Главная Липома

Технология добычи сланцевого газа и влияние на экологию.

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.

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»:

"Сланцевая революция", очевидно, всерьез овладевает умами политиков и бизнесменов всего мира. Пальму первенства в этой сфере держат американцы, но, по-видимому, есть вероятность, что и остальной мир вскоре к ним присоединится. Конечно, есть государства, где практически не ведется добыча сланцевого газа - в России, например, к этому начинанию основной процент политических и бизнес-элит относится довольно скептически. При этом дело не столько в факторе экономической рентабельности. Важнейшее обстоятельство, которое может повлиять на перспективы такой отрасли, как добыча сланцевого газа, - последствия для экологии. Сегодня мы изучим данный аспект.

Что такое сланцевый газ?

Но для начала - небольшой теоретический экскурс. Что такое сланцевый полезное ископаемое, которое добывается из особого вида минералов - Основной метод, с помощью которого ведется добыча сланцевого газа, последствия которой мы сегодня, руководствуясь позициями экспертов, изучим - фрекинг, или гидроразрыв пласта. Устроен он примерно так. В земные недра вводится в почти горизонтальном положении труба, а одно из ее ответвлений выводится на поверхность.

В процессе фрекинга в газохранилище нагнетается давление, которое способствует выходу сланцевого газа наверх, где он и собирается. Наибольшую популярность добыча упомянутого полезного ископаемого приобрела в Северной Америке. По подсчетам ряда экспертов, рост выручки в рамках этой индустрии на рынке США за последние несколько лет составил несколько сотен процентов. Однако безусловный экономический успех в аспекте освоения новых способов добычи "голубого топлива" может сопровождаться огромными проблемами, связанными с добычей сланцевого газа. Носят они, как мы уже сказали, экологический характер.

Вред экологии

То, на что США и другим энергетическим державам следует, по мнению экспертов, обратить особое внимание, работая в такой сфере как добыча сланцевого газа, - последствия для экологии. Самую главную угрозу для окружающей среды таит в себе основной метод извлечения полезного ископаемого из недр земли. Речь идет о том самом фрекинге. Он, как мы уже сказали, представляет собой подачу в земной пласт воды (под очень большим давлением). Подобного рода воздействие способно оказать выраженное негативное влияние на окружающую среду.

Реагенты в действии

Технологические особенности фрекинга - это не единственный характера. Текущие методы добычи сланцевого газа предполагают использование нескольких сотен разновидностей химически активных, и в потенциале токсичных, веществ. Что это может означать? Дело в том, что разработка соответствующих месторождений требует задействования больших объемов пресной воды. Плотность ее, как правило, меньше той, что свойственна подземным водам. И потому легкие слои жидкости, так или иначе, могут со временем подняться на поверхность и достигнуть зоны смешения с питьевыми источниками. При этом в них, вероятно, будут содержаться токсичные примеси.

Более того, возможен вариант, при котором легкая вода будет возвращаться на поверхность загрязненной не химическими, а вполне природными, но все-таки вредными для здоровья человека и экологии веществами, которые могут содержаться в глубинах земных недр. Показательный момент: известно, что планируется добыча сланцевого газа на Украине, в районе Карпат. Однако эксперты одного из научных центров провели исследование, в ходе которого выяснилось: слои земли в тех регионах, которые, как предполагается, содержат в себе сланцевый газ, характеризуются повышенным содержанием металлов - никеля, бария, урана.

Просчет технологии

К слову, ряд экспертов из Украины призывает обратить внимание не столько на проблемы добычи сланцевого газа в аспекте использования вредных веществ, сколько на недостатки в применяемых газовиками технологий. Представители научной среды Украины в одном из своих докладов на экологическую тематику выдвинули соответствующие тезисы. Какова их сущность? Выводы ученых, в целом, сводятся к тому, что добыча сланцевого газа на Украине может нанести значительный ущерб плодородности почв. Дело в том, что при тех технологиях, что задействуются для изоляции вредных веществ, некоторые материалы будут располагаться под пахотным грунтом. Соответственно, что-то вырастить над ними, в верхних слоях почвы, будет проблематично.

Украинские недра

Есть в среде украинских экспертов также и опасения по поводу возможного расходования запасов питьевой воды, которые могут являть собой стратегически значимый ресурс. Вместе с тем, уже в 2010 году, когда сланцевая революция только набирала обороты, украинские власти выдали лицензии на проведение разведывательных работ по сланцевому газу компаниям уровня ExxonMobil и Shell. В 2012 году было осуществлено бурение поисковых скважин в Харьковской области.

Это могло свидетельствовать, полагают эксперты, о заинтересованности украинских властей в освоении "сланцевых" перспектив, вероятно, с целью снизить зависимость от поставок голубого топлива из РФ. Но сейчас неизвестно, считают аналитики, каковы дальнейшие перспективы работы в этом направлении (в силу известных политических событий).

Проблемный фрекинг

Продолжая рассуждение о недостатках технологий добычи сланцевого газа, можно обратить внимание также и на другие примечательные тезисы. В частности, при фрекинге могут использоваться некоторые вещества Они задействуются как жидкости разрыва. При этом частое их использование может приводить к значительному ухудшению степени проницаемости пород для водных потоков. Для того чтобы избежать этого, газовики могут использовать воду, в которой используются растворимые химические производные веществ, близких по составу к целлюлозе. А они несут серьезную угрозу здоровью человека.

Соли и радиация

Были прецеденты, когда присутствие химических веществ в водах в районе сланцевых скважин было зафиксировано учеными не только в расчетном аспекте, но также и на практике. Проанализировав воду, стекавшуюся в очистные сооружения в Пенсильвании, эксперты обнаружили намного более высокий, чем в норме, уровень содержания солей - хлоридов, бромидов. Некоторые из веществ, обнаруженных в воде, могут вступать в реакцию с атмосферными газами - например, озоном, в результате чего могут образовываться токсичные продукты. Также в некоторых слоях недр, расположенных в районах, где добывается сланцевый газ, американцы обнаружили радий. Который, соответственно, радиоактивен. Не считая солей и радия, в водах, которые концентрируются в районах, где применяется основной способ добычи сланцевого газа (фрекинг), учеными были обнаружены различного рода бензолы, толуол.

Законная лазейка

Некоторые юристы отмечают, что вред экологии, наносимый американскими газодобывающими компаниями "сланцевого" профиля, имеет едва ли не законную природу. Дело в том, что в 2005 году в США был принят правовой акт, по которому метод фрекинга, или гидроразрыва пласта, был выведен из-под мониторинга Агентства по охране окружающей среды. Это ведомство, в частности, следило за тем, чтобы американские бизнесмены действовали в соответствии с предписаниями Закона о защите питьевой воды.

Однако, с принятием нового правового акта, предприятия США получили возможность действовать вне зоны контроля Агентства. Стала возможной, отмечают эксперты, добыча сланцевой нефти и газа в непосредственной близости от подземных источников питьевой воды. И это невзирая на то, что Агентство в одном из своих исследований пришло к выводу, что источники продолжают загрязняться, и не столько в процессе фрекинга, сколько через некоторое время после завершения работ. Аналитики считают, что закон был принят не без политического давления.

Свобода по-европейски

Ряд экспертов акцентирует внимание на том, что не только американцы, но также и европейцы не желают понимать, чем опасна добыча сланцевого газа в потенциале. В частности, Еврокомиссия, разрабатывающая источники права в различных сферах экономики ЕС, даже не стала создавать отдельного закона, регулирующего вопросы экологии в данной отрасли. Ведомство ограничилось, подчеркивают аналитики, всего лишь изданием рекомендации, фактически ни к чему не обязывающей энергетические компании.

Вместе с тем, по замечаниям экспертов, европейцы пока не слишком стремятся к скорейшему началу работ по добыче голубого топлива на практике. Не исключено, что все те дискуссии в ЕС, что связаны со "сланцевой" тематикой, - всего лишь политические спекуляции. И на деле европейцы, в принципе, не собираются осваивать добычу газа нетрадиционным методом. По крайней мере, в ближайшем будущем.

Жалобы без удовлетворения

Есть сведения, что в тех районах США, где идет добыча сланцевого газа, последствия экологического характера уже дали о себе знать - и не только на уровне промышленных исследований, но и в среде обычных граждан. Американцы, живущие по соседству со скважинами, где применяется фрекинг, стали замечать, что вода из-под крана сильно потеряла в качестве. Они пытаются выразить протест против добычи сланцевого газа в своей местности. Однако их возможности, как полагают эксперты, несопоставимы с ресурсами энергетических корпораций. Схему бизнесы реализуют достаточно простую. При возникновении претензий со стороны граждан они формируют наняв экологов. В соответствии с этими документами, питьевая вода должна быть в полном порядке. Если жителей не устраивают эти бумаги, то газовики, как сообщается в ряде источников, выплачивают им в досудебном порядке компенсации взамен подписания договоров о неразглашении сведений о подобных сделках. В результате чего гражданин теряет право сообщать что-то прессе.

Вердикт не обременит

Если же судебные процессы все же инициируются, то решения, выносимые не в пользу энергетических компаний, на деле не являются сильно обременительными для газовиков. В частности, по некоторым из них корпорации обязуются поставлять за свой счет гражданам питьевую воду из экологически чистых источников или же устанавливать для них очистное оборудование. Но если в первом случае пострадавшие жители, в принципе, могут быть довольны, то во втором - как полагают эксперты - особого повода для оптимизма может и не быть, поскольку некоторые все же могут просачиваться через фильтры.

Власти решают

В среде экспертов бытует мнение, что интерес к сланцу в США, равно как и во многих других странах мира, в большей степени политический. Об этом, в частности, может свидетельствовать тот факт, что многие газовые корпорации поддерживаются правительством - особенно в таком аспекте, как налоговые льготы. Экономическую же состоятельность "сланцевой революции" эксперты оценивают неоднозначно.

Фактор питьевой воды

Выше мы рассказали о том, что украинские эксперты ставят под сомнение перспективы добычи сланцевого газа в своей стране, во многом в силу того фактора, что технология фрекинга может потребовать расходования большого количества питьевой воды. Надо сказать, что подобные опасения высказывают и специалисты из других государств. Дело в том, что и без сланцевого газа уже сейчас наблюдается во многих регионах планеты. И вполне вероятно, что подобная ситуация в скором времени может наблюдаться и в развитых странах. А "сланцевая революция", понятное дело, будет только способствовать ускорению этого процесса.

Неоднозначный сланец

Есть мнение, что добыча сланцевого газа в России и других странах не осваивается совсем или, по крайней мере, не происходит в таком темпе, как в Америке, как раз таки по причине рассмотренных нами факторов. Это, прежде всего, риски загрязнения окружающей среды токсичными, а иногда и радиоактивными, соединениями, имеющими место быть при фрекинге. Также это вероятность истощения резервов питьевой воды, которая может в скором времени даже в развитых странах стать ресурсом, по степени значимости не уступающим голубому топливу. Разумеется, в расчет берется также и экономическая составляющая - среди ученых нет единого мнения по вопросам рентабельности сланцевых месторождений.

В наше время широкое распространения получила тема ресурсов, запасов, добычи сланцевого газа. Она волнует многих людей, причём не только с экономической точки зрения, но и с точки зрения влияния его на экологию.

Что такое сланцы вообще?

Сланцы это осадочные породы, которые прошли определённые стадии преобразования. Сначала в водоёмах происходит образование рыхлых осадков, которые постепенно уплотняются – из рыхлого песка образуется песчаник, далее песчано-глинистый сланец и в конце получаем гнейс.

Как добывается сланцевый газ?

Концентрация газа в сланцевых отложениях низкая. Коллекторы, в которых он скапливается, рассосредоточены по всей толще породы. По-отдельности они имеют небольшие объемы газа, однако совокупные их запасы огромны.

Как добывается сланцевый газ?

Технология добычи сланцевого газа подразумевает несколько способов добычи: горизонтальное бурение, гидроразрыв пласта и сейсмическое моделирование. Способ горизонтального бурения основан на использовании особых буровых установок и является основным способом добычи газа. Создание высокопроводимой трещины в целевом пласте, чтобы добыть сланцевый газ – технология гидроразрыва пласта (позволяет «оживить» скважины, на которых добыча газа обычными методами уже невозможна).

Современная технология добычи сланцевого газа включает в себя сооружение буровой установки, в составе которой одна вертикальная скважина и несколько горизонтальных. Их длина может достигать 3 км. Они заполняются смесью воды, песка и химреагентов, создаётся гидроудар, повреждается целостность газовых коллекторов. Далее высвобожденный газ откачивается.

В процессе горизонтального бурения применяется методика сейсмического моделирования. Она сочетает в себе геологические исследования и картирование с компьютерной обработкой данных, в том числе, с визуализацией.

В газовых месторождениях имеет место естественное перемещение газа в зависимости от давления. Такую особенность имеет и сланцевый газ, технология добычи которого предполагает создание областей с переменным давлением. Для этого применяют горизонтальные скважины, имеющие мультиотводы на одной глубине, или такие скважины делаются многоступенчатыми с горизонтальным отводом длиной до 2 км.

Схема добычи сланцевого газа

Схематично процесс, как добывают сланцевый газ, можно разделить на несколько этапов:

Проводится бурение скважин: вертикальное до глубины сланцевых залежей и далее вдоль них – горизонтальное.
Установка трубы в скважину.
Укрепление трубы цементом. В полученной конструкции специальным перфоратором проделываются отверстия.
Закачка в трубу воды и песка, под действием которых сланец постепенно разрушается.
Сбор газа из трещин и разломов породы и прокачка его через трубопровод.

После того, как давление газа спадёт, возможен повтор процедуры разрушения сланцевого пласта.

Американский опыт разработок сланцевых бассейнов показывает, что каждое такое месторождение характеризуется совершенно уникальными геологическими параметрами, особенностями эксплуатации, сложностями в добыче. И в каждом случае требуется индивидуальный научный подход.

Влияние на экологию

Вид сверху на добычу сланцевого газа

Существуют пагубные последствия добычи сланцевого газа. И первое, на что оказывает негативное влияние сланцевый газ — экология. Ведь при его добыче используются канцерогенные жидкости, которые отравляют окружающую среду: почву, подземные воды, реки и многое другое. Более того, технология добычи сланцевого газа предусматривает использование углеводорода, что может привести к ухудшению проницаемости земных пород для воды. Поэтому вопрос, как добывают сланцевый газ, волнует очень многих экологов.

Сейчас, в связи с проблемами, связанными с добычей традиционного газа, рассматривается вероятность добычи сланцевого газа в России. Однако против этого выступают многие политики и экономисты, которые опасаются, что добывать сланцевый газ экономически невыгодно из-за высокой себестоимости бурения скважины и маленького срока её эксплуатации.

Отсюда следует, что прежде чем осваивать технологию добычи сланцевого газа, необходимо внимательно обдумать то, какое влияние это окажет на эконмическую и экологическую ситуацию в стране.

Видео

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).

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.

По своим физическим свойствам очищенный сланцевый газ принципиально ничем не отличается от традиционного природного газа. Однако технология его добычи и очистки подразумевает гораздо большие по сравнению с традиционным газом затраты.
Сланцевые газ и нефть — это, грубо говоря, недоделанные нефть и газ. При помощи «гидроразрыва» человек может извлечь топливо из земли до того, как оно соберётся в нормальные месторождения. Такие 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, то есть в среднем в 1,8 раза меньше чем в природном газа (от 70 до 98 %) и соответственно допустим для того что бы вскипятить чайник вам понадобиться в почти в 2 раза больше сланцевого газа чем природного.
Выгодность разработки месторождений характеризуется показателем EROEI, который показывает, сколько энергии надо затратить, чтобы получить единицу топлива. На заре нефтяной эры в начале 20 века EROEI для нефти составлял 100:1. Это означало, что для добычи ста баррелей нефти надо было сжечь один баррель. К настоящему времени показатель EROEI опустился до значения 18:1.
По всему миру происходит освоение все менее выгодных месторождений. Раньше, если нефть не била фонтаном, то такое месторождение никому было не интересно, сейчас все чаще приходится извлекать нефть на поверхность при помощи насосов.
Предпосылки мифа о «сланцевой революции»

Сланцевый газ реально существует, его можно добыть из недр планеты и продать на глобальном рынке. Именно так и поступили некоторые американские компании. Появление сланцевого газа на рынке повлияло на спрос российского газа, и это дало повод некоторым экспертам утверждать, что скоро сланцевый газ обрушит цены на традиционные нефть и газ.

Однако даже по оптимистичным оценкам американских СМИ, стоимость газа на внутренним рынке США не превышает пока себестоимости добычи сланцевого газа, а прибыль извлекается из попутно добываемых продуктов.

Сланцевый газ в США

С газом в США происходит то же самое, что и во всем мире, но в гораздо более тяжелой форме. Все традиционные месторождения газа давно уже разведаны и выработаны, на немногих оставшихся скважинах выработка неизбежно падает, закупки со стороны обходятся всё дороже, а потребность в газе никуда не делась.
Поэтому нужда заставила американцев прибегнуть к добыче газа на собственной земле из сланцев. Еще в 2004 году добыча сланцевого газа на территории США и большинства Европейских стран 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.

Лазейка Halliburton: о причинах сланцевого бума в США

Хотя технология добычи сланцевого газа известна уже довольно долгое время, бум добычи пришелся только на 2009—2010 годы, и сказать спасибо за это можно тогдашнему вице-президенту Дику Чейни. Несколько лет назад компания Halliburton Inc. соединила технологию горизонтального бурения и технологию гидравлического разрыва пласта, заключавшегося в закачивании химических веществ в скважину для проведения «гидроразрыва» сланцевой породы с целью извлечения из ее пустот газа.

Первый шаг к сланцевому буму в США произошел в 2005 году, когда Дик Чейни (являвшийся бывшим владельцем компании Halliburton Inc.) и его команда сумели протолкнуть в Конгрессе США закон о выводе процесса ГРП из-под непосредственного надзора Агентства охраны окружающей среды США (EPA), осуществляемого в рамках Закона о безопасности питьевой воды.

Ричард Брюс (Дик) Чейни

Таким образом, нефтяная и газовая промышленность США стали единственной индустрией, которая может закачивать под землю химикаты в непосредственной близости от источников питьевой воды.

Следующий шаг к буму произошел в 2008 году, после начала мирового финансового кризиса и взлету цен на энергоносители. По данным ряда исследований, себестоимость 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. К тому же оказалось, что расчетные объемы извлекаемых из скважин ископаемых обычно оказываются раза в два ниже заявленных.

Технология добычи сланцевого газа в США

Добыча сланцевого газа предполагает горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта. Горизонтальная скважина прокладывается через слой газоносного сланца. Затем внутрь скважины под давлением закачиваются десятки тысяч кубометров воды, песка и химикатов. В результате разрыва пласта газ по трещинам поступает в скважину и далее на поверхность.

Данная технология наносит колоссальный вред окружающей среде. 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.
Десятки тонн раствора из сотен наименований химикатов смешиваются с грунтовыми водами и вызывают широчайший спектр непрогнозируемых негативных последствий. При этом разные нефтяные компании используют различные составы раствора. Опасность представляет не только раствор сам по себе, но и соединения, которые поднимаются из-под земли в результате гидроразрыва.

В местах добычи наблюдается мор животных, птиц, рыбы, кипящие ручьи с метаном. Домашние животные болеют, теряют шерсть, умирают. Ядовитые продукты попадают в питьевую воду и воздух. У американцев, которым не посчастливилось жить поблизости от буровых вышек, наблюдаются головные боли, потери сознания, нейропатии, астма, отравления, раковые заболевания и многие другие болезни.

Отравленная питьевая вода становится непригодной для питья и может иметь цвет от обычного до черного. В США появилась новая забава поджигать питьевую воду, текущую из-под крана.

Себестоимость добычи

Несмотря на то, что «сланцевая революция» широко разрекламирована, технические и экономические подробности добычи не афишируются. Так, например, лишь недавно добывающие компании под давлением общественности рассекретили состав буровой смеси. 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 — втрое больше, чем себестоимость традиционного российского газа.

Это при том, что в Америке газоносные пласты залегают сравнительно неглубоко. По мнению экспертов, себестоимость добычи сланцевого газа в таких странах, как Украина, Польша и Китай, будет в несколько раз выше, чем в США. Для экспорта же сланцевого газа в Европу из США потребуются затраты на сжижение и разжижение.

Для добычи сланцевого газа необходимо бурить гораздо больше скважин, так как срок их службы низок. 63 % мирового парка буровых установок расположены на территории США и Канады. И вся эта инфраструктура обеспечивает лишь 15-20 % от мирового производства нефти. Если просто принять, что буровые установки везде одинаковые, а месторождения — всё-таки разные, то получается, что сейчас США и Канада тратят в три-четыре раза больше материальных ресурсов на каждый добытый баррель нефти или полученный кубометр газа.

Со временем качество скважин и, соответственно, срок их эксплуатации падают ускоряющимися темпами. Такую ситуацию норвежец Рун Ликверн назвал «бегом красной королевы», когда чтобы остаться на месте требуются все большие усилия. То есть, в США для поддержания объема добычи на постоянном уровне требуется все больше скважин и установок.

Для добычи сланцевого газа в США строить трубопроводы не имеет смысла, так как скважины слишком быстро вырабатывают свой ресурс. К тому же газодобывающие компании стремятся максимально быстро свернуть производство, чтобы пострадавшим местным жителям было сложнее взыскать материальный ущерб. Поэтому для транспортировки газа используется автотранспорт, что удорожает добычу ещё сильнее.

По составу сланцевый газ имеет намного больше примесей, поэтому требуются дополнительные затраты на его очистку.

По оценкам ряда экспертов добыча сланцевого газа в США убыточна и дотируется государством.

Сланцевый газ в Европе

По примеру и под давлением США в Европе было запланировано освоение месторождений сланцевого газа. В СМИ была развернута масштабная пиар-компания о «безопасном», «дешевом» топливе, запасы которого есть везде и легкоизвлекаемы. Правительства европейских стран получили соответствующие указания и начали корректировать местные законодательства. Американские нефтяные компании занялись геологоразведкой в Европе.

На поверку ситуация оказалась принципиально иной. В Европе добыче сланцевого газа сильно мешают высокая плотность населения и глубокое залегание сланцевых пластов. Под давлением общественности правительства европейских стран одно за другим наложили мораторий на добычу сланцевого газа. Однако в Германии газодобытчики смогли добиться некоторого успеха. В домах немцев тоже начала гореть питьевая вода и трескаться стены.

Сейчас дело продвигается к запрету технологии гидроразрыва и в Германии.
Наибольшие шансы приступить к промышленной добыче сланцевого газа были у Польши по нескольким причинам. Во-первых, на её территории обнаружены самые крупные месторождения в Европе. Во-вторых, у Польши присутствует огромное желание покончить с зависимостью от поставок российского газа. Достаточно вспомнить, что благодаря упорству поляков был проложен Северный поток и теперь цены на газ для Польши самые высокие в Европе.
Однако несмотря на все усилия польских политиков даже американцы относятся к проектам по добыче газа в Польше весьма скептически. В 2012 ExxonMobil отказалась от планов добычи сланцевого газа в Польше, признав проекты нерентабельными. А в 2013 году из проекта вышли сразу три компании Lotos, Talisman Energy и Marathon Oil.

Сланцевый газ и Россия

Добыча сланцевого газа в США оказала негативное влияние на рыночное положение «Газпрома». В 2012 было заморожено освоение Штокмановского месторождения, так как добытый газ предполагалось поставлять в США. Мировой рынок — единое целое и увеличение предложения газа в одном регионе планеты закономерно привело к снижению мировых цен на газ. В результате снижения цен «Газпром» недосчитался значительной доли прибыли. Однако последствия для компаний США оказались катастрофическими, так как цена оказалась ниже себестоимости добычи.

По данным геолога Дэвида Хьюза, за 2012 год затраты корпораций на бурение более чем 7 тысяч скважин в США составили 42 миллиарда долларов. Прибыль от продажи добытого сланцевого газа — 32,5 миллиарда. BP заявила об убытках в 5 миллиардов долларов, английская BG Group потеряла 1,3 миллиарда, но хуже всего бывшему лидеру индустрии — Chesapeake Energy, который оказался на грани банкротства.

Техасский консультант-геолог Артур Берман заявил: «Сланцевый газ обречен на коммерческий провал. Его себестоимость в пять раз выше, чем у добытого традиционным путем. Десять лет бурения показали, что корпорации терпят огромные убытки. Почему компании продолжают добычу, на которой теряют деньги? Я — геолог, а не психиатр, чтобы ответить на этот вопрос».

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».

По мнению экспертов в 2013 году в США не осталось ни одной прибыльной скважины, добывающей сланцевый газ.

Шумиха вокруг сланцевого газа использовалась восточноевропейскими странами как рычаг давления на Россию. Польская сторона использовала сланцевые проекты как повод для торговли по цене на российский газ. Вице-премьер Польши Вальдемар Павляк: «Наше соглашение действует до 2022 года. К этому моменту, при наличии сравнительно хорошего технического потенциала, появится шанс удовлетворять спрос поставками сланцевого газа, и это — новый элемент в нашей дискуссии. Мы можем либо дешевле покупать обычный газ, либо начать быстрее добывать сланцевый».

Такой же способ давления использовали власти Украины.

Однако сланцевый газ далеко не первый и не последний «аргумент» в череде попыток шантажа России. До сланца были добыча на шельфе и строительство терминала под Одессой, которое обернулось национальным позором. Строительство терминала широко разрекламировали, на открытие пригласили иностранных гостей. К месту строительства будущего терминала даже начали прокладывать трубу. Однако Джорди Сандра Бонвеи, подписавший с украинской властью контракт стоимостью в миллиард с лишним долларов, оказался мошенником.

Проблемы при добыче сланцевых нефти и газа

Таким образом, добыча сланцевых нефти и газа сталкивается с рядом проблем, которые в самом ближайшем будущем могут начать оказывать на эту отрасль существенное влияние.

Во-первых , добыча рентабельна только при том условии, что добывается одновременно и газ, и нефть. То есть добыча только сланцевого газа — слишком дорогое удовольствие. Легче добывать его из океана по японской технологии .

Во-вторых , если учесть стоимость газа на внутренних рынках США, можно заключить, что добыча сланцевых ископаемых находится на дотациях. При этом надо помнить, что в других странах, добыча сланцевого газа будет ещё менее рентабельна, чем в США.

В-третьих , уж слишком часто мелькает на фоне всей истерии про сланцевый газ имя Дика Чейни, бывшего вице-президент США. Дик Чейни стоял у истоков всех американских войн первого десятилетия XXI века на Ближнем Востоке, которые и привели к росту цен на энергоносители. Это наводит некоторых экспертов на мысль о том, что эти два процесса были тесно взаимосвязаны.
1 апреля 2014 г. возле с. Веселое, Первомайского района Харьковской области - произведен 1-й гидроразрыв для добычи сланцевого газа .

В-четвертых , добыча сланцевого газа и нефти, вероятно, может вызвать очень серьезные экологические проблемы в регионе добычи. Влияние может оказываться не только на грунтовые воды, но и на сейсмическую активность. Немалое число стран и даже штатов США ввели мораторий на добычу сланцевых нефти и газа на своей территории. В апреле 2014 года американская семья из Техаса выиграла первое в истории США дело о негативных последствиях добычи сланцевого газа методом гидроразрыва пласта. Семья получит 2,92 миллиона долларов от нефтяной компании Aruba Petroleum в качестве компенсации за загрязнение их участка (включая скважину с водою, которая сделалась непригодной для питья) и нанесение вреда здоровью.

В-пятых , сланцы сами по себе являются весьма ценным материалом, который уничтожается при добыче из них газа

Прогнозы

Пока еще рано судить о том, насколько большое влияние может оказать разработка сланцевых газа и нефти. По самым оптимистичным оценкам, она незначительно опустит цены на нефть и газ — до уровня нулевой рентабельности добычи сланцевого газа. По другим оценкам, держащаяся на дотациях разработка сланцевого газа скоро окончится совсем.

В 2014 году разразился скандал в Калифорнии — выяснилось, что запасы сланцевой нефти месторождения Монтерей были серьёзно переоценены, и что реальные запасы примерно в 25 раз ниже, чем предсказывалось ранее. Это привело к снижению общей оценки запасов нефти в США на 39 %. Данный инцидент может вызвать массовую переоценку сланцевых запасов по всему миру.