СЛАНЦЕВЫЙ ГАЗ. СЛАНЦЕВАЯ НЕФТЬ

Сланцевый газ — это разновидность природного газа, хранящегося в виде небольших газовых образованиях, коллекторах, в толще сланцевого слоя осадочной породы Земли. Сланцевый газ является разновидностью природного газа, образовавшегося в недрах земли в результате анаэробных химических процессов (процессов разложения органических веществ). Запасы отдельных газовых коллекторов невелики, но они огромны в совокупности и требуют специальных технологий добычи. Что характерно для сланцевых залежей, что они встречаются на всех континентах, таким образом, практически любая энергозависимая страна может себя обеспечить необходимым энергоресурсом.

Высокая себестоимость добытого газа из сланца первоначально была связана с тем, что для поиска бурились многочисленные вертикальные скважины, проводился гидроразрыв пласта и откачивался газ. Сочетание вертикального и горизонтального бурения начали использовать только с 1992 года. Применение горизонтального бурения значительно сократило себестоимость добытого газа.

Современная технология добычи сланцевого газа подразумевает бурение одной вертикальной скважины и нескольких горизонтальных скважин длиной до 2-3-х км. В пробуренные скважины закачивается смесь воды, песка и химикатов, в результате гидроудара разрушаются стенки газовых коллекторов, и весь доступный газ откачивается на поверхность.

Теоретическая база технологии гидроразрыва пласта была разработана в 1953 году академиком С.А. Христиановичем совместно с Ю.П. Желтовым в Институте нефти АН СССР. Первые экспериментальные разработки в области газодобычи из сланца начали проводиться с 1980 года компанией во главе с Джорджем П. Митчеллом в США. Для разработки эффективной технологии горизонтального бурения с гидроразрывом пласта понадобилось около 20 лет экспериментов. Опыт добычи в американских сланцевых бассейнах показывает, что каждое сланцевое месторождение требует индивидуального научного подхода и имеет совершенно уникальные геологические особенности, характеристики эксплуатации, а также существенные проблемы добычи.

Существует целый набор геохимических параметров, которые обусловливают условия добычи сланцевого газа, а, соответственно, определяют себестоимость и стоимость результирующего продукта.

Однако практика добычи сланцевого газа показала, что этот процесс связан с большими экологическими рисками, а также может нанести значительный ущерб здоровью человека. Так, согласно отчету, сделанному исследовательским центром при Манчестерском университете в Великобритании, гидроразрывы привели к возникновению двух небольших землетрясений в Ланкшире. Отмечается, что Великобритания имеет высокую плотность населения, поэтому газовые скважины будут находиться вблизи населенных пунктов, где с высокой степенью вероятности будут загрязнены колодцы. Также значительное беспокойству населению будет причинено за счет использования тяжелого транспорта, необходимого для работы скважины. Данный отчет может стать причиной наложения моратория на добычу сланцевого газа в Великобритании.

Согласно отчету Агентства по охране окружающей среды США, выбросы парниковых газов при добыче сланцевого газа больше, чем у угля, нефти и обычного газа, общий объем потерь метана при добыче газа составляет 3,6-7,9%. При этом подчеркивается необходимость дальнейшего усовершенствования технологии добычи сланцевого газа с целью контроля выбросов метана, загрязнения почвы и грунтовых вод.

Таким образом, подводя итоги десятилетнего срока эксплуатации скважин США, можно выделить следующие проблемы:

- технология гидроразрыва пласта требует крупных запасов воды вблизи месторождений, для одного гидроразрыва используется смесь воды (7500 тонн), песка и химикатов. В результате вблизи месторождений скапливаются значительные объемы отработанной загрязненной воды, которая не утилизируется добытчиками с соблюдением экологических норм;

- как показывает опыт, сланцевые скважины имеют гораздо меньший срок эксплуатации, чем скважины обычного природного газа;

- формулы химического коктейля для гидроразрыва в компаниях, добывающих сланцевый газ, являются конфиденциальными. По отчетам экологов добыча сланцевого газа приводит к значительному загрязнению грунтовых вод толуолом, бензолом, диметилбензолом, этилбензолом, мышьяком и др. Некоторые компании используют соляно-кислотный раствор, загущенный с помощью полимера, для одной операции гидроразрыва используется 80-300 тонн химикатов;

- при добыче сланцевого газа имеются значительные потери метана, что приводит к усилению парникового эффекта;

- термически зрелые сланцевые месторождения часто имеют высокий уровень гамма-излучения. В результате гидроразрыва радиация попадает в верхний слой осадочных пород и в районах сланцевой добычи газа наблюдается повышение радиационного фона.

Исследования подчеркивают необходимость дальнейшего усовершенствования технологии добычи сланцевого газа с целью контроля выбросов метана, загрязнения почвы и грунтовых вод. К сожалению, на фоне картины истощения традиционных запасов газа сланцевый газ не сможет стать в ближайшее время достойной альтернативой природному газу, так как не соответствует современным экологическим требованиям к энергоресурсу. Перспективы крупной добычи сланцевого газа в настоящее время имеются только в слабозаселенных районах и в странах, которые согласны на снижение экологической безопасности.

Источником добычи сланцевой нефти являются горючие сланцы. Горючие сланцы относятся к твердым каустобиолитам и представляют собой органоминеральные образования, сформированные в водных условиях. При нагреве сланцев без доступа воздуха образуются жидкие и газообразные углеводороды (20-70 % от первоначальной массы). Жидкие углеводороды представляют собой сланцевое масло – смолу, которая близка по составу нефтяным углеводородам и может считаться нетрадиционной (сланцевой) нефтью. По оценкам специалистов общие запасы горючих сланцев в мире составляют порядка 650 трлн. т. Из них можно получить до 26 трлн. т сланцевой нефти. Таким образом, объема нефтеподобного сырья, содержащегося в сланцах, и условно называемого сланцевой нефтью, в 13 раз больше, чем запасов традиционной нефти. При нынешнем уровне потребления этих ресурсов может хватить на 300 лет непрерывной добычи. Но в большинстве случаев добыча сланцевой нефти экономически нецелесообразна. Выгодно добывать сланцевую нефть на наиболее богатых месторождениях с содержанием нефти от 90 и более литров на тонну сланца. Кроме того, толщина продуктивного пласта должна составлять не менее 30 метров. Только треть запасов сланцевой нефти сосредоточена в месторождениях с содержанием нефти в 90 и более литров на тонну.

Основные запасы горючих сланцев сосредоточены в США – порядка 450 трлн. т (24,7 трлн. сланцевой нефти). Значительные запасы горючих сланцев сосредоточены в Бразилии и Китае. Россия также располагает обширными запасами горючих сланцев (порядка 7 % от мировых запасов).

Существуют два основных способа добычи сланцевой нефти. Первый – это так называемый шахтный способ добычи сланцевой породы с последующей переработкой ее на специальных установках – реакторах, где сланцы подвергаются пиролизу без доступа воздуха, в результате чего из породы выделяется сланцевая смола. Этот метод активно развивался в СССР. Он является весьма затратным с высокой себестоимостью конечной продукции.

Второй способ – добыча сланцевой нефти непосредственно из пласта. Метод предполагает бурение горизонтальных скважин с последующими множественными гидроразрывами пласта. Часто необходимо проводить термический или химический разогрев пласта. Очевидно, что такого рода добыча существенно сложнее и дороже добычи традиционной нефти вне зависимости от прогресса технологий.

Оба способа имеют те или иные существенные недостатки. Развитие добычи горючих сланцев с их последующей переработкой в значительной степени сдерживается проблемой утилизации большого количества углекислого газа, выделяющегося в процессе извлечения из них сланцевой смолы. Выпуск в атмосферу огромного количества СО₂ грозит масштабными экологическими катастрофами.

При добыче сланцевой нефти непосредственно из пласта возникает другая проблема – это быстрое истощение скважин. Примерно через 400 дней работы происходит резкое снижение (до 80 %) объемов добываемой продукции. В результате основная доля себестоимости в добыче сланцевой нефти связана с капитальными затратами.

Добыча сланцевой нефти, как и добыча сланцевого газа, наносит существенный урон экологии, поскольку сильно загрязняет почву и грунтовые воды. Хотя эффективность способов добычи нефти из сланца все время растет, но все еще остается довольно низкой: из тонны обогащенного нефтью сланца с использованием последних технологий пиролиза удается извлекать лишь 0,5-1,25 барреля сланцевой нефти. Поэтому сланцевая нефть остается пока скорее перспективным резервом на будущее и вряд ли значительно повлияет на существующий рынок нефти.