Сланцевый газ для чего нужен. Разница между сланцевым и природным газом

Сланцевый газ можно отнести к числу разновидностей традиционного газа, которая хранится маленькими образованиями из газа, коллекторами, в границе сланцевой прослойки осевших пород Земли. Запасы сланцевого газа в существующей совокупности довольно таки велики, вот только для их добычи необходимы определенные технологии. Особая характерность для таких залежей так это то, что они расположены практически по всему земному континенту. Из этого можно сделать вывод: любая страна, зависящая от энергоресурсов способна себя обеспечить недостающим компонентом.

Состав сланцевого газа довольно таки специфический. Синергетические свойства в гармоничном комплексе рождения сырья и его уникальной биовозобнавляемости, предоставляют данному энергоресурсу значительные конкурентные достоинства. Но если рассматривать его отношение к рынку, то оно довольно таки спорно и подразумевает определенный анализ с учетом всех характеристик.

История происхождения сланцевого газа

Первая действующий источник для добычи газа был обнаружена на территории США. Произошло это в 1821 году, открывателем стал Вильям Харт. Активистами по изучению обсуждаемого вида газа в Америке выступают известные специалисты Митчелл и Уорд. Грандиозное производство рассматриваемого газа начала компания «Devon energy». Это произошло в 2000 году в США. С того момента каждый год происходило усовершенствование технологического процесса: применялось передовое оборудование, открывались новые скважины, увеличивался объем добычи газа. В 2009 году США выступило мировым лидером по добыче (запасы составили 745,3 миллиардов кубических метров). Стоит отметить, что около 40% пришлось на нетрадиционные скважины.

Запасы сланцевого газа в Мире

В настоящий период в США запасы сланцевого газа превысили рубеж 24,4 триллионов кубических метров, что приравнивается к 34% от возможных запасов по всей территории Америки. Практически в каждом штате находятся сланцы, которые находятся на глубине приблизительно 2 км.

В Китае запасы сланцевого газа в настоящий момент достигли практически 37 триллионов кубических метров, а это намного больше сбережений традиционного газа. С приходом весны 2011 года Китайская Республика завершила бурение своего первоначального источника для добычи сланцевого газа. На реализацию проекта было потрачено около одиннадцати месяцев.
Если затронуть сланцевый газ в Польше, то его запасы расположились в трех бассейнах:

Балтийский – техническое извлечение запасов сланцевого газа составляет около 4 трлн. куб. м.
Люблинский – объем 1,25 трлн. куб. м.
Подлясье – в настоящее время его запасы являются минимальными 0,41 трлн. куб.м.

Общая сумма запасов в землях Польши приравнивается к показателю 5,66 трлн. куб. м.

Российские источники сланцевого газа

На сегодняшний день, очень тяжело предоставить какую-либо информацию о существующих запасах сланцевого газа в российских скважинах. Это связано с тем, что здесь не рассматривали вопрос о поисках источника газа. В стране хватает традиционного газа. Но есть вариант, что в 2014 году будут рассмотрены предложения о добыче сланцевого газа, о необходимых технология, а также взвесить все за и против.

Преимущества добычи сланцевого газа

Поиск сланцевых скважин с применением гидроразрыва слоя на глубине только источников горизонтального положения, может осуществляться в регтонах с большим количеством жителей;
Сланцевые источники газа расположены неподалеку от конечных покупателей;
Добыча данного вида газа осуществляется без какой-либо потери парниковых газов.

Минусы добычи сланцевого газа

Процессу гидроразрыва слоя необходимы огромные запасы воды, расположенные рядом с месторождением. К примеру, для осуществления одного разрыва требуется 7500 тонн воды, а также песка и различных химикатов. По итогу происходит загрязнение воды, утилизация которой происходит довольно таки сложно;
Скважины для добычи простого газа обладают большим сроком эксплуатации, чем сланцевые;
Бурение скважин требует значительных финансовых затрат;
В момент добычи газа применяется огромное количество разнообразных токсических веществ, хотя до сих пор точная формула для гидроразрыва остается конфиденциальной;
Процесс поиска сланцевого газа несет серьезные потери, а это в свою очередь увеличивает эффект парника;
Выгодно добывать газ исключительно при наличии спроса на него и приличного уровня цен.

В его составе преобладает такой углеводород, как метан. Лидером в области добычи этого газа была и остается Америка. Сегодня мы с вами подробнее узнаем, что такое сланцевый газ, а также познакомимся с историей, технологией и перспективами его добычи.

Терминология

Многие задаются вопросом: «В чем отличие сланцевого газа и природного газа?» На самом деле этот вопрос некорректен. Дело в том, что сланцевый газ тоже является природным, так как добывается из недр земли. Поэтому правильнее сказать, что голубое топливо бывает традиционным и сланцевым. Разница между двумя видами состоит в способе их добычи и составе. Традиционный газ добывают в основном из газовых залежей или же особых участков нефтяных месторождений, которые называют газовыми шапками. Он может состоять из разных газов (метана, этана, пропана или бутана) в различных пропорциях. Преобладающим углеводородом, как правило, выступает метан. А что такое сланцевый газ? Этот вид горючего добывают из газоносных осадочных пород, представленных главным образом сланцами. Доля метана (CH4) в нем гораздо выше, чем в традиционном голубом топливе. Вот и вся разница.

История

Первая коммерческая скважина по добыче газа из сланцевых пластов была пробурена в 1821 году во Фредонии (США) Уильямом Хартом. Масштабная добыча сланцевого природного газа (СПГ) в Америке была инициирована Томом Уордом и Джорджем Митчеллом. В 2002 году в Техасе компания Devon Energy впервые использовала наклонно-направленное бурение в комбинации с многостадийным подрывом пласта. Объемы извлечения сланцевого газа в США стали резко расти. СМИ стали называть этот процесс «газовой революцией». В результате в 2009 году Америка стала мировым лидером по добыче газа (745,3 млрд м 3). При этом на нетрадиционные источники (сланцевые и угольные пласты) приходилось 40 % добычи. Вскоре весь миру узнал о том, что такое сланцевый газ.

В 2010 году крупнейшие топливные компании с разных уголков планеты вложили в общей сложности 21 миллиард долларов в активы, связанные с добыванием газа из сланцев. Когда процесс начал набирать крупных оборотов, цена сланцевого газа в Америке стала стремительно падать. К началу 2012-го она была ниже, чем себестоимость добычи СПГ. В результате крупнейшая компания в этой сфере - Chesapeake Energy сократила производство на 8 %, а объем капитальных вложений - на 70 %.

В конце 2012 года газ в Америке стал стоить даже дешевле, чем в России. Лидеры отрасли стали массово сокращать добычу из-за финансовых трудностей. А компания Chesapeake Energy и вовсе оказалась на грани банкротства.

Как добывают сланцевый газ?

Затраты на поиск месторождений СПГ в значительной степени превышают затраты на проведение аналогичных работ с традиционным «голубым топливом». Из-за большой глубины залегания многие привычные методы исследования здесь оказываются неэффективными.

В целом разведка сланцевого природного газа происходит в три этапа:

Бурение скважины, в которой производится гидроразрыв.
Выкачивание пробной партии газа и ее анализ, направленный на поиск подходящей технологии добычи.
Опытным путем определяется продуктивность той или иной скважины.

Так как СПГ залегает в породе, обладающей низкой пористостью, его извлечение традиционными способами не представляется возможным.

Добыча сланцевого газа производится с использованием сразу трех технологий: это наклонно-горизонтальное бурение, многостадийный подрыв пласта и сейсмическое моделирование. Иногда второй метод заменяют более дорогим безводным пропановым фрекингом. Так как концентрация сланцевого газа невелика (0,2-0,3 млрд м 3 /км 2), для добычи значительных объемов необходимо покрыть скважинами большие площади земли.

Гидроразрыв производится следующим образом. К залежам газа прокладываются трубы. По ним в недра земли закачивается вода, реагенты (загустители, кислоты, ингибиторы коррозии, биоциды и многое другое), а также специальные гранулы (керамика, сталь, песок или пластик) диаметром до 1,5 миллиметров. В результате химической реакции, возникающей при смешивании всех реагентов, получается тот самый гидроразрыв. Из-за него в породе возникает огромное количество трещин, которые перекрываются гранулами и уже не могут сойтись. Осталось лишь выкачать воду (она фильтруется и применяется повторно) и газ, метан в котором является преобладающим углеводородом.

Перспективы

Запасы сланцевого газа оцениваются примерно в 200 трлн м 3 . Однако лишь малую часть из этих ресурсов можно извлечь. На сегодняшний день СПГ является региональным фактором и оказывает влияние только на североамериканский рынок.

Среди факторов, положительно влияющих на перспективу добычи газа из сланцев, можно отметить:

Близость месторождений к возможным рынкам сбыта.
Внушительные запасы.
Заинтересованность ряда государств в снижении импорта топливно-энергетических ресурсов.

Вместе с тем у этого топлива есть и ряд недостатков:

Высокая по сравнению с традиционным газом себестоимость.
Непригодность к транспортировке на дальние дистанции.
Стремительная истощаемость месторождений.
Незначительная доля доказанных запасов в общем количестве.
Серьезные экологические риски от добычи.

Согласно оценке компании IHS CERA, в 2018 году добыча сланцевого газа может составить примерно 180 млрд м 3 .

Рассмотрим положение вещей в разных странах земного шара.

Америка

В 2007 году запасы природного сланцевого газа в США были оценены в 24 трлн м 3 , из которых технически извлекаемыми признали 3,6 трлн м 3 . В 2014 году, с учетом открытия новых месторождений, извлекаемые запасы оценивались в 4 трлн м 3 , а разведанные недоказанные - в 23 трлн. Ведущей Американской корпорацией по добыче этого полезного ископаемого стала фирма Chesapeake Energy. В 2009 году производство СПГ в США составило 14% от всего горючего газа, что привело к перераспределению мирового газового рынка и образованию избыточного предложения. К 2012 году в Америке было добыто 290 млрд м 3 сланцевого газа, что составило уже 40 % от общей выработки.

В результате пара новых терминалов для импорта сжиженных газов, построенная в Америке в дополнение к 10 работающим, создала избыток «голубого топлива». В 2010 году некоторые терминалы даже пробовали наладить экспорт горючего. В частности, фирма Freeport LNG Development подписала контракт с Южной Кореей и Японией о поставке 2,2 млн м 3 СПГ в год.

По предположению Международного энергетического агентства, добыча сланцевого газа в Америке к 2030 году будет составлять порядка 150 млрд м 3 в год. Тривиальный расчет, произведенный в 2014 году, показывает, что доказанных извлекаемых запасов СПГ в США при добыче на таком же уровне, как в 2014 году (330 млрд кубометров), хватит на 12 лет. Недоказанных же запасов должно хватить на 70 лет. Крупнейшие американские месторождения сланцевого газа: Barnett, Haynesville, Marcellus, Eagle Ford, и Fayetteville.

Европа

В ряде государств Европы также обнаружены крупные месторождения сланцевого газа. Речь идет о Польше, Австрии, Англии, Германии, Венгрии, Швеции и Украине.

В начале 2010 года появилась информация об открытии значительных запасов СПГ в Польше. В мае того же года планировалось начать освоение месторождений. В 2011 году издание Stratfor (США) ответило, что полякам потребуется вложить десятки миллиардов долларов, чтобы создать инфраструктуру, необходимую для нормальной деятельности по добычи вывяленных запасов. Издание отметило, что на эту работу у Польши могут уйти года или даже десятилетия. В конце 2011-го компания ExxonMobil пробурила на территории Польши пару экспериментальных скважин, однако уже в следующем году проект был закрыт из-за нерентабельности.

В остальных же европейских государствах вопрос по выработке сланцевого газа находится еще на стадии разведки. Согласно прогнозу Международной энергетической ассоциации, к 2030 году добыча СПГ в Европе может достичь 15 млрд кубометров за год.

Россия

В марте 2010 года Комитетом по энергетике был проведен круглый стол, на котором поднималась тема перспективы освоения ресурсов СПГ. Участники мероприятия предложили Правительству организовать работы по: оценке газосланцевого потенциала РФ, изучению передовых технологий по добычи нетрадиционного газа, а также оценке проблем, которые могут возникнуть в связи с развитием сланцевой промышленности в США и вероятной ее организацией в ряде других государств.

Руководство Газпрома заявило, что в ближайшие десятилетия разработка сланцевых месторождений на территории РФ не планируется. Это заявление подкреплялось тем фактом, что традиционные резервы компании эффективнее в 10 раз, нежели разработка нетрадиционных месторождений. В этой связи в 2012 году Александр Медведев - заместитель председателя правления компании, отметил, что к вопросу добычи СПГ Газпром если и вернется, то лет через 50-70.

Многие председатели Газпрома и высокопоставленные чиновники не единожды заявляли что «сланцевая революция» является пиар-компанией, призванной подорвать авторитет России на международном топливном рынке. Сергей Шматко, министр энергетики РФ, в 2010 году заявил, что вокруг данного вопроса образовался «ненужный ажиотаж». По его мнению, развитие производства сланцевого газа в Америке не сможет повлиять на мировой энергобаланс.

Первым высокопоставленным лицом, высказавшим в 2010 году обратную позицию, стал Юрий Трутнев - министр природных ресурсов и экологии. Он заявил, что рост выработки СПГ может стать проблемой для Газпрома и РФ. В августе 2012-го заместитель министра экономического развития Андрей Клепач отметил, что ранее масштабы «сланцевой революции» в РФ были недооценены, и пришло время отнестись к ней со всей серьезностью. В октябре того же года с подобным заявлением выступил и Владимир Путин. В этой связи он поручил Министерству энергетики скорректировать план по развитию отрасли до 2030 года.

Ряд экспертов утверждает, что ожидающиеся в ближайшие несколько лет поставки сланцевого газа из Америки в Евразию не станут угрозой для экспорта российского газа, так как последний более конкурентоспособен ввиду куда более низких расходов на добычу и транспортировку. Тем не менее в 2012 году Олег Дерипаска, крупный российский бизнесмен, полагал, что у РФ осталось 3-4 «сытых года», после чего сланцевый газ и нефть смогут быть конкурентными в реалиях ВТО.

Академик РАН Анатолий Дмитриевской считает, что в РФ выработка СПГ целесообразна только для местных нужд, на территории, которая находится в значительном удалении от действующих газотранспортных магистралей. Там разведка и организация добычи нетрадиционного голубого топлива могут оказаться более целесообразными, нежели прокладывание газопровода.

Украина

В 2010 году в Украине лицензию на разведку сланцевых месторождений получили компании Shell и Exxon Mobil. В мае 2012 года были выявлены победители тендера на разработку Юзовской (восточная Украина) и Олесской (Западная Украина) газовых площадей. Первый участок достался компании Shell, а второй - Chevron. Предполагалось, что активная добыча на этих территориях начнется в 2018-2019 годах. 24 января 2013 года фирма Shell подписала с фирмой «Надра Юзовская» соглашение о разделе сланцевого газа, добытого на территории Харьковской, Донецкой и Луганской областей. При подписании присутствовал и президент Украины Виктор Янукович. Осенью 2015 года компания пробурила первую скважину в Харьковской области.

Практически сразу после подписания договора в указанных областях начались пикеты и акции, участники которых были против разработки сланцевого газа, а также против предоставления этой возможности зарубежным фирмам. В. Волошин, ректор Приазовского университета, заявил, что добыча СПГ может производиться без ущерба для окружающей среды, но необходимо провести дополнительные работы по поиску наиболее подходящей технологии добычи.

В 2014 году, когда на Юго-Востоке Украины начался вооруженный конфликт, фирма Chevron в одностороннем порядке расторгла заключенные ранее договоры, сетуя на неисполнение украинским правительством обязательств по подготовке нормативной базы. Компании Shell временно приостановила свою деятельность по разработке сланцевого газа на Донбассе из-за сложившихся событий, однако от контракта пока что не отказалась.

Другие страны

Мировые залежи сланца довольно велики. Они сосредоточены главным образом в таких странах, как Австралия, Индия, Китай и Канада. Из перечисленных государств, только Китай вплотную занялся разработкой сланцевых месторождений. Компании страны начали работать в этом направлении в 2012 году и поставили себе цель выйти к 2020 году на уровень 30 млрд м 3 газа в год. Таким образом страна смогла бы покрыть лишь 1 % от своих энергетических потребностей.

Запрет на добычу

Во Франции и Болгарии разработка сланцевых месторождений запрещена в связи с вероятностью нанесения ущерба окружающей среде. На этом же пути стоят Германия и некоторые штаты США.

Заключение

Сегодня мы с вами узнали, что такое сланцевый газ, а также познакомились с технологией его добычи и странами-фигурантами в этой отрасли. Напоследок стоит отметить, что СПГ является вполне перспективной альтернативой традиционному газу, однако на данный момент его выработка связана с рядом трудностей, которые не позволяют многим странам наладить процесс так, чтобы получаемый продукт был конкурентоспособным. Также мы с вами убедились, что вопрос об отличиях сланцевого газа и природного газа крайне некорректен.

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

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»:

Перспективы добычи сланцевого газа на данном этапе выглядят весьма туманно. С одной стороны данный вид топлива поможет решить проблему исчерпаемости природного газа и других горючих полезных ископаемых. Современный мир очень зависим от топливного сырья, поэтому ученые постоянно проводят исследования с целью создания альтернативных источников горючего. По самым оптимистическим прогнозам, существующих на Земле запасов при нынешних темпах потребления хватит на несколько десятилетий. Поэтому необходимо уже сейчас искать новые перспективные источники.

Добыча сланцевого газа не решит эту проблему, но поможет несколько отсрочить час, когда природное горючее закончится. Выигранное время, возможно, поможет отыскать реальную альтернативу. Но с другой стороны, условия залегания топлива требуют больших затрат на его извлечение из недр. И самое главное, что при неправильной технике добычи окружающей среде наносится огромный урон. А экологическая проблема стоит не менее остро, чем топливно-энергетическая. Так что для разработок месторождений сланцевого газа необходимо отыскать безопасный способ, который позволит минимизировать загрязнение природы.

Экология при добыче сланцевого газа страдает из-за применения буро-взрывных работ на большой глубине. Это приводит к колебаниям под землей, которые влияют на множество происходящих процессов. К тому же, при использовании дешевого оборудования, не весь газ удается извлечь из образовавшейся ниши. Часть топлива может попасть в грунтовые воды, что приведет к ужасающим последствиям. Местность над разработкой станет пустынной, так как ни одно растение не сможет черпать из земли необходимую для жизни влагу, так как подземные воды будут загрязнены остатками газа.

Негативные последствия коснутся и местное население. Вода в их домах станет непригодной для употребления и ни один бытовой фильтр не сумеет исправить эту проблему. Придется либо завозить воду в специальных цистернах, либо покинуть родные края. Вот такими могут быть последствия добычи сланцевого газа, если не позаботиться о безопасности на всех технологических этапах.

Способы добычи сланцевого газа

Технология добычи сланцевого газа продиктована условиями его залегания. Он находится в толще сланцевого слоя осадочных пород. Сложность добычи связана с глубинами расположения сланцев, которые достигают 3 километров. Такие условия требуют использования специального дорогостоящего оборудования. В мире существует два основных вида разработок сланцевых месторождений.

Первый метод добычи сланцевого газа подразумевает гидравлический разрыв газоносного пласта. Процедура представляет собой процесс закачивания в скважину смеси из воды, песка и химических элементов под большим давлением. В результате происходит вытеснения газа на поверхность, где он собирается в специальные резервуары. Себестоимость добычи сланцевого газа методом гидроразрыва зависит от используемых материалов. В основном компании, занимающиеся разработками месторождений, используют самое дешевое сырье в погоне за максимальной прибылью. Это приводит к загрязнению недр различными химическими элементами, которые делают почву непригодной для жизни растений и животных.

Второй способ добычи сланцевого газа - горизонтальное бурение. Оно подразумевает проведение буровых работ, но не в вертикальной, а в горизонтальной плоскости. Таким образом, происходит вскрытие сланцевого пласта одновременно во многих местах. Освободившийся газ начинает искать выход наружу и поднимается по пробуренному каналу вверх, где его собирают в заготовленные резервуары. Этот способ предпочтительнее первого, так как не требует применения химикатов.

Но нельзя сказать, что он совсем не вредит экологии. Часть газа все равно выход в несанкционированных местах через микроскопические трещины в земной коре. К тому же буровые работы нарушают устоявшееся равновесие сланцевых пластов, что может повлечь за собой множество неконтролируемых процессов. Стоимость добычи сланцевого газа таким методом будет выше, чем применение гидравлического разрыва. Это связано с использование дорогостоящего оборудования для бурения на огромных глубинах.

Перед началом разработок проводится сейсмическое моделирование участка земной коры. Оно позволяет с максимальной точностью определить параметры бурения и изучить возможные риски во время ведения работ. Такой подход очень важен, так как позволяет наиболее правильно подготовиться к вмешательству в недра. Ответственный подход к добыче полезных ископаемых дает возможность извлекать из земли ресурсы при минимальных неудобствах для живой природы. Принцип добычи сланцевого газа связан с серьезными рисками для местности огромных размеров, поэтому чисто деловой подход без заботы о последствиях может превратить окружающие земли в безжизненную пустыню на многие столетия.

Проблемы добычи сланцевого газа

Сланцевые породы распространены на всех континентах. Поэтому практически любая страна имеет возможность добывать их на своей территории. Это выглядит очень заманчиво со стороны обеспечения своей энергетической независимости. Но не стоит забывать и о влиянии на экологию и немалой стоимости добычи. К тому же сланцевый газ обладает вдвое меньшей теплоотдачей при горении, чем природный. Поэтому проблемы добычи сланцевого газа отталкивают власти многих стран от идеи разработок имеющихся месторождений.

Необходимы внушительные затраты инвестиций для начала добычи. И далеко не каждая держава сможет выделить из бюджета столько денег. А частные инвесторы не спешат вкладываться в данную отрасль, так как перспективы ее развития пока не ясны. Но в некоторых странах такая добыча все же ведется. Добыча сланцевого газа в США составляет более 15% от общей ежегодной мировой добычи данного ресурса. Государство ведет целенаправленную политику по увеличению данного показателя. Таким способом политики стремятся повысить энергетическую безопасность за счет самостоятельного обеспечения топливными ресурсами. Такой подход уже принес свои негативные последствия.

Неконтролируемая добыча с применением гидроразрыва превратила несколько десятков гектаров земли в пустыню. Поэтому по решению конгресса, добыча сланцевого газа в Америке должна производиться максимально безвредным для экологии способом. США был пионером по разработке сланцевых месторождений и поэтому первым ощутил негативные последствия от чисто потребительского подхода. Многие страны, глядя на этот пример, не желают и слышать об альтернативном топливе. Добыча сланцевого газа в Европе не ведется, несмотря на наличие больших запасов. Многие государства наложили мораторий даже на проведение разведывательных работ. В 2010 году было пробурено две экспериментальных скважины в Польше, но вскоре проект свернули ввиду нерентабельности.

В 2012 году компанией Shell была пробурена поисковая скважина в Украине. Исследования показали наличие крупных запасов, поэтому было решено наладить добычу. По оценкам экспертов это возможно сделать к 2018 году. Добыча сланцевого газа в России не ведется по понятным причинам. Государство является крупнейшим в мире экспортером природного газа, поэтому до недавнего времени на альтернативный источник не обращало внимания. Но под влиянием мировых тенденций все-таки была принята программа, предписывающая проведение разведки и подсчет общего количества запасов к 2030 году.