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.
Ситуация с энергетическими ресурсами поставила ряд стран в зависимость от их импорта. Развитие альтернативных источников энергии напрямую связано с истощением месторождений нефти и природного газа. Возможность добычи и использования сланцевого газа стали темой обсуждения специалистов различных областей, от политиков до экологов.
Сланцевый газ – особенности добычи
Особенностью добычи газа в сланцевых породах является следующее — в них потенциально содержатся большие запасы углеводородов, пласты которых плотно перемешаны с частицами сланца. В этом случае добыча возможна лишь с применением гидравлических встрясок, после которых газ перемещается в верхние слои, откуда его уже можно извлечь.
Впервые такой метод гидравлического разрыва пласта применялся в 1947 г., но на том уровне развития техники был недостаточно эффективен. В настоящее время при разработке газосланцевых месторождений используется вертикально-горизонтальное бурение, где в разветвленную сеть скважин под высоким давлением подается «расклинивающая» смесь, включающая в себя соли органических кислот, отходы нефтепереработки, песок. Образующиеся трещины высвобождают сланцевый газ.
Для разработки месторождения сланцевого газа необходимо пробурить в сотни раз больше скважин, чем при традиционной добыче. По технологии гидроразрыва пласта – фрекинга, требуется постоянно поддерживать заданную пористость пласта, что достигается использованием химических реагентов. Сами сланцы так же содержат целый спектр ядовитых примесей с высоким уровнем гамма-излучений.
Проблема в том, что далее вся эта смесь высвобождается, выходит в верхние слои, и через осадочные породы оседает на почве, попадает в водоемы в районах сланцевой добычи газа, создавая повышенный радиационный фон.
Положительные аспекты сланцевой добычи газа
Добыча сланцевого газа решает текущий спрос на энергоресурсы внутри страны, позволяет экспортировать излишки, зарабатывая на этом валюту. Развитие этой отрасли дает заметные импульсы экономическому развитию и созданию новых рабочих мест. Положительным моментом является и поддержка низких внутренних цен на газ, что связано с избытком его предложения. Использование более дешевого газа для широкого ряда промышленных товаров создает более конкурентноспособную продукцию газодобывающей страны.
Возможность добычи сланцевого газа в населенных районах, в доступности от потребителя, привлекает инвесторов, гарантируя при этом снижение затрат. Вместе с тем, специалисты отмечают быструю истощаемость сланцевых месторождений, зачастую коэффициент извлечения газа не достигает 20% . Кроме того, растет экологическая нагрузка в районах добычи газа.
Негативные последствия развития газосланцевой отрасли
Перепады давления при гидроразрывах пласта приводят к постоянным землетрясениям, от 1,6 до 3,6 баллов по шкале Рихтера, взаимосвязь которых с добычей сланцевого газа уже научно подтверждена.
Растет загрязненность почвы и поверхностных вод химическими отходами, содержание метана в питьевой воде жилых районов, расположенных в ареале разработки месторождений, превышено в десятки раз.
К экологическим бедствиям стоит отнести и рост парникового эффекта, достигаемый значительными выбросами метана при разработке газосланцевых месторождений. Медики отмечают всплеск онкозаболеваний в районах добычи сланцевого газа, зафиксированы множественные случаи отравлений химическими веществами.
Будущее газосланцевой добычи
Не взирая на протесты экологов и общественности, в Соединенных штатах активно разрабатываются новые газосланцевые месторождения. В Великобритании и Польше идет разведка газосланцевых месторождений.
Вместе с тем, во Франции, Румынии и Болгарии официально запрещено проведение фрекинга, в Австралии уже запрещена разработка газосланцевых месторождений на 20 лет. В Европе препятствует добыче сланцевого газа густонаселенность и строгое регулирование экологической безопасности. Вероятность разработки газосланцевых месторождений здесь в ближайшие годы маловероятна.
Перспективы развития газосланцевой отрасли велики, это обосновано изменением мирового газового рынка уже сейчас. Но повсеместная добыча сланцевого газа возможна лишь при высокой рентабельности, для чего необходимы высокие цены на газ и наличие стабильного спроса.
Сланцевый газ – последняя надежда российских либералов, последняя мечта Пятой колонны. Вот начнут США и все остальные добывать дешевый сланцевый газ в огромных количествах и никому не нужным станет российский газ. И тогда не будет госбюджета, не будет пенсий и военного бюджета. Россия ослабнет.
На эту тему много пишут. Но кто? Журналисты. Аналитики. Политики. А что думают на этот счет ученые? Вот что важно знать.
Один из моих читателей прислал мне статью на тему сланцевого газа. Ее авторы: он сам — кандидат технических наук Игорь Олегович Геращенко и член-корр. РАН, доктор химических наук, профессор РГУ нефти и газа им. М.И. Губкина Альберт Львович Лапидус.
И эти два уважаемых ученых и их статья очень сильно расстроят тех, кто ждет, что сланцевый газ вытеснит с рынков природный газ и тем самым нанесет колоссальный ущерб России. Потому что в материале российских ученых показано, что для сланцевого газа понятие «разведанных запасов» практически неприменимо. И самое главное: несмотря на то, что залежи сланцевого газа широко распространены по всему миру, его промышленная добыча возможна только в США.
Прежде чем, вы прочитаете саму статью, любопытный комментарий одного российского ученого из «нефтегазовой сферы»:
«Недавно был на семинаре в Москве, который устраивала одна американская компания, занимающаяся продажей информации о нефтепереработке. Рекламу сланцевого газа и сланцевой нефти они ведут по полной программе. При этом объяснить, почему информация о размерах добычи и ее стоимости засекречена, в упор отказываются. Представители компании больше похожи на цеэрушников, чем на нефтепереработчиков…».
Сланцевый газ – революция не состоялась.
Источник: Вестник Российской Академии Наук, 2014, том 84, №5, с. 400-433, авторы И.О Геращенко, А. Л. Лапидус
Введение.
Природный газ можно обнаружить практически в любой точке нашей планеты. Если мы начнем бурить скважину, то почти в любом месте дойдем до пласта, в котором будет содержаться газ. В зависимости от состава и структуры пласта содержание газа в нем может быть разное. Для того же, чтобы природного газа накопилось много, нужна порода-коллектор, которая будет способствовать накоплению газа, и этими породами могут быть песчаник, сланец, глина или уголь. Каждая из вышеперечисленных пород будет выполнять роль коллектора по-разному. В зависимости от того, в каком пласте и на какой глубине будет этот газ залегать, будет меняться и его название. Газ, добываемый из пласта сланца, становится сланцевым, а из угольного пласта – угольным метаном. Больше всего газа может быть добыто из пластов песчаника и газ, добываемый из таких пластов, называют просто «природным».
Все запасы природного газа делятся на традиционные и нетрадиционные.
Традиционные залежи находятся в неглубоко залегающих (менее 5000 м) пластах, где коллекторной породой является песчаник, обеспечивающий наибольшие возможности для накопления газа, что приводит к минимальной стоимости его добычи.
К нетрадиционным запасам относятся:
Глубоко залегающий газ – глубина залегания более 5000 м., что увеличивает стоимость буровых работ.
Природный газ плотных пород – коллектором являются плотные породы с низким содержанием газа.
Сланцевый газ – коллектором является сланец.
Угольный метан – коллектором являются угольные пласты.
Метаногидраты – метан содержится в кристаллогидрате в соединении с водой.
Проницаемость плотных пород, сланца и угольных пластов значительно меньше, чем у песчаника, что приводит к сильному снижению дебита скважин. Если стоимость добычи природного газа на традиционных месторождениях имеет порядок 15 – 25 $|1000 м 3 на земле и 30-60$/1000 м 3 на шельфе, то добыча газа на нетрадиционных месторождениях обходится значительно дороже.
Сланцевой революции в США предшествовало продолжительное падение добычи традиционного природного газа. В 1990 г. 90% добываемого в США газа приходилось на традиционные месторождения и только 10% на нетрадиционные, месторождения плотных пород (tight gas) и угольный метан (Coalbed methane). Добыча природного газа на традиционных месторождениях в 1990 г. составляла 15,4 трилл. кубических футов, к 2010 г. она упала на 29% до 11 трилл. куб. футов. Такое катастрофическое падение добычи газа американцы компенсировали расширением добычи газа на нетрадиционных месторождениях, которая достигла к 2010 г. 58% от общей добычи, что позволило довести общую добычу газа до 21,5 трилл. куб. футов или 609 млрд. м 3 . Основные силы были брошены на добычу сланцевого газа.
Прогноз объёмов и структуры добычи природного газа в США
Natural gas production by source, 1990—2035 (trillion cubic feet)
В 2009 году средства массовой информации сообщили, что США стали «крупнейшим в мире производителем газа», оттеснив Россию на второе место. Причину этого объяснили увеличением добычи сланцевого газа, ставшую экономически оправданной вследствие применения инновационных технологий, разработанных американскими компаниями. Было заявлено, что с помощью горизонтального бурения и гидроразрыва пласта добыча сланцевого газа становится выгоднее, чем добыча природного газа. Началось обсуждение того, что США вскоре прекратит свой огромный импорт энергоносителей и, мало того, начнет снабжать природным газом всю Европу. Была запущена информация, что добыча сланцевого газа в США за 2010 г достигла 51 млрд. кубометров в год (менее 8% от добычи «Газпрома»). В компании, занимающиеся добычей сланцевого газа, было инвестировано около 21 млрд. долларов.
Ответственные аналитические организации «сланцевую эйфорию» не разделяли.
IEA(International Energy Agency) и BP review приводили данные, по которым добыча газа Россией превышает американскую, а DOE (Министерство энергетики США) в 2010 г. высказало предположение, что данные по добыче газа в США завышены примерно на 10%, т.е. на 60 млрд. м 3 в год. Однако мнения профессионалов средствами массовой информации игнорировались. Аналитики стали пророчить крах газовых картелей. Польша была объявлена будущей крупнейшей газодобывающей страной Европы [ 5,6,7]
На весь мир было объявлено о грядущей «Сланцевой революции».
Анализ возможности использования сланцевого газа.
Реальное положение дел в газодобывающей промышленности США складывалось совсем не так радужно, как хотелось представителям средств массовой информации. Заявляемая себестоимость сланцевого газа в 100$ за 1000 м 3 никем не была достигнута. Даже у компании Chesapeake Energy (пионера и активного пропагандиста сланцевого газа) минимальная себестоимость добычи оказалась 160$ за 1000 м 3 .
Под шумок «сланцевой революции» многие американские газодобывающие компании набрали кредитов с использованием скважин в качестве обеспечения (залога), чем увеличили свою капитализацию. Однако выяснилось, что продуктивность скважины сланцевого газа падает за первый же год в 4 — 5 раз , в результате чего уже через год эксплуатации оборудование работает всего на 20 – 25% от своей мощности, а экономические показатели уходят в минус. В результате ряд американских газодобывающих компаний обанкротились на сланцевом буме.
В начале «сланцевой революции» 2008 – 2009 г. американские газодобывающие компании получили множество заказов на проведение буровых работ по разведке и добыче сланцевого газа из Польши, Китая, Турции, Украины и ряда других стран. На первых же этапах работ выяснилось, что себестоимость добычи сланцевого газа в этих странах значительно выше, чем в США, и составляет 300 – 430 $ за 1000 м 3 , его запасы значительно ниже, чем прогнозировались, а состав газа, в большинстве случаев, значительно хуже, чем ожидалось. В июне 2012 г. Exxon-Mobil отказалась от дальнейшей разведки сланцевого газа в Польше по причине скудости ресурсов. В августе того же года её примеру последовала английская компания 3Legs Resources.
На сегодняшний день ни в одной стране мира, за исключением США, сланцевый газ в промышленных масштабах не добывается.
Остановимся на составе сланцевого газа.По данным, приводимым в справочниках, теплота сгорания сланцевого газа в два с лишним раза ниже, чем у газа природного. Состав сланцевого газа приводится в публикациях крайне редко, и приведенная ниже таблица демонстрирует причины этого. Если на лучших из разрабатываемых месторождений США в добываемом газе может быть до 65% азота и до 10,4% углекислого газа, то можно представить, сколько этих негорючих газов содержится в сланцевом газе месторождений не столь перспективных.
Таблица. Состав газа разрабатываемых сланцевых плев США
| № Скв. | Состав газа, % об. | ||||
| С1 | С2 | С3 | СО 2 | N 2 | |
| BARNET Texas | |||||
| 1 | 80,3 | 8,1 | 2,3 | 1,4 | 7,9 |
| 2 | 81,2 | 11,8 | 5,2 | 0,3 | 1,5 |
| 3 | 91,8 | 4,4 | 0,4 | 2,3 | 1,1 |
| 4 | 93,7 | 2,6 | 0,0 | 2,7 | 1,0 |
| MARCELLUS western Pennsylvania, Ohio, and West Virginia | |||||
| 1 | 79,4 | 16,1 | 4,0 | 0,1 | 0,4 |
| 2 | 82,1 | 14,0 | 3,5 | 0,1 | 0,3 |
| 3 | 83,8 | 12,0 | 3,0 | 0,9 | 0,3 |
| 4 | 95,5 | 3,0 | 1,0 | 0,3 | 0,2 |
| NEW ALBANY Southern Illinois extending through Indiana and Kentucky | |||||
| 1 | 87,7 | 1,7 | 2,5 | 8,1 | 0,0 |
| 2 | 88,0 | 0,8 | 0,8 | 10,4 | 0,0 |
| 3 | 91,0 | 1,0 | 0,6 | 7.4 | 0,0 |
| 4 | 92,8 | 1,0 | 0,6 | 5,6 | 0,0 |
| ANTRUM Michigan | |||||
| 1 | 27,5 | 3,5 | 1,0 | 3,0 | 65,0 |
| 2 | 67,3 | 4,9 | 1,9 | 0,0 | 35.9 |
| 3 | 77,5 | 4,0 | 0,9 | 3,3 | 14,3 |
| 4 | 85,6 | 4,3 | 0,4 | 9,0 | 0,7 |
Приведенная таблица показывает, что У СЛАНЦЕВОГО ГАЗА НЕ МОЖЕТ БЫТЬ РАЗВЕДАННЫХ ЗАПАСОВ.
Если на одном месторождении ANTRUM, в скважинах находящихся рядом, содержание азота в добываемом газе колеблется от 0,7 до 65%, то можно говорить только о составе газа одной скважины, а не месторождения в целом.
В 2008 г. компании Exxon-Mobile, Marathon, Talisman Energy и 3Legs Resources оценивали залежи сланцевого газа в Польше триллионами кубических метров.
К концу 2012 г. все эти компании прекратили разведку на территории Польши, убедившись, что пригодного для коммерческих разработок сланцевого газа в стране нет вообще. Вышеперечисленные компании заработали на этой «разведке» деньги, и немалые, а Польша эти деньги потеряла. За иллюзии приходится платить.
Разведка запасов сланцевого газа.
«Разведка» запасов сланцевого газа не имеет ничего общего с общепринятой геологической разведкой и выглядит следующим образом:
- Бурится скважина с горизонтальным бурением и гидроразрывом пласта (стоимость этих работ превышает стоимость бурения и обустройства обычной вертикальной скважины во много раз)
- Полученный газ подвергается анализу, по результатам которого выясняется, какую необходимо применять технологию для доведения этого газа до конечного продукта.
- Опытным путем выясняется продуктивность скважины, под которую подбирается необходимое оборудование. Первое время (несколько месяцев) оборудование работает на полную мощность, затем мощность приходится снижать, т.к. продуктивность скважины резко падает.
- Запасы газа определяются также опытным путем. Скважина дает газ от года до трех. К концу этого срока оборудование работает на 5 – 10% своей мощности.
Результаты «разведки» запасов сланцевого газа (состав, запасы и производительность) определяются не до начала разработки, а после её завершения и относятся не к месторождению, а к одной, уже выработанной скважине.
Строительство магистральных газопроводов при добыче сланцевого газа невозможно ввиду невозможности рассчитать их параметры. В США сланцевый газ используется в непосредственной близости от мест добычи, и это является единственной возможностью его применения. США покрыты довольно густой сетью малорасходных газопроводов. Скважины для добычи сланцевого газа бурят так, чтобы расстояние от них до ближайшего, уже имеющегося, газопровода было незначительным. Специальных газопроводов для сланцевого газа в США практически нет – делается только врезка в уже имеющийся газопровод природного газа. Сланцевый газ часто добавляется (иногда в незначительных количествах) в поток природного газа. Ни в одной другой стране мира такой плотной сети газопроводов нет и строить их для сланцевого газа экономически не выгодно.
Экологические последствия добычи сланцевого газа могут стать необратимой катастрофой. Для одного гидроразрыва используется 4 – 7,5 тыс. тонн пресной воды, порядка 200 тонн песка и 80 – 300 тонн химикатов, включающих в себя около 85 токсичных веществ, таких как формальдегид, уксусный ангидрид, толуол, бензол, диметилбензол, этилбензол, хлорид аммония, соляная кислота и др. Точный состав химических добавок не разглашается. Несмотря на то, что гидроразрывы проводятся гораздо ниже уровня грунтовых вод, токсичные вещества проникают в них вследствие просачивания через трещины, образовавшиеся в толще осадочных пород при гидроразрыве. Отметим, что во многих странах Европы добыча сланцевого газа запрещена.
Таким образом, можно заключить, что:
- Себестоимость добычи сланцевого газа больше, чем природного, в 5 – 10 раз.
- Сланцевый газ возможно использовать как топливо только в непосредственной близости от мест добычи.
- Достоверная информация о запасах сланцевого газа отсутствует, и вряд ли появится в обозримом будущем, поскольку современные методы разведки не могут её предоставить.
- Промышленная добыча сланцевого газа за пределами США не представляется возможной.
- Экспорт сланцевого газа из США в обозримом будущем производиться не будет.
- Добыча сланцевого газа в России экологически недопустима и должна быть запрещена, как и во многих странах Европы.
Списоклитературы.
1. Shale Gas Will Rock the World (Джеффи А. М. Сланцевый газ потрясет мир) by AMY MYERS JAFFE //"The Wall Street Journal",USA MAY 10, 2010
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»:
