гелия. Исходя из естественных закономерностей добывающих отраслей и условий разработки газовых месторождений ежегодное падение добычи гелия на месторождении Хьюготон может составить 2–3% в год.

Добыча гелия на месторождении Райли Ридж в ближайшие 15 лет стабилизируется на современном уровне. В связи с этим суммарная добыча гелия в США может составить в 2010 г. — 73 млн м³, 2015 г. — 64 млн м³, 2020 г. — 57 млн м³, 2030 г. — 44 млн м³.

Алжир располагает третьими по величине доказанными запасами гелия в мире. За последнее десятилетие они выросли почти в 2 раза. В настоящее время функционирует завод по извлечению гелия в Арзеве мощностью 17 млн м³. В связи с перспективами увеличения добычи природного газа принято решение о строительстве аналогов завода в Скикде. Мощности первой и второй очередей составят по 7,5 млн м³/год. Реализация первой очереди была запланирована на 2005 г., второй — на 2007 г. Таким образом, общий объем экспорта алжирского гелия на мировой рынок за период 2007–2030 гг. будет составлять более 32 млн м³/год.

В перспективе к крупнейшим производителям гелия в мире присоединится Катар. Эта страна входит в четверку по объемам доказанных запасов гелия в мире. С 2005 г. гелий начал поступать на рынок Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР) с катарского гелиевого завода в Рас Лаффане проектной мощностью 14–15 млн м³/год. После 2015–2020 гг. возможно строительство второго комплекса по извлечению и переработке гелия в стране мощностью 15–20 млн м³.

В связи со значительным истощением сырьевой базы гелия в Польше после 2005–2007 г. ожидается остановка гелиевого завода в Одолянове.

С началом реализации крупномасштабной добычи природного газа в Восточной Сибири и Республике Саха (Якутия) Россия может стать крупнейшим поставщиком гелия на мировой рынок, в первую очередь — в страны АТР. С учетом перспективного уровня спроса на рынке АТР поставки гелия из России могут составить в 2010 г. — 9 млн м³, 2020 г. — 35 млн м³, 2030 г. — более 90 млн м³.

Источники информации

1. Analyses of Natural Gases, 1996–1997. Bureau of Land Management, Technical Note 404, 2000.

2. Helium. Ch. In Mineral Commodity Summaries, U.S. Department of the Interior, U.S. Geological Survey. — 2004. — P.80-81.

3. Helium. Ch. In United States Mineral Resources, U.S. Geological Survey Professional Paper, 1995.

4. International Petroleum Encyclopedia. — 1998. — Vol. 31. PennWell Publishing Co. Tulsa. OK. 2001.

5. Peterson Joseph B. Helium. Ch. In Minerals Yearbook, Annual. — 2004. — Vol. 7.

6. New York Times. — 1995. — March 19.

7. Oil & Gas Journal. — 1999-2004. — № 1–52.

8. Statistical Abstract of the United States 1997/ U.S. Dep. of commerce: Bureаu of census. Washington, 2000.

9. Беньяминович О.А. Производство и использование гелия в США. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. — М.: ВНИИЭгазпром, 1983. — Вып. 4.

10. Беньяминович О.А. США — страна производства гелия // Газовая промышленность за рубежом. — 1987. — № 6.

11. Государственная концепция развития Сибири на долгосрочную перспективу. Исходные материалы к проекту / Н.Л.Добрецов, А.Э.Конторович, В.В.Кулешов, В.Е.Селиверстов, А.Г.Коржубаев, М.К.Бандман, Ю.Ш.Блам, А.С.Борисенко, Л.М.Бурштейн, З.И.Калугина, Г.Д.Ковалева, В.А.Косяков, В.А.Крюков, В.Р.Лившиц, Е.В.Любимова, В.Н.Чурашов, М.А.Ягольницер. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000.

12. Иванов Б.А. Проблемы добычи и использования гелия // Холодильное дело. — 1996. — № 2.

13. Игнатов Ю. Гелий: свойства, применение, производство и глубокая очистка. — Л., 1978.