[Перевод] Как устроен Стратегический нефтяной резерв США

Стратегический нефтяной резерв США (СНР) — крупнейшее в мире хранилище сырой нефти. В него помещается до 714 миллионов баррелей нефти, что чуть меньше 10% от ежегодного потребления нефти в США. СНР был построен в ответ на нефтяное эмбарго ОАПЕК 1973 года с целью изолировать США от потрясений, связанных с рынком нефти: для компенсации дефицита и предотвращения резкого роста цен в случае перебоев с поставками нефти. За годы, прошедшие после его создания, он стал одним из самых часто применяемых инструментов энергетической политики в арсенале США.

Недавно СНР привлёк к себе серьёзное внимание: администрация Трампа регулярно извлекала из резерва нефть (примерно 120 миллионов баррелей на момент написания статьи) в ответ на закрытие Ираном Ормузского пролива. В основном это внимание было связано с техническими факторами максимального объёма безопасно извлекаемой из резерва нефти: например, различные источники заявляли, что минимальный безопасный уровень эксплуатации СНР составляет 300 миллионов баррелей нефти (этот уровень пересекли приблизительно 7 августа) и что ниже этого объёма в хранилище может произойти авария.

Не совсем ясно, справедливо ли это утверждение о 300 миллионах баррелей, но у хранилища действительно есть ограничение на максимально извлекаемый объём и количество его возможных опустошений. Учитывая текущую важность СНР, стоит разобраться в том, как он строился и как работает сегодня.

Предпосылки создания Стратегического нефтяного резерва

Почти сразу после того, как нефть превратилась в стратегически важный для США ресурс, у разных людей стали появляться мысли о её накоплении на непредвиденные случаи. Первые стратегические запасы нефти в США были созданы для военных: в 1912 году на землях Калифорнии, содержащих нефть, был организован Нефтяной резерв ВМФ, а к 1920 году в стране уже было четыре хранилища НР ВМФ¹. Во время Второй мировой войны министр внутренних дел США Гарольд Икес продвигал концепцию накопления нефти «для военных и гражданских нужд». Он был назначен президентом Petroleum Reserves Corporation — государственной корпорации, пытавшейся (неудачно) получить контроль над нефтяными месторождениями Ближнего Востока для создания резерва. В 1952 году Комиссия по ресурсной политике президента Трумана предложила создание неприкосновенного нефтяного резерва, а президент Эйзенхауэр рекомендовал создать такой резерв после прекращения импорта нефти вследствие Суэцкого кризиса.

^{1. Позже, во время администрации Хардинга, Нефтяной резерв ВМФ стал одной из причин крупного скандала: министр внутренних дел Альберт Фолл брал с компаний взятки за аренду земель Нефтяного резерва в «Типот Доум» (Вайоминг).}

Но мысль о реализации нефтяного резерва для гражданских и государственных нужд окончательно укрепилась лишь во время нефтяного эмбарго ОАПЕК 1973 года. К началу 1970-х спрос на нефть в США всё быстрее обгонял добычу внутри страны, усиливая её зависимость от импорта; в 1963–1970 годах избыток нефтедобычи (величина, на которую можно увеличить внутреннюю добычу в случае кризиса) упал на 75%, а с 1967 по 1973 год импорт нефти в США вырос в два с лишним раза. Когда в октябре 1973 года ОАПЕК объявила нефтяное эмбарго, оно сразу ударило по США: стоимость бензина подскочила на 40% и возник масштабный дефицит топлива.

Ещё до эмбарго, в ответ на снижение поставок нефти и частые угрозы о прекращении экспорта со стороны ближневосточных стран, администрация Никсона заказала у Национального нефтяного комитета исследование о влиянии серьёзных перебоев поставок нефти. В отчёте Комитета, выпущенном всего за несколько месяцев до эмбарго, утверждалось, что крупный нефтяной резерв может использоваться в качестве буфера на случай дефицита импорта. В нём рассматривалось множество различных способов хранения нефти, в том числе оставление разведанных резервов в земле и закачивание в надземные стальные цистерны, но авторы отчёта пришли к выводу, что наиболее экономичным решением будет подземное хранение в опустошённых от крупных залежей соли кавернах, называемых соляными куполами. Сформированное после введения нефтяного эмбарго Федеральное агентство по энергетике (позже оно станет Министерством энергетики) позже выпустило отчёт, в котором тоже говорилось, что самым экономичным способом станет хранение больших объёмов нефти в подземных соляных куполах.

Это предложение стало реальностью в 1975 году, когда Джеральд Форд подписал Закон о энергетической политике и энергосбережении. Среди прочих положений он санкционировал создание нефтяного резерва объёмом до 1 миллиарда баррелей для «снижения уязвимости США перед последствиями серьёзного дефицита поставок энергии». В 1977 году началось строительство СНР.

Строительство СНР

При планировании СНР было рассмотрено множество вариантов хранения нефти, в том числе использование большого флота стоящих на приколе нефтяных танкеров. Однако в конечном итоге было принято решение, что наилучшим вариантом будет рекомендованный Национальным нефтяным комитетом и Федеральным агентством по энергетике: хранение нефти в больших подземных соляных кавернах.

Соляные куполы — это огромные подземные соляные структуры, потенциально простирающиеся на километры вглубь и вширь. Они образовались, когда геологические силы вытеснили подземные залежи каменной соли через породу над ними. Впервые они были обнаружены в середине 19-го века и начали активно исследоваться в начале 20-го века, после того, как рядом с соляным куполом в Спиндлтопе (штат Техас) была обнаружена нефть: в процессе вытеснения соли в породу над ней она способна образовывать вокруг купола полости, где могут накапливаться нефть и газ. Так как каменная соль практически непроницаема для нефти и газа, полые каверны внутри соляных куполов были потенциально привлекательным резервуаром для хранения больших объёмов сырой нефти.

Эти каверны могут создаваться при помощи так называемого «подземного выщелачивания»: вглубь соляного купола бурится скважина, в которую подаётся вода. Вода растворяет соль, и получившийся солевой раствор (рассол) выкачивается, оставляя вместо себя полость, в которой раньше находилась соль. Добыча каменной соли при помощи растворения ей в воде практиковалась в Европе сотни лет, однако современное подземное выщелачивание — бурение скважин в подземные залежи соли и подача воды в них — впервые начали практиковать в 1860-х–1870-х годах в Нью-Йорке². К 1970-м годам подземное выщелачивание стало распространённой методикой добычи соли. Такие компании, как Morton Salt, использовали выщелачивание для получения пищевой соли, а Dow Chemical применяла его в качестве источника сырья для нефтехимической промышленности.

^{2. Извлечением залежей рассола впервые начали заниматься ещё в Китае примерно в 250 году до н. э.}

Изначально подземные каверны, образованные выщелачиванием, просто забрасывали, но к середине 20-го века их стали использовать в качестве хранилищ. В 1940-х Канада первой задумалась о подземных хранилищах в кавернах, и с 1950-х это стало популярным способом хранения сжиженного нефтяного газа в Северной Америке и Европе. К 1976 году частные компании США создали более девятисот выщелоченных каверн с суммарным объёмом хранения в 300 миллионов баррелей. Соляные каверны стали очевидным выбором для хранения беспрецедентных объёмов нефти, и таким образом их начали применять под Стратегический нефтяной резерв.

В качестве местоположения резерва выбрали район побережья Техаса и Луизианы: в этом регионе не только имелось множество соляных куполов, пригодных для хранения, но и они находились вблизи от существующей нефтяной и газовой инфраструктуры, что упрощало заполнение резерва и выкачивание из него нефти.

Строительство было разделено на три этапа. На первом этапе множество соляных каверн должны были преобразовать в хранилища сырой нефти в пяти точках вдоль побережья:

• Четыре каверны Bryan Mound (Техас).

• Пять каверн West Hackberry (Луизиана).

• Шесть каверн Bayou Choctaw (Луизиана).

• Три каверны Sulphur Mines (Луизиана).

В дополнение к этим кавернам, образованным подземным выщелачиванием, под СНР также задействовали обычную соляную шахту Weeks Island (Луизиана). Суммарно хранилища первого этапа должны были обеспечить СНР объём 248 миллионов баррелей. А поскольку каверны уже существовали, их можно было быстро начать заполнять нефтью.

На втором этапе на этих участках выщелачиванием должны были создать 29 новых каверн, добавлявших к объёму хранения ещё 290 миллионов баррелей. На третьем этапе к СНР должен был добавиться новый участок Big Hill (Техас), обеспечив суммарный объём хранилищ в 750 миллионов баррелей.

Из-за давления политиков, требовавших максимально быстрого создания запасов, сроки строительства сжали, и первая нефть поступила в СНР в 1977 году. Но вскоре проект начала преследовать череда неудач. У сотрудников Федерального агентства по энергетике, которым было поручено руководить проектом, оказалось мало опыта в управлении крупными строительными проектами, и контроль затрат оказался для них сложной задачей. Спецификации материалов и оборудования были составлены до полного завершения планов, что в дальнейшем создало проблемы: некоторые выбранные ресурсы оказались неподходящими для проекта. Оборудование, например, насосы, часто выбиралось из-за доступности, а не по критерию оптимальности, что приводило к поломкам и затратным обходным решениям. Воспользовавшись неопытностью руководства, подрядчики активно занимались мошенничеством: бывшие в употреблении клапаны продавались под видом новых, а буровые головки покупались, крались, а затем продавались государству повторно. Одного подрядчика уличили в краже 18 грузовиков оборудования стоимостью 427 тысяч долларов, ещё одного обвинили в похищении на сумму 8 миллионов долларов нефти, предназначенной для Bayou Choctaw, и закачке вместо неё «опасных и ядовитых отходов» (однако правительство опровергло это). К концу 1970-х одновременно расследовалось более двух десятков случаев мошенничества, связанного с СНР.

И несмотря на высокую популярность проекта СНР, у него были и противники, пытавшиеся замедлить реализацию проекта. Губернатор Луизианы Эдвин Эдвардс считал СНР пустыми государственными тратами и пошёл «крестовым походом из одного человека» против проекта, используя для его замедления различные законы о защите природы, пока его наконец не убедили в выгодности СНР для Луизианы. Эдвардс выбил для Луизианы уступки: замедление подготовки участков для минимизации потери работы местными жителями и перенос офиса СНР в Луизиану вместо изначально запланированного Хьюстона.

Существовала и более обширная группа противников, стремившихся защитить природу. При создании каверн СНР второго и третьего этапов это должно было привести к образованию и сбросу больших объёмов рассола; часть этого рассола можно было снова закачать под землю, но львиную его долю пришлось бы слить в Мексиканский залив. Местные рыбаки, озабоченные потенциальным ущербом для популяций рыбы и креветок, высказывались против, в конечном итоге вынудив протянуть трубопроводы для сброса рассола гораздо глубже в Мексиканский залив, чем планировалось изначально. В первые годы реализации программы для получения всех природоохранных разрешений потребовалось огромное количество времени и усилий, и к 1978 году Департамент проекта СНР оформил 25 отчётов, обязательных в соответствии с Законом о национальной политике в области окружающей среды.

Кроме того, со строительством СНР было связано множество технических трудностей. На первом этапе строительства требовалась переделка образованных подземным выщелачиванием каверн, но эти каверны изначально не предназначались для хранения нефти: некоторые из них оказались неподходящими для этой задачи, другие можно было превратить в хранилища, но они не могли уместить в себе запланированный объём нефти из-за ограничений, связанных с давлением. Суммарно, каверны первого этапа обеспечили объём на 87 миллионов баррелей меньше, чем ожидалось.

Технические трудности продолжились и на втором этапе, когда началось выщелачивание новых каверн. Создававшиеся ранее каверны имели размер порядка 1 миллиона баррелей и лишь немногие достигали отметки в 4 миллиона. Однако большинство каверн второго этапа должно было содержать от 10 миллионов баррелей и более, что гораздо больше, чем в ранее образованных кавернах. Руководство СНР изучило весь доступный ему опыт применения каверн подземного выщелачивания под хранилища нефти на примере западногерманского нефтяного резерва, для которого тоже применялись каверны и который уже эксплуатировался, но в гораздо меньших объёмах, нежели СНР (всего 30 миллионов баррелей). Это значило, что раньше подобных проектов и связанных с ними трудностей ещё не возникало. Например, когда началось подземное выщелачивание, обнаружилось, что рассол можно откачивать из-под земли гораздо медленнее, чем ожидалось, и что вымывание происходит гораздо дольше расчётного. Всё это замедлило строительство каверн.

Технические, политические и управленческие трудности, возникавшие в процессе строительства СНР, увеличили затраты и сроки реализации проекта. В 1976 году оценочная стоимость СНР с учётом второго этапа составляла 766 миллионов долларов; всего два года спустя эта сумма выросла до 1,47 миллиарда (примерно 7,5 миллиарда в ценах 2026 года). По исходному плану третий этап должен был завершиться к 1983 году, когда хранилища планировалось заполнить 750 миллионами баррелей сырой нефти. Однако в 1983 году фактический уровень заполнения оказался примерно вдвое меньше, а многие каверны ещё не были готовы. С 1980 по 1993 год было создано 49 новых каверн для СНР, что увеличило общий объём хранилища до 750 миллионов баррелей, но реальный уровень заполнения до 2000-х лишь ненамного превышал 500 миллионов баррелей.

После завершения строительства СНР продолжалось его развитие. Маленький участок Sulphur Mines в 1992 году вывели из эксплуатации, а в 1996 году начался вывод из эксплуатации участка Weeks Island, поскольку выяснилось, что в хранилище постепенно проникают грунтовые воды. За последние двадцать лет были выведены из эксплуатации три оставшихся каверны первого этапа, что снизило общее количество каверн резерва до шестидесяти.

Эксплуатация СНР

Схематически работа СНР относительно проста. Каждая его каверна заполняется нефтью, находящейся поверх более тяжёлого рассола. Для извлечения нефти из каверны в неё подаётся вода, выталкивающая нефть наверх. Для заполнения каверны нефтью подаётся нефть и выкачивается рассол. Таким образом, каверны всегда заполнены жидкостью, меняется только расположение границы между нефтью и рассолом.

Но при таком схематичном описании остаются необъяснёнными многие тонкости. Мы воспринимаем физическую инфраструктуру как нечто статическое и неизменное, но на самом деле различные силы непрерывно меняют форму каверн.

Одна из таких сил — оползание каверн. Каверны СНР расположены в сотнях метров под землёй, и масса породы постоянно давит на стены каверн, постепенно сжимая их. При сжатии каверн увеличивается давление внутренних жидкостей, а это давление, в свою очередь, препятствует дальнейшему сжатию каверн. Но при снижении давления, происходящем при операциях по ремонту скважин, оползание каверн ускоряется. Каждый год из-за оползания каверн в зависимости от количества скважин и требуемой длины их ремонта СНР теряет до 2,4 миллиона баррелей (~0,33%) объёма хранения.

С другой стороны, для извлечения нефти из каверн в них необходимо закачивать воду. А когда в каверны попадает пресная вода, она растворяет часть соли со стен каверн. Каждые 100 баррелей воды растворяют примерно 15 баррелей соли; следовательно, откачка всей нефти из каверны СНР увеличит её размер примерно на 15%.

Из-за этого каверны СНР имеют ограниченный срок службы. После определённого количества откачек нефти стены каверны становятся слишком тонкими, чтобы их можно было использовать в качестве хранилища; они больше не способны выдерживать напряжения и могут начать пропускать нефть в окружающие каверны или за пределы самого соляного купола.

На износ и максимальное количество откачек нефти влияют различные факторы. Каверны второго и третьего этапов, предназначенные для хранения именно нефти, спроектированы высокими и тонкими, похожими на сигары, и расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы обеспечить достаточно пространства для постепенного разрастания. Однако многие из каверн первого этапа, изначально создававшихся для других целей, имеют неровные формы или тонкие стены, из-за чего их невозможно использовать для многократной откачки. Такие каверны называют кавернами «одноцикловой откачки». На данный момент в СНР используется 11 каверн первого этапа, и у шести из них осталась одна или меньше возможных откачек.

На срок службы каверны влияет и способ её использования. Когда каверна целиком опустошена, износ её стен относительно равномерен, но если она подвергалась множественным частичным откачкам с последующим заполнением, то износ концентрируется на дне каверны, приводя к образованию «нежелательных форм», способных стремительно снижать срок службы каверны. И наоборот, можно увеличить срок её службы, стратегически опустошая каверны таким образом, чтобы износ образовывал более предпочтительную форму.

Износ каверны — это не просто растворение соли водой и истончение стен; геология каверн сложна, и они могут изнашиваться сложным образом. Изменение нагрузок на стены может вызывать солевые обвалы (когда блоки соли падают в каверну) или открывать трещины или щели, приводящие к утечкам. Из-за этого Сандийские национальные лаборатории внимательно следят за состоянием каверн СНР при помощи различных инструментов, например, сонаров. Каждый год Лаборатории выпускают отчёт с оценками того, сколько ещё осталось возможных полных откачек из каждой каверны. Поскольку поведение каверн после многократных откачек прогнозировать сложно, максимальное симулируемое количество откачек равно пяти (таким образом, каверна с пятью возможными откачками на самом деле может иметь гораздо большее их количество).

Ограничения СНР

Ограниченность срока службы каверн СНР и сложность сил износа, которым они подвергаются, привели к множеству различных гипотез и предположений касательно максимального объёма нефти, который можно безопасно извлечь из СНР. Например, часто утверждается, что объём нефти не может опускаться ниже 300 миллионов баррелей; в противном случае каверны будет нанесён ущерб. Я решил изучить, какими же на самом деле будут эти пределы.

Одно из ограничений СНР — это минимальный объём «верхней нефти», который необходимо оставлять в кавернах, чтобы вода не растворяла их верхнюю часть и не повреждала свод. На 2016 год эта величина составляла примерно 12 миллионов баррелей, или около 1,7% от общего объёма СНР.

Ещё одно часто упоминаемое ограничение — это 70 миллионов баррелей: например, в этом году представитель Министерства энергетики рассказал CNBC, что 70 миллионов баррелей — это минимальный объём, необходимый для безопасной эксплуатации СНР. Не совсем понятно, что лежит в основе этого ограничения; возможно подразумевается сформулированная Министерством «полная откачка» с извлечением 90% нефти: 70 миллионов баррелей — это примерно 10% от общего объёма СНР. Непонятно, существует ли реальный, физический предел в 70 миллионов: например, возможно, это уровень, на котором граница между нефтью и рассолом будет выше скважины откачки нефти, или же это просто заданный эксплуатационный предел.

Сверх этих ограничений встречается множество различных утверждений об эксплуатационных уровнях, ниже которых начинает происходить разрушение СНР. В этом году энергетический аналитик JPMorgan заявил, что «для сохранения стабильности и поддержания эксплуатационной гибкости» в хранилищах должно оставаться 150–160 миллионов баррелей. Rapidan Energy, основанная бывшим советником по энергетике Джорджа Буша-младшего Бобом Макнэлли, утверждает, что этот лимит равен 170 миллионам. Профессор нефтехимических технологий Tехасского университета A&M Сиддхарт Мисра говорит, что эксплуатационный предел находится между 250 и 300 миллионами баррелей; он считает, что при более низких объёмах «увеличивается риск структурных разрушений, а система теряет способность откачки нефти на высоких скоростях». Бывший советник по энергетике Байдена Эймос Хохштейн заявляет, что знает многих людей «считающих, что мы не можем опуститься ниже 300 миллионов, потому что в противном случае будет нанесён ущерб кавернам».

Часть этих утверждений можно проверить. Например, правда то, что опустошение СНР ниже определённой границы снизит максимальную скорость откачки нефти. Скорость откачки нефти с участка СНР ограничена сверху, поэтому при опустошении каверн она снижается.

Кроме того, из-за механического старения инфраструктуры СНР, а также простоев, необходимых для ремонта этой инфраструктуры, в конкретный момент времени для откачки доступна не вся нефть. Например, в недавнем отчёте Счётной палаты США отмечается, что на многих участках СНР в тёплые месяцы нефть будет недоступна из-за давления паров. Хранящаяся в кавернах нефть постепенно поглощает метан и нагревается; оба процесса увеличивают давление паров внутри нефти. Для безопасного извлечения давление паров в нефти должно находиться ниже определённого уровня, что можно обеспечить при помощи завода по дегазации. Но много лет назад завод по дегазации СНР был демонтирован и его так и не восстановили, что ограничивает возможность извлечения сырой нефти в тёплые месяцы. В целом, у СНР накопилась огромная очередь невыполненных работ по обслуживанию; говорят, что резерв держится «на изоленте». Реализацию запланированной крупномасштабной программы реновации и обслуживания СНР, Life Extension Phase 2, начали в 2021 году, но из-за высокой стоимости её объёмы пришлось снизить.

Также существуют различные отчёты о том, что СНР может не справиться с реагированием на серьёзные перебои поставок нефти при уровне ниже 250–500 миллионов баррелей, и что, за исключением по-настоящему критических ситуаций, благоразумно удерживать запасы выше этого уровня³.

^{3. У СНР также есть законодательный предел хранения SPR в 252,4 миллиона баррелей, но он относится только к определённому типу откачки, который, насколько я знаю, никогда не производился, так что на практике это бессмысленное ограничение.}

Однако ни в одном официальном отчёте Министерства энергетики, Счётной палаты, Сандийских национальных лабораторий или каких-либо иных официальных государственных органов не упоминаются конкретные уровни заполнения, ниже которых может возникнуть повреждение СНР (говорится только об обязательном небольшом уровне верхней нефти). Хоть Лаборатории и выложили ежегодный отчёт о максимальном количестве откачек для каждой из каверн, в нём ничего не говорится о пределе заполненности всего СНР, ниже которого возникнут повреждения. Не удалось мне найти и никаких независимых аналитических отчётов с указанием минимального уровня заполнения СНР и обоснования этого минимума. Поэтому не совсем ясен источник утверждений об очень высоких минимальных уровнях заполнения: были ли это люди, общавшиеся с представителями Лабораторий/Министерства неофициально, или они определили лимит на основании предоставленных Лабораториями данных о нагрузках, или же по каким-то иным данным. Примечательно, что утверждения о минимальных уровнях заполнения не особо согласованы, и что разные аналитики/специалисты указывают сильно различающиеся лимиты. Также стоит отметить, что в этих утверждениях часто объединяется несколько лимитов. (Со своей стороны, Министерство энергетики опровергло лимит в 300 миллионов баррелей.)

Заключение

Стратегический нефтяной резерв — крупнейшее в мире хранилище нефти, в подземных соляных кавернах которого накоплены большие объёмы сырой нефти (более 700 миллионов баррелей). Поведение этих каверн неочевидно: они постепенно разрастаются, сжимаются и меняют форму под воздействием различных жидкостей и геологических сил; при этом каверны обладают ограниченным сроком службы из-за того, что вода постепенно растворяет их стены, состоящие из каменной соли.

Из-за этих сложных сил и постепенного ущерба, накапливаемого стенами каверн, многие утверждают, что СНР нельзя опустошать ниже определённого уровня без нанесения серьёзного урона.

Сложно понять, насколько серьёзны эти утверждения. Многие из них сделаны специалистами, например, профессорами нефтехимических технологий и бывшими советниками по энергетике Белого дома. К тому же существуют различные ограничения на извлечение нефти из СНР, например, уровень нефти, необходимый для предотвращения повреждения водой верхнего свода каверн, или снижение скорости извлечения при опустошении СНР. Однако трудно найти опубликованные оценки подобных лимитов в отчётах и официальных документах. Это не означает, что подобные утверждения ошибочны, но остаётся только гадать, откуда они берутся.