Многие люди ошибочно считают, что сланцевый газ является чуть ли не отдельным энергоносителем, но приставку «сланцевый» он получил лишь потому, что залегает в сланцевом слое осадочной породы, а по своему составу отличается от природного газа повышенным содержанием метана, углекислого газа, аммиака и сероводорода. Как же все-таки добывается этот источник топлива и чем технология его добычи отличается от традиционного газа?
Главное отличие - особенности его залегания. Традиционный газ добывается из пористых коллекторов, глубина залегания которых колеблется от 700 до 4000 метров. Из-за большого количества пор коллекторы имеют высокую проницаемость (около 25%) и голубое топливо легко выкачивать после того, как скважина будет пробурена.
Сланцевый газ в свою очередь залегает на глубине от 2500 до 5000 метров в породах с низкой пористостью (3–4%), поэтому его разведка обходится гораздо дороже, а технология добычи намного сложнее.
Краткий экскурс в историю
Впервые добывать газ из сланцевого слоя осадочной породы начали почти 200 лет назад. Это произошло в США в 1821 году. Этот вид топлива использовался и в СССР: после окончания Великой Отечественной Войны он добывался в Эстонии и поставлялся по газопроводу в Ленинград. Но вскоре советские власти, как и правительства многих других стран мира, поняли, что добыча и транспортировка сланцевого газа обходится значительно дороже традиционного природного, поэтому разработка месторождений была остановлена.
Вторую жизнь идея добычи сланцевого газа обрела в начале двухтысячных годов, когда стали активно применяться технологии горизонтального бурения и многостадийного гидроразрыва пласта, которые позволили значительно увеличить объемы добычи, снизив ее себестоимость.
Технология разведки
Поиск месторождений сланцевого газа требует гораздо больших затрат по сравнению с разработкой традиционного голубого топлива, а технология разведки пока далека от совершенства. Из-за большой глубины залегания многие традиционные методы исследования оказываются неэффективны.
Если смотреть упрощенно, разведка сланцевого газа происходит следующим образом:
в предполагаемом районе его залегания бурится скважина, в которой производится гидроразрыв;
полученный газ анализируется, и на основании результатов анализа определяются оборудование и технология, которые необходимо будет применять для его добычи;
продуктивность скважин определяется опытным путем, а не при помощи точных гидродинамических исследований, как при добыче обычного природного газа.
Мировая статистика запасов
Прогнозируемые запасы сланцевого газа составляют 760 триллионов кубометров, доказанные, по данным американского агентства EIA , - 187,5 триллионов кубометров. Для сравнения, мировые запасы газа, по мнению самого читаемого журнала в мире по нефтегазовой тематике Oil & Gas Journal , составляют чуть более 36 триллионов баррелей.
Крупнейшими месторождениями сланцевого газа обладают КРН - 19,3 % от мировых запасов, США - 13%, Аргентина - 11,7%, Мексика - 10,3%, ЮАР - 7,3%, Австралия - 6%, Канада - 5,9%. Эти оценки с течением времени могут кардинально измениться, ведь, как уже упоминалось, разведка запасов сланцевого газа только начинает развиваться и пока продуктивность скважин определяется только опытным путем.
Бурение и прокладка труб
Особенностью добычи сланцевого газа является технология горизонтального бурения. Ее суть заключается в том, что после того, как была пробурена одна вертикальная скважина до глубины залежей сланцевого газа, бур начинает идти горизонтально. Однако существует множество нюансов, которые необходимо соблюдать при бурении, например, необходимо следить, чтобы уровень наклона бура соответствовал углу наклона сланцевого пласта и т. д.
Добывающие компании вынуждены применять такую технологию, так как газ залегает на значительной глубине в изолированных карманах в очень небольших объемах. Срок эксплуатации скважин невелик - от 5 до 12 лет. Для справки, срок эксплуатации скважины природного газа - от 30 до 50 лет. На крупнейшем разрабатываемом месторождении СГ в мире - BarnettShale - количество скважин уже превысило 17 тысяч.
Горизонтальная длина скважины может достигать 12 километров (этот рекорд был установлен при бурении на Сахалине).
В пробуренную скважину устанавливаются стальные трубы в несколько слоев. В пространство между ними и почвой заливается цемент, чтобы изолировать газ и жидкости для гидроразрыва пласта от пластов почвы, в которых содержится вода.
Гидроразрыв
Поскольку сланцевый газ залегает в породе, имеющей низкую пористость, извлекать его традиционными методами невозможно. Именно поэтому для добычи сланцевого газа активно применяется технология гидравлического разрыва пласта (фрекинга). По трубам к залежам газа закачивается вода, химические реагенты (ингибаторы коррозии, загустители, кислоты, биоциды и множество других химических элементов, общее число которых может доходить до 90 наименований) и специальные гранулы диаметром 0,5–1,5 миллиметра, которые могут состоять из керамики, стали, пластика или песчинок. Вся эта смесь создает химическую реакцию, которая и приводит к гидроразрыву. В результате в породе, которая содержит газ, образуется множество мелких трещин, в которых застревают гранулы, чтобы трещины уже не могли сойтись. Затем вода откачивается назад (она фильтруется и повторно используется для нового ГРП), а сланцевый газ, благодаря перепаду давления, выкачивается через трубы на поверхность.
Жидкости для гидроразрыва
Основой жидкости для гидроразрыва является вода (98,5% от общего объема). Порядка 1% состава - «расклинивающий» трещины элемент (обычно им является песок). Оставшиеся 0,5% - химические соединения, воздействующие на водопроницаемость породы. Без них гидроразрыв просто невозможен.
В течение последних лет велось много споров о вреде для экологии жидкостей для ГРП. Поднятая шумиха привела к тому, что многие европейские страны (Франция, Болгария, Италия) запретили проводить на своей территории гидроразрывы, а в США законодатели вынудили компании, занимающиеся добычей сланцевого газа, публиковать информацию о составе жидкостей для ГРП.
Но технология гидроразрыва, а соответственно и жидкости для них, используются и при добыче обычного природного газа. Например, ее активно применяет компания «Роснефть» , производившая две тысячи гидроразрывов в год еще несколько лет назад.
Транспортировка и очистка
Доставлять сланцевый газ обычными способами до конечных потребителей невозможно, так как стандартные газопроводы рассчитаны на давление в 75 атмосфер. В сланцевом газе этот показатель гораздо ниже из-за повышенного содержания аммиака, сероводорода, азота и углекислого газа и при прокачке его через газопроводы для природного газа может произойти взрыв.
Существует два решения проблемы транспортировки: cтроить заводы по очистке, что позволит сделать состав сланцевого газа приближенным к природному и затем доставлять его по уже существующим газопроводам, или создавать отдельную инфраструктуру для транспортировки сланцевого газа.
Первый вариант требует значительных расходов и делает добычу сланцевого газа просто нерентабельной. А вот второй способ все более активно используется странами, добывающими сланцевое топливо. Причем все они предпочитает доставлять газ на небольшие расстояния потребителям, которые находятся недалеко от месторождения, что делает транспортировку сланцевого газа максимально дешевой.
Именно так поступают в США, где добытый газ транспортируется пока только по коротким локальным газопроводам низкого давления или закачивается в баллоны. Такой же политики придерживается и Китай, начавший строительство первого сланцевого газопровода в провинцию Юньнань, длина которого составляет всего 93 километра.Что касается транспортировки сланцевого газа на дальние расстояния, то при отсутствии разветвленной сети газопроводов наиболее перспективным способом на данный момент является его преобразование в специальных терминалах в сжиженный газ и отправка покупателям при помощи танкеров. По прибытии в пункт назначения продукт перекачивается в резервуары для хранения, а затем преобразуется обратно в газообразное состояние и доставляется по газопроводам конечным потребителям. В настоящий момент строительством подобных терминалов активно занимаются в США. Первый объект, через который будет производится экспорт топлива в страны Юго-Восточной Азии, планируется ввести в эксплуатацию уже в конце 2015 года. Ожидается, что все построенные к 2020 году терминалы позволят экспортировать 118 миллиардов кубометров сланцевого газа.
Главное ноу-хау современной добычи
Экологический вред от гидроразрыва можно свести к минимуму при помощи применения технологии пропанового фрекинга. От обычного гидроразрыва она отличается тем, что вместо воды и химикатов к местам залежей сланцевого газа закачивается пропан, который, в отличие от традиционных жидкостей для ГРП, не оседает в почве после гидроразрыва, а полностью испаряется, поэтому загрязнять землю или воду он никак не может.
Эта технология серьезно изменила отношение многих европейских стран, заботящихся о своей экологии, к проведению гидроразрывов. Британские власти уже сняли запрет на ГРП, другие страны ЕС только рассматривают эту возможность.
Правда, у пропанового фрекинга есть и существенный минус, перечеркивающий всю его хваленую экологичность. Применение этого метода обходится в полтора раза дороже обычного гидроразрыва. Поэтому использовать подобную технологию можно только на месторождениях, имеющих высокую рентабельность.
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.
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
18ОктЧто такое Сланцевый Газ
Сланцевый газ (Shale Gas) – это природный газ, который добывается из сланцевых скважин, а именно из богатой газом горной породы – сланца.
Что такое СЛАНЦЕВЫЙ ГАЗ – значение, определение простыми словами.
Простыми словами, Сланцевый газ – это практически такой же природный газ, как и тот, что изымается из более привычных газовых залежей, но добывается он другим способом, о чем мы поговорим далее.
Что такое Сланец?
Прежде чем приступить к краткому описанию того как добывают сланцевый газ, следует разобраться, что именно из себя представляет тот самый сланец из которого добывается газ.
Сланец – это весьма распространенная форма осадочной породы, которая встречается практически по всему миру. Данная порода формируется из песка, грязи, глины и других мелких частиц минералов таких как кварц. Со временем данная смесь осаждается и сильно сжимается образуя залежи сланца. Подобные пласты встречаются в породах палеозойского и мезозойского периода, что приводит нас к тому, что им в среднем от 500 до 700 миллионов лет. Помимо того, что в сланцах содержится природный газ, данная порода включает в себя целый набор полезных органических веществ, которые могут быть использованы людьми в различных целях. Довольно часто сланец используют в различных промышленных целях в качестве наполнителя для бетона или кирпича. Также сланцевые пласты служат бесценным источником научной информации о древней эпохе нашей планеты. Дело в том, что в сланцах содержится огромное количество всевозможных окаменелостей, которые могут предоставить информацию о разных временах в геологической истории Земли.
Добыча сланцевого газа – как добывают сланцевый газ?
Как и при многих других методах добычи полезных ископаемых, технология добычи сланцевого газа состоит из нескольких важнейших этапов:
- Разведка;
- Бурение сети скважин;
- Установка оборудования для сбора газа;
- Создание гидравлических разрывов;
- Сбор и сортировка полученных из скважин продуктов.
Разведка.
На данном этапе компания которая планирует добывать газ проводит оценку рентабельности и других показателей, связанных с добычей и влиянием на экологию. Если экологические нормы соответствуют законодательству региона, начинается процесс бурения нескольких пробных скважин. Из них будут браться пробы на количество содержащегося в сланце газа. Если все в порядке, то компания приступает к следующему этапу работы.
Бурение.
Процесс бурения скважин при добыче сланцевого газа изрядно отличается от стандартного — «просто пробурить глубокую дырку в земле». Все дело в том, что в отличие от традиционного способа добычи газа из газовых залежей, со сланцевым такая схема не работает. Основным различием выступает тот фактор, что сланцевый газ не находится в условном «газовом пузыре под землей». Он содержится в крошечных порах сланцевого пласта, расположенного горизонтально под поверхностью. Таким образом, пробурив вертикальную скважину на определенную глубину ее уводят в горизонтальную плоскость и бурят дальше пока это необходимо. Таким образом на участке добычи создаются несколько (возможно десятки) подобных скважин.
После процесса непосредственного бурения происходит герметизация скважин. Это необходимо для того, чтобы не допустить не контролированный выход газа и других химических материалов, связанных с добычей. Простыми словами, вставленные трубы изолируют различными герметичными уплотнителями, которые не пропускают газ на поверхность.
Установка оборудования для сбора газа.
Простыми словами на трубы устанавливают оборудование, которое будет принимать, сортировать и отправлять полученный продукт дальше по назначению.
Создание гидравлических разрывов.
Это самая уникальная часть процесса добычи сланцевого газа. Дело в том, что как мы уже знаем, нужный газ содержится в «порах» пласта, и сам по себе он выходить естественно не собирается. Для того чтобы он начал выделяться, добытчикам необходимо разрушить структуру пласта и освободить запертый там газ. В этих целях, практически в самый конец трубы продвигается специальный пиротехнический заряд. Он выстреливает в нужном месте создавая отверстия в трубе и ломает структуру пласта создавая в нем трещины. Поле этого в трубу под высоким давлением закачивается специальная смесь из воды и песка, которая собственно заполняет созданные трещины. Песок в свою очередь не дает трещинам сомкнуться обратно и отлично пропускает газ. Подобная процедура при необходимости повторяется по всей горизонтальной плоскости скважины.
Сбор, сортировка, хранение и доставка газа.
Как уже стало понятным из прошлого этапа, после манипуляций с гидравлическим разрывом, в трубы начинает поступать газ, вода и другие материалы которые содержатся в недрах. На поверхности, специально установленные сортировальные установки разделяют газ и воду. Газ отправляется в специальные коллекторы, а вода в свою очередь поступает на переработку и снова используется для создания гидравлических разрывов. Именно таким образом и происходит добыча сланцевого газа.
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»: