Сланцевый газ – это одна из разновидностей природного газа. В его состав входит, в основном, метан, который является признаком ископаемого горючего вещества. Добывается он непосредственно из сланцевых пород, в месторождениях, где это возможно сделать с использованием обычного оборудования. Лидером по добыче и подготовке сланцевого газа к использованию считается США, которые сравнительно недавно начали эксплуатировать эти ресурсы в целях экономической и топливной независимости от других стран.
Как ни странно, но впервые наличие газа в сланцах было обнаружено еще в 1821 в недрах США. Открытие принадлежит Уильяму Харту, который во время исследований грунтов Нью-Йорка наткнулся на нечто неопознанное. Об открытии поговорили пару недель, после чего забыли, так как нефть добывать было проще – она сама выливалась ан поверхность земли, а сланцевый газ нужно было как-то извлекать с глубин.
Больше 160 лет вопрос добычи сланцевого газа оставался закрытым. Запасов легкой нефти хватало на все нужды человечества, да и технически было сложно представить себе добычу газа из сланцев. К началу 21 века началась активная разработка нефтяных месторождений, где нефть приходилось буквально вырывать из недр земли. Естественно, это значительно повлияло на развитие технологий, и теперь добыть газ из прочных сланцевых пород и подготовить его к использованию. К тому же, эксперты начали заявлять о том, что запасы нефти подходят к концу (хотя это не так).
В итоге, в начале 2000 года Том Уорд и Джордж Митчелл, разработали стратегию масштабной добычи природного газа из сланцев в США. Воплотить ее в жизнь взялась компания DevonEnergy, и начала она с месторождения Барнетт. Дело началось успешно, и нужно было продолжать развивать технологии, чтобы ускорить добычу и увеличить глубину добычи. В связи с этим, в 2002 году в техасском месторождении был использован уже другой метод бурения. Комбинация наклонно-направленной разработки с горизонтальными элементами стала инноваций в сфере газовой промышленности. Теперь появилось понятие «гидроразрыва пласта», благодаря чему добыча сланцевого газа увеличилась в несколько раз. В 2009 году в США прошла так называемая «газовая революция», и эта страна вышла в лидеры по добыче данного вида топлива – более 745 млрд. кубов.
Причиной такого скачка развития сланцевой добычи стало желание США стать топливно-независимой страной. Раньше, она считалась главным потребителем нефти, а теперь перестала нуждаться в дополнительных ресурсах. И хотя рентабельность добычи самого газа сейчас отрицательная, расходы покрываются разработкой нетрадиционных источников.
Всего за 6 месяцев 2010 года мировые компании вложили более 21 млрд. долларов активов в развитие технологий и добычи сланцевого газа. Изначально считалось, что сланцевая революция – не более чем рекламная уловка, маркетинговый ход компаний для пополнения активов. Но в 2011 году цены на газ в США стали активно падать, и вопрос правдивости разработок отпал сам собой.
В 2012 году добыча сланцевого газа стала окупаемой. Цены на рынке хоть и не изменились, но все равно были ниже себестоимости добычи и подготовки этого современного вида топлива. Но к концу 2012 года в связи с мировым экономическим кризисом этот рост приостановился, а некоторые крупные компании, которые работали в этой сфере, попросту закрылись. В 2014 году в США прошла полная реорганизация всего оборудования и изменена стратегия добычи, что привело к возрождению «сланцевой революции». Планируется, что к 2018 году газ станет отличным альтернативным топливом, который позволит нефти дать время на восстановление.
Сланцевый природный газ (англ. shale gas) - природный газ, добываемый из горючих сланцев и состоящий преимущественно из метана.
Горючий сланец - твердое полезное ископаемое органического происхождения. Сланцы в основном образовались 450 миллионов лет тому назад на дне моря из растительных и животных остатков.
Для добычи сланцевого газа используют горизонтальное бурение (англ. directional drilling), гидроразрыв пласта (англ. hydraulic fracturing, в том числе с применением пропантов). Аналогичная технология добычи применяется и для получения угольного метана.
При добыче нетрадиционного газа гидроразрыв пласта (ГРП) позволяет соединить поры плотных пород и обеспечить возможность высвобождения природного газа. Во время проведения гидроразрыва в скважину закачивается специальная смесь. Обычно она на 99% состоит из воды и песка (пропанта), и лишь на 1% - из дополнительных добавок.
Пропант (или проппант, от англ. propping agent - «расклинивающий агент») - гранулообразный материал, служащий для сохранения проницаемости трещин, получаемых в ходе ГРП. Представляет собой гранулы с типичным диаметром от 0,5 до 1,2 мм.
Среди дополнительных добавок могут быть, например, гелирующий агент, как правило, природного происхождения (более 50% от состава хим. реагентов), ингибитор коррозии (только при кислотных ГРП), понизители трения, стабилизаторы глин, химическое соединение, сшивающее линейные полимеры, ингибитор образования отложений, деэмульгатор, разжижитель, биоцид (химреагент для разрушения водных бактерий), загуститель.
Для того, чтобы не допустить утечки жидкости для ГРП из скважины в почву или подземные воды, крупные сервисные компании применяют различные способы изоляции пластов, такие как многоколонные конструкции скважин и использование сверхпрочных материалов в процессе цементирования.
Сланцевый газ содержится в небольших количествах (0,2 - 3,2 млрд куб. м на кв. км), поэтому для добычи значительных количеств такого газа требуется вскрытие больших площадей.
Первая коммерческая газовая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США в 1821 году Уильямом Хартом (англ. William Hart) во Фредонии, Нью-Йорк, который считается в США «отцом природного газа». Инициаторами масштабного производства сланцевого газа в США являются Джордж Ф. Митчелл и Том Л. Уорд.
Масштабное промышленное производство сланцевого газа было начато компанией Devon Energy в США в начале 2000-х, которая на месторождении Barnett Shale в 2002 году пробурила впервые горизонтальную скважину. Благодаря резкому росту его добычи, названному в СМИ «газовой революцией», в 2009 году США стали мировым лидером добычи газа (745,3 млрд куб. м), причём более 40% приходилось на нетрадиционные источники (метан угольных пластов и сланцевый газ).
В первом полугодии 2010 года крупнейшие мировые топливные компании потратили $21 млрд на активы, которые связаны с добычей сланцевого газа. На тот момент некоторые комментаторы высказывали мнение, что ажиотаж вокруг сланцевого газа, именуемый сланцевой революцией, - результат рекламной кампании, вдохновлённой рядом энергетических компаний, вложивших значительные средства в проекты по добыче сланцевого газа и нуждающихся в притоке дополнительных сумм. Как бы то ни было, после появления сланцевого газа на мировом рынке цены на газ стали падать.
По сведениям директора Института проблем нефти и газа РАН академика Анатолия Дмитриевского, себестоимость добычи сланцевого газа в США на 2012 год - не менее 150 долларов за тысячу кубометров. По мнению большинства экспертов, себестоимость добычи сланцевого газа в таких странах, как Украина, Польша и Китай, будет в несколько раз выше, чем в США.
Себестоимость сланцевого газа выше, чем традиционного. Так, в России себестоимость природного газа со старых газовых месторождений, с учётом транспортных расходов, составляет около $50 за тыс. куб. м.
Ресурсы сланцевого газа в мире составляют 200 трлн куб. м. В настоящее время сланцевый газ является региональным фактором, который имеет значительное влияние только на рынок стран Северной Америки.
В числе факторов, положительно влияющих на перспективы добычи сланцевого газа: близость месторождений к рынкам сбыта; значительные запасы; заинтересованность властей ряда стран в снижении зависимости от импорта топливно-энергетических ресурсов. В то же время у сланцевого газа есть ряд недостатков, негативно влияющих на перспективы его добычи в мире. Среди таких недостатков: относительно высокая себестоимость; непригодность для транспортировки на большие расстояния; быстрая истощаемость месторождений; низкий уровень доказанных запасов в общей структуре запасов; значительные экологические риски при добыче.
По оценке IHS CERA, добыча сланцевого газа в мире к 2018 году может составить 180 млрд кубометров в год.
| Комментарии: 0 |
Дмитрий Грищенко
О добыче сланцевой нефти и газа пишут много и часто. На лекции попробуем разобраться что же представляет из себя данная технология, какие экологические проблемы с ней связаны, а какие - лишь плод воображения журналистов и защитников природы.
Может ли стремительный прогресс в области технологий, генетики и искусственного интеллекта привести нас к тому, что экономическое неравенство, столь широко распространенное в этом мире, закрепится на биологическом уровне? Этим вопросом задается историк и писатель Юваль Ной Харари.
Владимир Мордкович
Синтез Фишера - Тропша - это химический процесс, который является ключевой стадией самого современного способа получения синтетических топлив. Почему говорят именно «синтез» или «процесс» и избегают слова «реакция»? Именами ученых, в данном случае Франца Фишера и Ганса Тропша, называют обычно отдельные реакции. Дело в том, что как таковой реакции Фишера - Тропша нет. Это комплекс процессов. Только основных реакций в этом процессе три, а насчитывают их не менее одиннадцати. В целом синтез Фишера - Тропша - это превращение так называемого синтез-газа в смесь жидких углеводородов. Химик Владимир Мордкович о способах получения синтетического топлива, новых типах катализаторов и реакторе Фишера - Тропша.
Александра Пошибаева
Сегодня есть две основные гипотезы образования нефти: неорганическая (абиогенная) и органическая (биогенная, и ее также называют осадочно-миграционной). Сторонники неорганической концепции считают, что нефть образовалась из углерода и водорода по процессу Фишера - Тропша на больших глубинах, при огромных давлениях и температурах выше тысячи градусов. Нормальные алканы могут образоваться из углерода, водорода в присутствии катализаторов, однако в природе отсутствуют такие катализаторы. Помимо этого, в нефтях содержится огромное количество изопренанов, циклических углеводородов-биомаркеров, которые по процессу Фишера - Тропша образоваться не могут. О поиске новых месторождений нефти, неорганической теории ее происхождения и роли прокариот и эукариот в образовании углеводородов рассказывает химик Александра Пошибаева.
Андрей Бычков
Углеводороды сегодня являются энергетической основой нашей цивилизации. Но надолго ли хватит месторождений горючих ископаемых и что делать после их истощения? Как и других полезных ископаемых, нам придется разрабатывать сырье с меньшим содержанием полезного компонента. Как сделать нефть, из какого сырья? Будет ли это выгодно? Уже сегодня мы имеем много экспериментальных данных. В лекции будут обсуждены вопросы о процессах образования нефти в природе и показаны новые экспериментальные результаты. Обо всем этом вам расскажет Бычков Андрей Юрьевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН, профессор кафедры геохимии в МГУ.
Королёв Ю. М.
О том, как учёные пытаются разгадать тайну происхождения нефти, а точнее, нефтяных углеводородов, мы попросили рассказать Ю.М. Королёва - ведущего научного сотрудника Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева. Он более тридцати лет изучает рентгенографический фазовый состав ископаемых углеводородных минералов и их превращение под действием времени и температуры.
Родкин М. В.
Спор о биогенном (органическом) или абиогенном происхождении нефти особенно интересен для российского читателя. Во-первых, углеводородное сырьё - один из основных источников дохода в бюджете страны, а во-вторых, российские учёные - признанные лидеры многих направлений в этом старом, но всё ещё не закрытом научном споре.
Изобретатель из Санкт-Петербурга Александр Семенов запатентовал боевую систему, которая позволяет экипажу танка использовать для стрельбы собственные экскременты. Автор проекта настаивает на том, что такая технология позволит решить как минимум две задачи: позволит утилизировать экскременты и одновременно понизит боевой дух противника. Сообщения об этом взбудоражили британскую прессу.
В конце мая газета The Wall Street Journal опубликовала большой материал, посвященный перспективному американскому энергетическому оружию - рельсотрону. В материале газеты утверждалось, что, по мнению военных планировщиков, такое орудие, в случае необходимости, поможет США защитить Прибалтику от российской военной агрессии и поддержать союзников в противостоянии с Китаем в Южно-Китайском море. Военный эксперт Василий Сычев рассказывает, что такое рельсотрон и как быстро его можно принять на вооружение.
В прошлом году газета The New York Times назвала Митио Каку одним из самых умных людей Нью-Йорка. Американский физик японского происхождения, провёл ряд исследований в области изучения чёрных дыр и ускорения расширения Вселенной. Известен как активный популяризатор науки. В активе учёного - несколько книг-бестселлеров, циклы передач на BBC и Discovery. Митио Каку - преподаватель с мировым именем: он профессор теоретической физики в нью-йоркском Сити-колледже, много путешествует по миру с лекциями. Недавно Митио Каку рассказал в интервью, каким он видит образование будущего.
Некоторое время назад на весь мир прогремела новость о новой революции в мире энергетики, а именно о добыче сланцевого газа. Однако за последнее время появилось все больше скептиков по вопросу его конкурентоспособности. Постараемся рассмотреть причины, из - за которых начался так называемый «сланцевый бум», а также причины, по которым он так быстро закончился.
Важно помнить, что самое главное в ископаемых - это доказанный запас, а именно то количество ископаемого, которое выгодно добывать, и существует соответствующая технология для этого процесса. Остальная часть ископаемого - это лишь потенциальный ресурс, который либо невозможно добывать, либо это настолько трудно, что не выгодно с точки зрения получения прибыли. На самом деле доказанный запас сланцевого газа составляет около двух процентов всего существующего запаса (около четырех трлн м3). При таком раскладе вряд ли его добычу можно считать прорывом в мире промышленности.
История начала бума на сланцевый газ
Впервые скважину для того, чтобы добывать сланцевый газ, пробурили в 1821г. в Соединенных Штатах. Открывателем месторождения этого газа является Уильям Харт, которого в США прозвали - «отец природного газа».
Однако серьезная добыча и производство сланцевого газа началась в 2000 году в штате Техас с помощью новейших технологий. Рост добычи сланцевого газа резко возрос, из - за чего пресса поспешила объявить о новой энергетической революции. Таким образом Соединенные Штаты начали занимать первое место по добыче газа, из которых 40 процентов составляла добыча нетрадиционного сланцевого газа.
Крупные компании тратили около 20 миллиардов долларов на добычу сланцевого ископаемого.
Стоимость газа в мире снизилось вследствие появлению сланцевой нефти. Однако со временем крупные нефтедобывающие компании начали высказывать опасения, что доходы от вложений в сланцевую отрасль падают, из - за чего добыча такого газа становится не настолько привлекательной, как казалось на первый взгляд под воздействием сильнейшей пропаганды со стороны СМИ.
В 2012 году практически все крупнейшие компании, вложившие огромные деньги в добычу сланцевой нефти, оказались практически перед банкротством, из - за чего вложения в сланцевый газ были сокращены в несколько раз.
Ресурсы сланцевого газа в США
По данным EIA доказанные ресурсы сданного газа в США в конце 2011 года составляли около 4 трлн м3 (около 40 процентов всех запасов газа США). Однако далее никаких конкретных цифр не приводилось. С таким количеством ресурсов США может обеспечить себя примерно тринадцать лет. С 2005 по 2012 год США увеличили объем добычи газа (примерно 682 млрд м3), из них 35 процентов добывались из труднодоступных скважин, однако потом объем добычи снизился.
Если говорить о финансовой стороне вопроса, то многие добывающие компании, начиная с середины 2013 года снизили добычу сланцевого газа из - за прекращения получения прибыли от него.
Из прессы Соединенных Штатов тут же исчезли огромные цифры якобы существующих там ресурсов сланцевого газа (как утверждалось, эта цифра составляла около 100 трлн м3). Это случилось потому, что изначально США не учитывали, что базой является не весь существующий объем ископаемого, а именно доказанный ресурс, который возможно добывать.
Страна |
ТИР, трлн. м3 |
Активность |
|
Родоначальник технологии и обладатель наиболее развитой отрасли добычи. 29% текущей (2010 год) добычи газа - из сланца. К 2030 году по оптимистическим прогнозам возможно до 50% |
||
|
Скандинавия |
Норвегия успешно эксплуатирует традиционные месторождения газа |
|
|
В-британия |
Неподтвержденные ТИР, по оценке частной компании- бурильщика в ноябре 2011 года. Большие залежи на шельфе, но добыча там пока экономически неэффективна |
|
|
Действует запрет на ГРП |
||
|
В 2012-14 годах запланировано бурение около 200 разведочных скважин. Коммерческое производство начнется не ранее 2014 года |
||
|
Остальная Зап.Европа |
Запреты на ГРП во многих странах (прим. отдельные земли Германии), экологически чувствительная тема |
|
|
Идет разведка, пробурено около 20 скважин. Принята госпрограмма развития сектора добычи сланцевого газа |
||
|
Параллельно присутствуют большие запасы традиционного газа, мало воды. В ближайшем будущем добыча маловероятна |
||
|
Аргентина |
Первая успешная горизонтальная скважина в августе 2011. Мало воды в непосредственной близости от месторождений. Государство жестко регулирует рынок, держа низкие цены на газ для потребителей. Недавняя национализация YPF Repsol тоже не поспособствует приходу иностранных инвесторов с современными технологиями |
|
|
Австралия |
Большие запасы традиционного газа. Мало воды, сланцы содержат в основном сухой газ, без конденсата |
|
|
Действует запрет на ГРП, мало воды |
Экологические последствия добычи сланцевого газа
В 2005 г. нефтегазовая отрасль в Соединенных Штатах получила право загрязнять окружающую среду. Эта была единственная отрасль, которой позволили не открывать обществу состав закачанных под землю химических составляющих, даже находясь в опасной близости с источниками питьевой воды.
В принципе все трудности экологического характера вследствие добычи сланцевого ископаемого можно решить. Иногда при взрыве пласта наблюдается небольшое землетрясение, поэтому, к примеру, в Арканзасе добыча сланца запрещена из - за того, что Арканзас является сейсмичным регионом.
При добыче нефти также существует загрязнение окружающей среды, однако никто не реагировал на этот факт таким же образом, как при добыче сланцевого газа. В чем же причина этого?
Причина кроется в количестве токсичных химикатов. Очень часто в скважинах попадается неправильное бурение, и часто заказчики бурения скрывают этот факт от общественности. В результате ядовитый газ выходит на поверхность, порой бывает, что попадает в жилые помещения.
В принципе очищение воды из одной скважины сланцевой нефти от шести тысяч тонн химикатов не составляет особой проблемы, однако таких скважин гораздо больше, чем шестьдесят тысяч, и такое громадное количество загрязненной воды уже не так легко очищать.
Ресурсы сланцевого газа в других странах, кроме США
Факт существования большого количества сланцевого газа в Соединенных Штатах действительно доказана. Однако сложно утверждать то же самое про остальные страны на планете. Поиски сланцевого газа в остальных уголках мира, которые велись около четырех лет, закончились практически ничем.
О планах добычи сланцевого газа было объявлено компанией Santos в Австралии, однако с тех пор никаких новостей по добыче сланцевого газа больше нет. По оценкам EIA доказанные запасы сланцевого газа в Австралии составляют около 2,5 трлн м3, однако только после бурения можно будет объявить о реальных цифрах.
О цифрах добычи сланцевого газа на территории Канады пока никакой официальной информации нет. Естественно, пресса постоянно пишет об огромной перспективе такой добычи, но на деле доказанные ресурсы газа в Канаде в течение последних десяти лет выросли только на 17,5 процентов, при этом добыча снизилась на 20 процентов.
Компания YPF, находящийся в Аргентине, объявило о том, что на юге страны найдено месторождение газа из сланца около 127 миллиардов м3. Однако не совсем понятно, это доказанные запасы или просто геологические ресурсы. В любом случае это не гигантское, а просто достаточно большое месторождение. Несмотря на данное объявление, пока никаких работ по добыче там не проводилось.
В Китае пока отложены работы по добыче сланцевого газа. Некоторые китайские компании являются дольщиками компаний, планирующих добычу сланцевого газа в США и Аргентине. Вместо добычи сланцевого газа в Китае наращивается мощность сжиженного газа.
Индия пока только начала проверочное бурение одного из предполагаемых месторождений сланцевого газа. Однако дальнейшие перспективы неясны из - за того, что в Индии очень низкая стоимость на газ.
Во Франции и Бельгии гидроразрыв пластов официально запрещен. В Германии пока временный запрет на него. В Венгрии были пробурены две скважины, однако газ не был найден.
Была странная ситуация с Литвой. EIA объявил, что там находится доказанный запас сланцевого газа в размере 120 миллиардов м3. Компания Chevron согласился провести разведывательное бурение там. Однако вскоре она отозвала свою кандидатуры из - за новой оценки EIA. Оказалось, что в Литве совершенно отсутствует сланцевый газ.
Пока Польша приняла решение воздержаться от добычи сланцевой нефти, поскольку это было признано не доходным.
После трехлетних поисков в Великобритании было найден месторождение сланцевого газа. Однако проблема состоит в том, что толщина сланцев составляет около 1100м. До сегодняшнего дня никто не получал газа от такого сланца. Пока никаких конкретных цифр извлекаемых запасов не сообщалось.
Chevrlon - компания, у которой есть соглашение с Украиной о поисках сланцевого газа на Прикарпатье, должна будет очень внимательно следить за процессом бурения, поскольку это высоко сейсмичная местность. В Харьковской области было найдено месторождение газа - так называемого tight gas-а, полученные из песчаников. Однако стоимость такого типа скважин варьируется около 8 - 10 млн долларов. Помимо этого такие скважины истощаются с большой быстротой.
Небольшое резюме всего вышесказанного
- Из-за массовой пропаганды добычи сланцевого газа часто происходит подмена геологических аспектов. При этом, как ни странно, агентство EIA, которая действует на территории Соединенных Штатов, не искажало действительности и трезво оценивало реальные возможности добычи в конкретных месторождениях.
- Для добычи тех запасов, которые труднодоступны, требуется в десять раз больше мощности бурения, также как увеличения количеств скважин. По этой причине нефтегазовая отрасль в США была освобождена от любых ограничений по загрязнению окружающей среды. Теоретически проблем с очисткой после химикатов нет, однако это требует огромных расходов, что уменьшает или сводит на нет получаемые доходы от сланцевого газа.
- Такой высокий темп добычи сланцевого газа в Соединенных Штатах сохранится еще около десяти лет. Вначале добыча этого газа будет расти параллельно росту цен на газ, однако после того, как произойдет истощение скважин, стоимость будет падать. США делает ошибку, активно добывая сланцевый газ, поскольку через несколько нет наступит дефицит газа.
- С экологической точки зрения происходит истощение ресурсов нашей планеты, которому способствует бум бурения в разных уголках Земли. Скорей всего после истощение запасов сланцевого газа, люди будут пытаться добывать газовые гидраты, которых гораздо больше, чем сланцевого газа. Однако они потребуют еще больше сил для добычи. Со временем наступит дефицит энергии, который сейчас тратится на добычу труднодоступных ископаемых.
Реальность отличается от ожиданий
- Запасы сланцевой нефти истощаются с удивительной быстротой. Через три года добычи их производство в данном месте становится меньше от 80 до 90 процентов.
- Добыча и производство сланцевого газа очень дорогой процесс. Их добыча обходится в несколько раз больше, чем при традиционном методе.
- Сланцевый газ превращает все вокруг в пустыню, загрязнение окружающей среды гораздо больше, поскольку жидкость для разрыва пласта очень ядовитая, а при добыче сланцевого газа очень много такой жидкости утекает.
- Из-за того, что запасы сланцевого газа и нефти в одном месторождении очень быстро истощается, приходится бурить множество скважин. Это плохо влияет на общую инфраструктуру дорог. В современном мире самые большие повреждения инфраструктур происходит именно из - за нефтедобывающей отрасли.
- Если найдено месторождение сланцевого газа, то это не означает, что там его много. Иногда после долгих бурений не удается добыть ни одной капли. Вся проблема в том, что без бурения невозможно предсказать, сколько же газа можно добыть в конкретном месте.
Все эти факторы определяют то, что добыча сланцевого газа превращается в очень дорогой процесс.
Как бы там не было, увеличив добычу и производство сланцевого газа, Соединенные Штаты лишь могут выиграть некоторое время. Однако если общая стратегия добычи не изменится, то пиковой точки добычи сланцевого газа будет достигнуто примерно в 2020г.
Что такое сланцы?
Сланцы представляют собой осадочные породы, прошедшие определенные стадии преобразования. Первым делом происходит накопление рыхлых осадков – как правило, в водоемах. Самыми мощными отложениями являются озерно-болотные и морские прибрежные. С течением времени осадки уплотняются (литогенез), потом происходит формирование породы (диагенез), далее порода преобразуется (катагенез). Заключительная стадия – метаморфизм. Таким образом из рыхлого песка образуется сначала песчаник, потом песчано-глинистый сланец и, наконец, гнейс.
литогенез -> диагенез -> катагенез -> метаморфизм
Все эти геологические подробности нужны для понимания условий, в которых появляется и хранится в природе сланцевый газ. Дело в том, что на финальной стадии – стадии метаморфизма – происходит не просто дальнейшее уплотнение породы и ее дегидратация (обезвоживание), но и образование в условиях высокой температуры и высокого давления новых минералов, таких, например, как калинит, хлорит, глауконит, с характерной для глинистых минералов плоской таблетчатой формой.
Если изначально в донных отложениях наряду с обломочной частью (песчинками кварца и полевого шпата) находится некоторое количество органики, то в определенных случаях эта органика концентрируется и производит пласты углей (один из видов так называемого керогена). Другие виды керогена становятся исходным материалом для формирования впоследствии нефти и газа. Под действием давления и температуры бурые угли преобразуются в так называемые тощие угли, выделяя при этом большое количество газа . Например, лабораторными исследованиями установлено, что при преобразовании 1 т угля буроугольной стадии выделяется 140 м 3 газа. Это очень большие объемы генерации, и потому в тех местах, где залегало большое количество концентрированной органики, сформировались высокогазоносные пласты , а газ из этих пластов, наряду со сланцевым, является ресурсом, добываемым из нетрадиционных источников.
Природные фильтры и перегородки
Однако в случае со сланцами геологи имеют дело с рассеянной органикой, преобразование которой приводит к выделению газа, но он так и остается в микротрещинах между минералами. Минералы эти, как уже говорилось, имеют плоскую таблетчатую форму и, что самое главное, практически непроницаемы для газа.
Традиционные газовые и нефтяные месторождения приурочены, как правило, к структурным ловушкам – антеклинальным структурам . По сути это складка породы, направленная вверх (противоположность такой складке, то есть впадина, называется синеклизой). Антеклинальная складка образует своего рода свод, под которым за счет силы гравитации происходит перераспределение фаз: вверху формируется некая газовая «шапка», ниже – нефтяная или газоконденсатная оторочка, еще ниже – газово-водяной контакт. Причем породы, слагающие структуры классических месторождений углеводородов, должны обладать хорошими фильтрационными характеристиками, с тем чтобы газ или микроскопические частички нефти могли за счет разности в плотности и весе подниматься к центральной части этой структуры, а вода – отжиматься вниз. Таким образом, частички нефти и пузырьки газа могут проходить сквозь породу большие расстояния и собираться с обширного пространства, формируя крупные залежи. Сланцевый же газ скапливаться в больших объемах не может– он заперт в микротрещинах между пластинками минералов с крайне низкими фильтрующими свойствами. Этим и объясняются все особенности и проблемы его добычи.
Как добраться к сланцевому газу?
Что если пробурить скважину в районе залегания газоносных сланцевых пластов? Газа из нее удастся получить совсем немного. В этом случае зона влияния скважины окажется равной нескольким сантиметрам – именно с этого крошечного пятачка под землей удастся собрать газ (для сравнения – зона влияния скважины в традиционном месторождении равна сотням метров). Непроницаемые сланцы держат свои углеводородные сокровища взаперти. Однако у сланцев есть свойство, которое так и называется – сланцеватость . Свойство это заключается в том, что все трещины ориентированы в определенных направлениях, и если пробурить горизонтальную скважину «в крест», то есть перпендикулярно трещинам, можно одновременно вскрыть гораздо больше полостей с газом.
Это правильное решение, но необходимого эффекта не дает и оно, ибо не гарантирует хорошей связи ствола скважины с большим количеством трещин. Поэтому бурение горизонтальной скважины обязательно дополняется гидроразрывом породы , причем гидроразрывом многостадийным. На первой стадии гидроразрывная жидкость подается в самую дальнюю, призабойную часть скважины. Затем участок трубы длиной 150–200 м перекрывается специальным клапаном в виде шарика, и следующий гидроразрыв производится уже ближе к устью скважины. Таким образом, если ствол скважины имеет длину 1000–1200 м, то на ее протяжении делается пять-семь гидроразрывов. Вместе с жидкостью в образовавшиеся полости поступает пропант, который не дает породе вновь сомкнуться. Пропант состоит из песка или керамических шариков, то есть по определению имеет хорошие фильтрующие свойства и не мешает газу проникать в ствол скважины.
Технологии прокладки горизонтальных скважин и гидроразрывов уже достаточно хорошо отработаны и используются в коммерческой добыче. И все же, по сравнению с добычей газа из традиционных источников извлечение сланцевого газа из недр несет с собой ряд экономических и экологических проблем.
Какие недостатки добычи сланцевого газа?
Если на начальном этапе скважина поставляет 200–500 тысяч кубометров в сутки, то через год это будет всего лишь 8–10 тысяч.
Сразу после вскрытия скважины давление выходящего из земли газа и его объемы (дебиты) весьма высоки. Однако поскольку емкость хранящих газ трещин все же невелика, то в течение года эти показатели падают на 70–75%. Например, если на начальном этапе скважина поставляет 200–500 тысяч кубометров в сутки, то через год это будет всего лишь 8–10 тысяч. Если учесть, что газ в основном добывается не просто так, про запас, а во исполнение контрактных обязательств перед потребителем, такое существенное падение объемов добычи придется компенсировать за счет добуривания новых скважин. При этом надо учитывать, что оборудование горизонтальной скважины для добычи сланцевого газа обходится примерно в полтора-два раза дороже, чем традиционная вертикальная. Отсюда первая серьезная проблема: добыча сланцевого газа имеет чрезвычайно экстенсивный характер , несет с собой большие затраты на создание все новых и новых скважин, а также занимает обширные территории, что делает использование этой технологии проблематичным для густонаселенных стран.
Поскольку по мере истощения скважины, имеющей зону влияния всего в несколько десятков метров (даже после гидроразрывов), давление в ее устье существенно падает, это создает и вторую серьезную экономическую проблему: газ с низким давлением нельзя подавать непосредственно в газотранспортную систему, где стандартное давление составляет 75 атм. Та же проблема, кстати, и с метаном из угольных пластов: давление на устье составляет всего 1,5 атм. Значит, «нетрадиционный» газ надо дополнительно сжимать, используя при этом так называемый отжимной компрессор, который очищает газ от пыли и влаги и дополнительно дожимает. Это дорогая машина с низким КПД, так что придется тратить на ее функционирование немалое количество добытого газа.
Теперь самое время вспомнить, что именно стало недавно поводом для «антисланцевой» инициативы ряда видных деятелей западного шоу-бизнеса, таких как Йоко Оно и Пол Маккартни. Всех этих людей обеспокоили возможные экологические последствия добычи сланцевого газа в богатом месторождениями штате Нью-Йорк. Чтобы бур не зажало горным давлением, при бурении используются промывочные жидкости , содержащие, ряд загрязняющих окружающую среду веществ. Авторы экологической инициативы опасаются, что по мере расширения добычи газа компоненты промывочных жидкостей попадут в водные горизонты, а далее в пищевую цепь.
Почему же, несмотря на все эти проблемы и сложности, сланцевый газ продолжают добывать, особенно в Северной Америке? Во-первых, здесь играет свою роль политика. В Соединенных Штатах правительством поставлена задача приобрести максимальную независимость от внешних поставок энергоносителей, и если еще пару лет назад Америка покупала газ у Канады, то совсем недавно даже отправила один газовоз на экспорт, подчеркивая тем самым свой новый статус экспортера. Во-вторых, чем выше цены на углеводороды, тем выше интерес к источникам их добычи даже при высокой себестоимости. И это как раз случай сланцевого газа.
Как же делается горизонтальная скважина?
Сначала забуривается вертикальный ствол, и на глубине происходит изменение его направления по определенному азимуту и под определенным углом. Бурение ведется не роторным способом (когда в скважине вращается вся сборная труба), а с помощью забойного двигателя, приводимого в действие подаваемой под давлением промывочной жидкостью. Двигатель вращает долото, а раздробленная долотом порода выносится наружу с помощью той же промывочной жидкости.
Искривления направления можно достичь, вставив в соединенные резьбой трубы изогнутый участок. Так происходит поворот скважины. Однако наиболее распространенный способ на сегодня – это изменение направления скважины с помощью специальных отклонителей, которые крепятся за забойным двигателем и управляются с поверхности.
При бурении горизонтальной скважины, как правило, существует система навигации. Оператор на поверхности в каждый момент времени может сказать, как у него идет ствол скважины, куда он отклоняется. Эта технология достаточно хорошо отработана. Максимальная длина горизонтальной скважины была достигнута на Сахалине – 12 км горизонтального ствола. Речь шла о разработке традиционного месторождения на шельфе, при этом рассматривались два варианта: бурить с платформы в Охотском море или начать бурение на суше, а потом искривить скважину и уйти на 12 км в сторону моря. Последнее решение было признано оптимальным.
Оборудованная скважина по добыче сланцевого газа в США.
Перспективы добычи сланцевого газа в мире
В США добыча сланцевого газа ведется достаточно активно. По данным американских компаний, себестоимость газа, добытого из сланцев, примерно в 1,3–1,5 раза выше, чем в случае с традиционными месторождениями. В США значительно больше половины всего добываемого газа происходит из нетрадиционных источников: угольных пластов, плотных песчаников и сланцев.
При нынешних ценах на энергоносители даже такая себестоимость делает сланцевый газ рентабельным, хотя циркулируют слухи о том, что компании намеренно занижают официальные цифры себестоимости.
В Европе говорить о серьезных перспективах этого сырья не приходится, за исключением разве что Польши, где есть серьезные месторождения газоносных сланцев и условия для их добычи. В соседних Германии и Франции с их густонаселенными территориями и строгим экологическим законодательством эту отрасль вряд ли будут развивать.
В России до сих пор серьезно сланцевым газом никто не занимался в связи с наличием богатых традиционных месторождений, однако Минэнерго предлагает начать разработку сланцев уже с 2014 года.
Управление энергетической информации Минэнерго США (EIA) оценивает украинские запасы сланцевого газа в 1,2 триллиона кубометров, что ставит Украину на четвертое место в Европе по объемам резервов этого типа после Польши, Франции и Норвегии. Геологическое агентство США оценивает запасы Украины в 1,5-2,5 триллиона кубометров. На сегодня конкурс на разработку Юзовского месторождения сланцевого газа выиграла компания Shell, а Олесского — Chevron.
Liana Ecosalinon по материалам Олега Макарова, popmech.ru
Описание цикла эксплуатации скважины для разведки и добычи газа и нефти в сланцах и уплотненных песчаниках от компании «Шелл»:
Еще в 2004 году добыча сланцевого газа на территории США и большинства стран Европы была незаконна. Но в 2005 году вице-президент США Дик Чейни протолкнул в конгресс энергетический билль. Нефтегазовая промышленность США была исключена из Акта о безопасности питьевой воды, из Акта о защите воздуха и из десятка других законов о защите окружающей среды. Сам Дик Чейни по совместительству является бывшим владельцем компании Halliburton Inc, производящей оборудование и химикаты для бурения скважин. Закон 2005 года получил название «лазейка Halliburton», а технология добычи Halliburton стала широко использоваться в 34 штатах.
Удельная теплота сгорания топлива
|
Профессор Блумсбургского университета США Уэнди Ли: «Страны, где собираются добывать сланцевый газ, ждет то же самое, что произошло у нас. Сначала — короткий бум, какие-то новые рабочие места, но когда пузырь лопнет, останется плохая экология и разрушенная инфраструктура, как в Димоке. Также будет и в Латвии, и в Ирландии, и на Украине. Люди столкнутся с еще большими проблемами, чем были у них до того, как пришел газ».
Привожу данную таблицу для того, чтобы прекратить спекуляции на фразе "
Сланцевый газ после добычи проходит промышленное разделение и практически не отличается от природного"
, которую бездумно копируют из одного материала в другой.
Сланцевые газ и нефть содержат огромное количество примесей, которые не только повышают стоимость добычи, но и усложняют процесс обработки. То есть сжимать и сжижать сланцевый газ дороже, чем добытый традиционными методами. Сланцевые породы могут содержать от 30 % до 70 % метана. Хотя сл.газ и правда проходит разделение после добычи, делается это не везде и не всегда. Прежде всего потому, что у каждой буровой завод не построишь. Из него удаляют вредные примеси, из-за которых он иногда и вовсе не горит, только там, где удается добывать газа много и долго. И именно наличие примесей обусловливает меньшую теплоотдачу сланцевого газа.
Для примера можете просто сравнить цены на 76-й или 80-й бензин и Евро-6. Или хотя бы на 98-й. Разница 80-го и 98-го - в полтора раза. А выделить из сланцевого газа чистый метан куда дороже. А вот природный газ содержит 92-98% метана и ни в каких заводах не нуждается вовсе.
О сланцевом газе без эмоций:
Особенности сланцевого газа, как товара:
Показателями стоимости добычи сланцевого газа могут служить:
- содержание глины в жестких песках, которая поглощает энергию гидроразрыва, что требует увеличения объема используемых химикатов и повышает себестоимость газа.
- содержание диоксида серы, чем ниже показатель объема диоксида серы, тем выше цена реализации газа.
- содержание керогена (углеродсодержащей органики),
- себестоимость добычи ниже в толстых и термически-зрелых сланцах, обычно относящиеся к палеозойской и мезозойской эрам (пермский, девонский, ордовикский, силурийский периоды),
- содержанием диоксида кремния, чем выше показатель, тем более «хрупким» является сланец, содержат естественные переломы и трещины тем больше содержится естественных трещин на месторождении, тем ниже себестоимость добычи.
Достоинства добычи сланцевого газа:
Разработка сланцевых месторождений с использованием глубинного гидроразрыва пласта в горизонтальных скважинах может быть проведена в густозаселенных районах (впрочем, это обязательное условие, а не достоинство);
- сланцевые месторождения газа находятся в непосредственной близости от конечных потребителей (ибо его нельзя транспортировать по газопроводам высокого давления);
- добыча сланцевого газа происходит без потери парниковых газов (но теряется метан с аналогичным эффектом).
Недостатки добычи сланцевого газа:
Технология гидроразрыва пласта требует крупных запасов воды вблизи месторождений, для одного гидроразрыва используется смесь воды (7500 тонн), песка и химикатов. В результате вблизи месторождений скапливаются значительные объемы отработанной загрязненной воды, которую сложно утилизировать с соблюдением экологических норм;
- сланцевые скважины имеют гораздо меньший срок эксплуатации, чем скважины обычного природного газа;
Пробуренные скважины быстро сокращают свой дебит - на 30-40 % в год
- для добычи газа используется около 85 токсичных веществ, хотя точные формулы химического коктейля для гидроразрыва в компаниях, добывающих сланцевый газ, являются конфиденциальными /список ниже/;
-при добыче сланцевого газа имеются значительные потери метана, что приводит к усилению парникового эффекта;
-добыча сланцевого газа рентабельна только при наличии спроса и высоких цен на газ.
-сланцевые месторождения палеозойской и мезозойской эры, имеют высокий уровень гамма-излучения, что приводит к повышеню радиационного фона в результате гидроразрыва пластов.
По данным ряда исследований, рентабельность сланцевого газа в США балансирует на отметке 8-9 долларов за тысячу кубических футов, в то время как стоимость газа на внутреннем рынке уже опустилась до 3,5 долларов за тысячу кубических футов /Энгдаль/. EROEI сланцевого газа не публикуется, но о том, что он ничтожно мал говорят следующие данные. EROEI обычной нефти 18, обычного газа — 10. EROEI сланцевой нефти 5. Остается предположить, что EROEI сланцевого газа намного меньше 5. [*]
Себестоимость добычи сланцевого газа составляет в США на 2012 год не менее 150 долларов за тысячу кубометров, природного в России - менее 20 долларов (без налога на недра).
И тут мы упираемся в то, что цены на газ в США устанавливаются нерыночным методом — точнее сказать некто манипулирует ими. Некто, кто видит свои выгоды не на рынке газа, а в формировании за счет дешевого газа новых производственных секторов в США. А на таком уровне и с такими целями в США играет лишь правительство /clantsevyiy-gaz-ubyitochen /.
Независимые экологи подсчитали, что специальный буровой раствор содержит 596 наименований химикатов: ингибиторы коррозии, загустители, кислоты, биоциды, ингибиторы для контроля сланца, гелеобразователи. Для каждого бурения нужно до 26 тыс. кубометров раствора. Назначение некоторых химикатов: voda-dlja-gidrorazryvov/
- соляная кислота помогает растворять минералы;
- этиленгликоль борется с появлением отложений на стенках труб;
- изопропиловый спирт используется для увеличения вязкости жидкости;
- глютаральдегид борется с коррозией;
- легкие фракции нефти используются для минимизации трения;
- гуаровая камедь увеличивает вязкость раствора;
- пероксодисульфат аммония препятствует распаду гуаровой камеди;
- формамид препятствует коррозии;
- борная кислота поддерживает вязкость жидкости при высоких температурах;
- лимонная кислота используется для предотвращения осаждения металла;
- хлорид калия препятствует прохождению химических реакций между грунтом и жидкостью;
- карбонат натрия или калия используется для поддержания баланса кислот.
Очистка сланцевого газа - http://www.ngpedia.ru/id238570p1.html
Компания "Шелл" уже начала агитацию на УКраине. С ней можно ознакомиться здесь: http://www.shell.ua/aboutshell/our-business-tpkg/onshore/video.html
* - Соответственно ккал/м3 и кДж/м3. Проверить можно по этой
