Место сланцевого газа на мировом газовом рынке

Размещено на http://www.allbest.ru/

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.

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 м3 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. скважина газовый сланцевый топливо

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.

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.

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.

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:

1. Проводится бурение скважин: вертикальное до глубины сланцевых залежей и далее вдоль них - горизонтальное.

2. Установка трубы в скважину.

3. Укрепление трубы цементом. В полученной конструкции специальным перфоратором проделываются отверстия.

4. Закачка в трубу воды и песка, под действием которых сланец постепенно разрушается.

5. 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

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.

Гидроразрыв пласта для добычи сланцевого газа вызвал всплеск эмоций. Насколько буря вокруг сланцевого газа оправдана?

В 2010 фильм Gasland бросил на рассмотрение публике обвиняющие заявления в отношении не только фрекинга. Фильм нарисовал жутковатую картину скрытности, жажды наживы любой ценой и бездумное загрязнение всего живого вокруг добывающими подземные ресурсы компаниями. Добывающие компании ответили веб страничкой «Развенчание Gasland» (Debunking Gasland) и другими публикациями, которые не только опровергали заявления, но и обрушились на продюсера фильма как активиста движения. Как было сказано в ответ на фильм, заявления брошены без геологической экспертизы и опыта в бурении скважин. Кому из противоборствующих сторон должен верить обычный человек с улицы? К сожалению, слушать приходится или противников гидроразрыва, или сторонников. Реже или никогда человек с улицы беспристрастно анализировал все за и против фрекинга на основании научно обоснованных фактов.

Природный газ находится в пластах сланцев или угля и покидает эти природные емкости через естественные разломы. Близкие к поверхности месторождения сравнительно легко извлечь бурением без фрекинга. Но более глубокие и более богатые месторождения находятся на глубинах 1,5-6 километров, где под более высоким давлением пласты имеют значительно меньшее количество разломов и проницаемость породы недостаточна, чтобы извлечь большое количество сланцевого газа. В этих глубоко залегающих плотных породах имеет смысл применить способ добычи сланцевого газа методом гидроразрыва пласта. Пласт сланца обычно не толще ста метров, поэтому скважины бурят горизонтально до глубины примерно один километр и устанавливают трубу, получая возможность создать гидравлический рычаг. Закачивая воду в небольшое отверстие трубы, можно создавать давление до 700 атмосфер и воздействовать на обширную площадь. Давление разрывает пласт на множество трещин около 1 мм, позволяя сланцевому газу покинуть насиженное место. Гидроразрыв пласта предполагает закачивать воду содержащую песок, это и есть суть всего метода. Частицы песка попадают в микротрещины, расширяя их, до состояния позволяющего вырваться газу. Далее устраиваются извлекающие скважины, и процесс добычи становится намного продуктивнее, так как у газа теперь достаточно путей покинуть глубокие пласты.

Хотя метод гидроразрыва пласта используется с начала 50х годов прошлого столетия, широкая добыча сланцевого газа получила развитие в 2000х годах. Около 90% скважин в США работают благодаря гидроразрыву пласта. Фрекинг несет экономические и политические выгоды стране, в результате увеличения добычи энергоносителя.

Итак, какие же проблемы возникают вследствие применения метода гидроразрыва? Наиболее драматичным и популяризованным эффектом оказалась питьевая вода, насыщенная метаном, основным компонентом природного газа. Насыщенной, как заверяют оппоненты, настолько, что поджигается спичкой. Горящая вода действительно встречается, но насколько явление имеет связь с добычей газа гидроразрывом это другой вопрос. Как многое в науке, ответ довольно не прост.

Для начала вспоминаем, что колодцы питьевой воды не бывают глубокими. Наиболее глубокий колодец в частном дворе не более пары сотен метров. Остальные значительно мельче. Гидроразрыв пласта происходит на километровых глубинах. В большинстве случаев водоносный пласт отделен от сланцевого пласта, претерпевшего гидроразрыв, несколькими скальными формированиями различных типов. В результате большой разницы глубины залегания, водоносный слой и газоносный пласт сообщаются между собой очень незначительно, если сообщаются вообще.

Однако, горящая вода это доказанный факт. Откуда метан попадает в воду, если не из фрекинга? Явление распространено во всем мире и случается там, где колодец вырыт в газоносном районе. Природный газ залегает на разных глубинах, в том числе и на небольшой глубине. Всегда можно ожидать проникание природного газа в колодцы в определенных регионах. Но и добыча газа без гидроразрыва пласта может приводить к попаданию газа в водоносный горизонт.

· Во первых, изменения давления в пластах могут заставить газ уйти из зоны повышенного давления в зону пониженного давления.

· Во вторых, плохо закупоренные газовые скважины могут давать утечку и дают утечку газа. Эти плохо закупоренные скважины на совести людей, чья обязанность надежно выполнить свою работу.

· В третьих, давно заброшенные скважины никто уже не будет обслуживать и закупоривать заново.

Как видим, ни одна из перечисленных проблем не имеет отношения к добыче сланцевого газа методом гидроразрыва пласта.

Когда Комиссия по газу и нефти штата Колорадо (the Colorado Oil & Gas Conservation Commission) расследовала случай горящей воды в колодце, который был широко использован в Gasland, они обнаружили, что вода содержит пузырьки газа и попавший в воду природным путем метан никак не связан с его добычей. Колодец прорыт прямо в газоносный слой. Тем не менее, Gasland демонстрирует явление как следствие добычи сланцевого газа методом гидроразрыва, что не является правдой.

Владелец колодца борется с проблемой. Простейший и эффективнейший метод это проветривание колодца. Метан почти вдвое легче воздуха, вентиляция колодцев эффективно применяется задолго до изобретения фрекинга.

Фактом установленным является то, что метан в воде колодцев чаще встречается в местах, где применяется метод гидроразрыва пласта. В 2011 году широко опубликованное исследование Университета Герцога (Duke University) обнаружило, что когда газовая скважина расположена примерно в километре от колодца, вода в колодце содержит метана в 17 раз выше среднего показателя. Но когда громкие заголовки привлекают внимание к причинно - следственной связи, не вызывает сомнения, что именно так и связаны между собой добыча природного газа и содержание метана в воде колодцев.

В местах месторождений природного газа:

· Газ обязательно присутствует в воде колодцев.

· Газодобывающие компании приходят, чтобы добыть газ.

Упомянутое выше исследование говорит, что нет данных о содержании метана в воде колодцев до применения метода гидроразрыва пласта, таким образом нельзя утверждать, что именно появление газодобывающих компаний привело к появлению метана в воде. Исследование говорит, что 13% колодцев имеют повышенное содержание метана в воде и их следует проветривать.

Как же в отношении заявления, что метод гидроразрыва пласта при добыче сланцевого газа предполагает закачивание в грунт сотен токсинов? Да, это правда, частично. И не так как это преподносится. Главный химический элемент при фрекинге это вода, которая составляет 98,5% от состава, нагнетаемого в грунт. Около 1% состава это «расклинивающий агент» различных типов, обычно песок. Тип «расклинивающего агента» выбирается исходя из конкретных геологических условий. Оставшаяся часть процентного содержания раствора изменяется все время и состоит в основном из смазки для бурильного оборудования и составов для подвижности песка. Цель метода гидроразрыва пласта состоит в том, чтобы в образованные давлением воды трещины попали песчинки и удерживали трещины открытыми. Без хороших смазок, поверхностно-активных веществ и суспензий, например гуаровой камеди, песок сбивается в полостях и не достигает цели. В зависимости от типа скальной породы, могут быть в составе этих 0,5% раствора и кислоты, которые воздействуют на водопроницаемость породы. В составе этих же 0,5% можно найти ингибиторы коррозии, которые вводятся для повышения коррозионной стойкости труб, а также бактерицидные препараты против коррозирующих бактерий. Полный список ингредиентов для фрекинга широко доступен в Англоязычном вебе, как того требует закон, и любой интересующийся должен это видеть. Отличная возможность начать, это набрать в поиске «fracking fluid disclosure».

Если вы живете в США и обеспокоены составом жидкости для гидроразрыва пласта в конкретной скважине конкретного района, автор рекомендует сайт FracFocus, который позволит получить исчерпывающую информацию. Включая точное указание типа песка и других используемых компонентов. FracFocus является партнером индустрии газодобычи и Организации Защиты грунтовых вод (Groundwater Protection Council) в сотрудничестве с местными регулирующими органами.

Когда мы говорим об ингибиторах коррозии, бензоле, гуаровой камеди, любой житель региона должен проявить интерес. Итак, кому верить?

· Активистам движения, утверждающим, что химикаты попадают прямиком в питьевую воду?

· Или геологам и регулирующим органам, утверждающим, что упомянутые две жидкости нигде не пересекаются?

Обычному человеку довольно сложно понять, кто же говорит правду. Автор спросил своего приятеля из Пенсильвании, работающего геологом в официальной регулирующей организации, который сразу же оценил серьезность вопроса. В Пенсильвании добыча сланцевого газа методом гидроразрыва пласта ведется очень активно. Фильм Gasland однозначно неприемлемый источник информации и газовые компании избегают честного признания рисков дальнейших инвестиций. Обе стороны имеют серьезные мотивы для пропаганды. Консенсусом в вопросе, похоже, может стать беспристрастный источник информации: Агентство по Защите Окружающей Среды США (US Environmental Protection Agency). Если вы ненавидите добывающую компанию Халлибартон (Halliburton), как многие, вы полюбите Агентство Защиты (EPA). EPA опубликовало в сети заявление, направленное в Халлибартон, по причине непредоставления полной информации о технологическом процессе бурения. В ответ Халлибартон публично выпил стакан раствора для фрекинга на одной из конференций отрасли. Если вы хотите получить независимые базовые знания по технологии добычи газа методом гидроразрыва, можно заняться самообразованием прямо сейчас. Источников достаточно, в том числе официальный сайт EPA.
Во время написания данной статьи EPA выполняет грандиозное исследование безопасности грунтовых вод, на которые мог бы повлиять фрекинг. К сожалению, расследование движется с правительственной скоростью и запланировано к докладу на 2014год. Хорошей новостью является то, что EPA должно задокументировать любое подтвержденное загрязнение грунтовых вод в результате применения метода гидроразрыва пласта. Даже упомянутое выше исследование Duke University не обнаружило следов жидкости для фрекинга в колодцах. Однако зафиксировано немало случаев загрязнения воды случайными утечками жидкостей на поверхность грунта. Подобное постоянно случается с каждой компанией, транспортирующей или перекачивающей жидкости.

Несколько государств запретили применение метода гидроразрыва пласта до выяснения всех обстоятельств, но EPA не привело ни единого довода прекратить добычу сланцевого газа фрекингом в США. Как многие другие технологии, фрекинг имеет большое экономическое и политическое значение. Следовательно, вызывает бурные эмоции спорящих сторон. Выбирать вам. Или принять бурное участие, став на защиту одной из сторон. Или изучить, для начала, накопленную на сегодня научную информацию о методе гидроразрыва пласта.

Важность добычи ресурсов, энергонезависимость или доходы газодобывающих компаний не имеют к науке малейшего отношения. Пускай заинтересованные стороны думают об этом. И пускай наука определит степень безопасности фрекинга для общества.

В настоящее время возникла необходимость в разработке новых источников энергетических ресурсов и их технологии добычи. В последнее время всеми энергозависимыми странами активно развиваются технологии-заменители по производству возобновляемого топлива. Но ни одна имеющаяся технология производства возобновляемого топлива не может даже потенциально заменить ископаемые энергоресурсы, а развитие научных технологий на сегодняшний день не предполагает качественного скачка в разработке новых источников энергосырья. Очевидно, что самоорганизация рыночного механизма однозначно определяет появление товаров-заменителей, которые будут оказывать существенное влияние на структуру мирового энергетического рынка, но не приведут к его изменению из-за достаточно низкой эффективности потенциала всех современных возобновляемых технологий. Единственным энергоисточником, имеющим на сегодняшний день исключительные качества товара-заменителя, является сланцевый газ.

Цель: ознакомление с новым направлением в добыче природного газа, выявление тенденций его развития и выявление различного рода проблем, связанные с разработкой и добычей сланцевого газа.

Природный сланцевый газ, как перспективный вид ископаемого топлива

Сланцевый газ представляет собой разновидность природного газа, хранящегося в виде небольших газовых образованиях, коллекторах, в толще сланцевого слоя осадочной породы Земли. Образуется в результате анаэробных химических процессов (процессов разложения органических веществ). Сланцевый газ состоит преимущественно из метана, но также в его состав входят и другие газы, с разным процентным содержанием. Его примерному составу отвечает следующее содержание компонентов: H2 - 25-40%; CH4 - 14-17%; CO - 10-20%; CO2 - 10-20%; C2H4 и другие углеводы - 4-5%; N2 - 22-25%; O2 - не более 1 %. Как и любое вещество, сланцевый газ обладает рядом свойств. Плотность газа колеблется от 0,7-0,9 кг/м3. Температура газокислородного пламени составляет 2000°С. Низшая теплота сгорания 12,6-14,3 МДж/м3.

Запасы сланцевого газа сосредоточены в глинистых сланцах, это те же глины, измененные (метаморфизованные) на большой глубине под действием высоких давлений и температур. Порода теряет пластичность и становится хрупкой и трещиноватой, обладает очень низкой проницаемостью. Сланцы, содержащие газ - это особые горючие сланцы. В отличие от обычных глинистых сланцев, горючие сланцы содержат органическое вещество - кероген, похожий на уголь. Содержание керогена является качественным показателем газовой эффективности сланца. К наиболее термически зрелым сланцам относят месторождения «сухого газа» с керогеном, относящимся к типу III, менее термически зрелые месторождения, относящиеся к типу II, образующими влажный конденсат, будут давать газ с примесями конденсата. Менее зрелые сланцы с керогеном типа I являются нефтеносными, то есть содержащими нефть в сланцевых депозитах. При оценке месторождений нужно понимать, что объем доступного газа в сланцевом слое прямо пропорционален толщине сланца. Очевидно, что наиболее выгодными являются толстые и термически-зрелые сланцы. Запасы отдельных газовых коллекторов невелики, но они огромны в совокупности и требуют специальных технологий добычи. Сланцевые залежи встречаются на всех континентах, поэтому, практически любая энергозависимая страна может себя обеспечить необходимым энергоресурсом.

Этот энергоресурс вызывает повышенный интерес мировой общественности по причине совмещения в себе качеств ископаемого топлива и возобновляемого источника.

История формирования производства

Первая коммерческая газовая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США в 1821 году Вильямом Хартом, который считается в США «отцом природного газа». Первое месторождение сланцевого газа было создано в штате Техас (США), которое использовалось как полигон для испытаний технологии. Первые экспериментальные разработки в области газодобычи из сланца начали проводиться компанией Mitchell Energy&Development во главе с Д. Митчеллом с 1980 года в США.

Масштабное промышленное производство сланцевого газа было начато в США вначале 2000-х на месторождении Barnett Shale. 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 2002 года. Применение горизонтального бурения значительно сократило себестоимость добытого газа.

Благодаря резкому росту его добычи, названному «газовой революцией», в 2009 году США стали мировым лидером добычи газа (745,3 млрд куб. м), причём более 40 % приходилось на нетрадиционные источники (метан из угольных пластов и сланцевый газ). С помощью метода стратосферного анализа оценивают местоположения сланцевых месторождений газа. По оценке Energy Information Administration (EIA) месторождения сланцевого газа разрабатываются в 48 странах мира.

В настоящее время сланцевый газ добывается практически во всех развитых и развивающихся странах и экспортируется в другие страны или используется в собственной промышленности.

Месторождения сланцевого газа в мире и перспективы его разработки

По оценкам специалистов залежи сланцевого газа в недра земли огромны, но оценка запасов считается условной и отличается в зависимости от метода оценки. Таким же спорным вопросом считается версия о возобновляемости сланцевого газа, связанная с гипотезой о водородной дегазации Земли. По этой гипотезе, метан в сланцах образуется постоянно, начиная с глубокой древности до современности, в связи с реакцией водорода, поднимающегося из глубин земли, с керогеном -- органикой сланцев.

С учетом вышеприведенных фактов, учитывая негативные факторы, связанные с несовершенной технологией добычи и загрязнением окружающей среды, сланцевый газ все равно является наиболее перспективным энергоресурсом в долгосрочной перспективе. Общий объем сланцевого газа в течение прошедших 10 лет все эксперты оценивали в 456 трлн. м3. По данным годового отчета Energy Information Administration (EIA), объем запасов сланцевого газа США на 2011 год составляет 72 трлн. м3, из них технически-извлекаемые запасы -- 24 трлн. м3. В то же время по данным Международного энергетического агентства (МЭА) на основании исследований нетрадиционные запасы газа составляют всего 4% от доказанных запасов природного газа.

В России, по данным отчета компании ОАО «Газпром», нетрадиционные запасы газа составляют 83,7 млрд. м3. В осадочных породах, на Восточно-Европейской платформе, широко представлены сланцы разной мощности и зрелости, которые могут быть перспективными для разработки. Стоит выделить на Русской платформе Балтийский щит и Польско-Литовскую впадину, находящуюся на территории Польши и Западной Украины, и Днепровско-Донецкую впадину -- на территории Украины, обладающие запасами зрелого сланца. На российской части Балтийского щита в Южно-Скандинавской области имеются незрелые сланцы возрастом 2,8 млрд. лет, более зрелые сланцы расположены в Центрально-Кольском блоке. По информации Shell, сланцы Швеции, находящиеся в этом районе, бесперспективны.

В январе 2011 года, заместителем директора Института энергетической стратегии Российской Федерации А. Громовым были названы следующие цифры прогноза добычи сланцевого газа в мире: к 2018 году объем добычи сланцевого газа составит 180 млрд. м3 в год, а к 2030 году добыча сланцевого газа в США будет не более 150 млрд. м3 в год.

Технология добычи сланцевого газа

Сланцевый газ является разновидностью природного газа, образовавшегося в недрах земли. Современная технология добычи сланцевого газа подразумевает бурение одной вертикальной скважины и нескольких горизонтальных скважин длиной до 2-3х км. В пробуренные скважины закачивается смесь воды, песка и химикатов, в результате гидроудара разрушаются стенки газовых коллекторов, и весь доступный газ откачивается на поверхность. Процесс горизонтального бурения проводится посредством инновационной методики сейсмического моделирования 3D GEO, которая предполагает сочетание геологических исследований и картирования с компьютерной обработкой данных, включая визуализацию. При бурении горизонтальной скважины важно соблюдать правила бурения, к чему относится, например, выбор правильного угла бурения, соответствующего углу наклона сланцевого пласта. Скважина должна пролегать сугубо в толще сланцевого пласта на достаточном расстоянии от его границ, в противном случае метан мигрирует через трещины и другие отверстия в верхний слой осадочных пород. Газовые коллекторы в сланцевом пласте также имеют свои отличия и сконцентрированы: в порах сланца аналогично хранению газа в плотном песке; в виде скоплений возле источника органических веществ подобно метану в угольных пластах; в виде скоплений в природных переломах.

Как и в других газовых месторождениях, газ мигрирует из области высокого давления в область низкого давления, поэтому технология газодобычи основана на создании областей с переменным давлением. Используется: горизонтальное бурение с мультиотводами на одной глубине, а также многоступенчатые горизонтальные скважины с длиной горизонтального отвода до 2-х км.

Технология гидроразрыва пласта была разработана в 1953 году академиком С.А. Христиановичем совместно с Ю.П. Желтовым в Институте нефти АН СССР. Для разработки эффективной технологии горизонтального бурения с гидроразрывом пласта понадобилось около 20 лет экспериментов.

Существует целый набор геохимических параметров, которые обуславливают условия добычи сланцевого газа, а, соответственно, определяют себестоимость и стоимость результирующего продукта. Прежде всего, существенно влияет на себестоимость добычи содержание глины в жестких песках, которая поглощает энергию гидроразрыва, что требует увеличения объема используемых химикатов. Каждое месторождение имеет уникальный объем диоксида серы, поэтому, чем ниже этот показатель, тем выше цена реализации газа.

Наиболее выгодными считаются «хрупкие» сланцы с большим содержанием диоксида кремния, эти месторождения содержат естественные переломы и трещины. Одна из причин, что месторождение является продуктивным, связана с высоким содержанием кварца в сланце -- 29-38%, порода сланца становится очень хрупкая, поэтому требуется меньшая мощность гидроразрыва.

Наиболее сложным для бурения считается месторождение, с высоким давлением в породах, а также его значительными скачками. При глубине бурения 3200-4100 м давление составляет 675 атмосфер при температуре более 15000 С. Горизонтальные скважины имеют длину до 1500 м, поэтому добыча газа требует более мощных гидроразрывов.

Переработка сланцевого газа в дизельное топливо

Рекордно низкие цены на природный газ больно ударили по производителям, но существует технология, которая может превратить дешевый газ в дизельное топливо. Сейчас галлон дизельного топлива стоит 4 доллара (примерно 30 рублей за литр), а цена на газ составляет около 2,30 долларов за миллион британских термических единиц. С 2008 газ подешевел в 7 раз.

Обилие и доступность природного газа в США дает возможность использовать топливо по-новому, растет энергетическое "разнообразие", и получение от этого экономических и экологических выгод. В компании считают, что разница между нефтяными и газовыми ценами позволяет начать строительство предприятий по переработке газа в дизельное топливо и авиационный керосин. Две компании планируют сейчас строительство подобных заводов - Shell на побережье Мексиканского залива и южноафриканская Sasoil на побережье Луизианы.

Правда существуют определенные риски, связанные с колебанием цен на газ. Подобные предприятия стоят миллиарды долларов, и у них большие сроки окупаемости. И для того, чтобы производство было рентабельным, цена на газ должна оставаться низкой в течение 20 - 30 лет. Управления энергетической информации США приводит данные, в которых оптимальное соотношение цен для данных предприятий выглядит так: 100 долларов за баррель и 6 долларов за миллион БТЕ газа.

Новая технология аналогична получению жидкого топлива из угля (процесс Фишера - Тропша). Метод был разработан в Германии 90 лет назад, как способ компенсировать дефицит нефти большими запасами угля. Последние разработки ученых позволили применить этот метод к газу. В общих чертах процесс переработки выглядит так: природный газ, кислород и вода подаются в реактор. Там под действием катализаторов, температуры и давления происходит процесс перегонки. Результатом является дизельное топливо, авиационный керосин и ряд других нефтепродуктов, но, к сожалению, пока такой процесс получения бензина из газа очень дорог.

Сланцевый газ на мировом рынке

Анализ предпосылок развития мировой разработки сланцевых месторождений позволяет говорить о возникновении естественных рыночных регуляторов, которые приводят к процессам самоорганизации на энергетическом рынке. При возникновении естественной монополии на любом микрорынке, в качестве которого в данном случае выступает рынок газа, инициируются процессы по внедрению продуктов-заменителей, на роль которых претендует сланцевый газ.

Продукты-заменители являются эффективным регуляторным механизмом, которые увеличивают эластичность спроса природного газа. При значительном дисбалансе цен на газ, который стал наблюдаться в различных регионах мира, стали перераспределяться газовые потоки и изменяться структура рынка. В результате роста производства сланцевого газа в США, снижения объема импорта, а также последующего обвала цен на газ в США, бывшие газовые потоки сжиженного газа, которые ранее предназначались для США, были перераспределены в регион с более высокими ценами, этим регионом, имеющим неэластичный спрос на газ, стала Европа.

Появления продукта-заменителя, в виде LNG-газа будет оказывать значительное влияние на рынок Европы вплоть до момента насыщения рынка, то есть приведет к некоторому снижению цен на газ (10-25%) и ограничению влияния ОАО «Газпром» на рынке ЕС. В 2011 году увеличение потребления газа за счет отказа стран ЕС от атомных электростанций изменило направление спроса, увеличило потребление газа и частично компенсировало снижение цены за счет импорта LNG-газа.

Естественным регулятором цен на газ в 2011 году для Азии стали землетрясения, благодаря природным катаклизмам, отказу от АЭС, увеличился импорт LNG-газа, а цены в азиатском регионе увеличились практически вдвое. Увеличение спроса на газ в Азии в 2011 году, опять стабилизировали цены в Европе за счет оттока поставок. По данным мировой спрос на LNG-газ в первом полугодии 2011 года показывает увеличение на 8,5%, до конца года эта цифра вырасла до 12%. Основными покупателями LNG-газа являются Великобритания, Япония, Южная Корея и Индия. Увеличение потребления LNG-газа в Европе свидетельствует о желании стран снизить влияние российского газа на свою экономику, поэтому, чем больше будет разница между трубным газом и сжиженным, тем больше страны будут ориентироваться на поставки сжиженного газа.

В настоящий момент распределение цены на газ имеет следующий вид: средняя биржевая цена в ЕС на природный газ составляет $320 за тыс. м3; биржевая цена на газ в США -- $147 за тыс. м3; цена российского трубного газа в ЕС составляет $360-403 за тыс. м3; цена за LNG-газ в Азии -- $540 за тыс. м3; спотовые цены на рынке ЕС составляли $260-290 за тыс. м3.

Ценовая неоднородность мирового газового рынка, безусловно, повлечет перераспределение газового ресурса. В ближайшие годы потребление газа будет расти в Азии за счет роста объема потребления и снижения запасов. Газосланцевые потоки США после расширения газотранспортной инфраструктуры будут направлены, прежде всего, в Южную Америку и Азию, что повлечет увеличение предложения в Европе за счет перераспределенных газовых потоков, ранее направленных в Азию.

В ближайшие годы наращивать поставки в европейской части будет Катар, который лишился рынка США в связи с увеличением добычи из сланца. Объем газового экспорта Катара в Европу в первом полугодии 2011 года вырос на 35%. Газотранспортная система Евросоюза является сбалансированной и позволяет эффективно распределить поставки при недостатке энергоресурсов в сторону одного из продуктов-заменителей.

Значительное изменение структуры европейского рынка может произойти после ввода в промышленную эксплуатацию сланцевых месторождений в Польше. На сегодняшний день ЕС в ближайшей перспективе планирует отказаться от российского газа и развивать региональную добычу. Активная разведка месторождений в Польше 22 компаниями подразумевает, что к 2014 году предполагается практически одновременный запуск скважин в эксплуатацию. Изменение структуры европейского рынка будет более значительным, если европейцам удастся обеспечить согласованный запуск газовых проектов, которые могут составить одновременную конкуренцию российским газовым поставкам. В связи с финансовым кризисом в Европе, можно предположить, что ЕС не удастся добиться согласованного старта газовых проектов, что в значительной мере сократит влияние сланцевого газа на европейский энергетический рынок. Важной характеристикой сланцевого газа является его близкое расположение к конечному потребителю. Высокая стоимость газодобычи будет компенсирована низкой стоимостью транзита.

Структура и тенденции газового рынка

На сегодняшний день природный газ является наиболее перспективным видом ископаемого топлива в рамках мирового энергообеспечения, так как предполагает самый низкий выброс углекислоты в атмосферу, и успешно заменяет уголь. Использование природного газа также более предпочтительно в рамках Европейской программы по борьбе с изменением климата и Конвенции ООН об изменении климата. В дополнение к РКИК в 1997 году в Японии был принят общеизвестный Киотский протокол, который регулирует суммарный среднегодовой уровень выброса СО2 странами-участниками. Таким образом, промышленно-развитые страны в рамках борьбы с техногенным кризисом с каждым годом попадают все в большую зависимость от природного газа. Это становится предметом активных действий с целью поиска товаров-заменителей. На роль альтернативы российскому газу, в краткосрочной перспективе, претендует сжиженный газ, в долгосрочной перспективе -- сланцевый газ. Существенные сланцевые запасы газа найдены на европейской территории, что позволяет говорить о будущей энергетической независимости ЕС, прежде всего, от России.

Технология добычи сланцевого газа уже существует на протяжении 100 лет. Её актуальность была признана в результате устойчивого увеличения спроса, недостатка ресурса и увеличения стоимости природного газа, добываемого традиционным путем. Себестоимость добычи сланцевого газа по данным разных компаний колеблется в промежутке 100-283 USD за 1000м3, поэтому добыча газа из сланца при повышении цен на газ имеет чисто экономические причины. Первой страной, использовавшей у себя потенциал добычи сланцевого газа, стала США, которые не только нарушили планы ОАО «Газпром», но и в 2009 году забрали у России пальму первенства крупнейшего мирового газодобытчика. В настоящий момент эксперимент с добычей сланцевого газа проводится в Европе, надеющейся повторить опыт США.

«Сланцевая революция»

Начало добычи сланцевого газа -- самое важное событие в энергобизнесе за последние 50 лет. Его результатом стало перепроизводство газа и обвал цен в Северной Америке. В 2009 году США обогнали Россию по объемам добычи природного газа. По состоянию на 2012 год газ в США стоит существенно дешевле, чем в России, которая обладает крупнейшими в мире разведанными запасами газа. Дальнейшее падение цен ожидается после строительства мощностей для экспорта сжиженного газа за пределы Северной Америки. В августе 2012 года российская газовая компания ОАО «Газпром» и его партнёры объявили о приостановке разработки Штокмановского месторождения, откуда сжиженный газ предполагалось направлять в США. В то же время компания Exхon Mobil вынуждена была отказаться от разработки крупных месторождений сланцевого газа в Польше и Венгрии, ибо они оказались нерентабельными. Ранее польские власти планировали начать добычу газа в 2014 году, рассчитывая, что имеющихся запасов хватит на несколько десятков лет. «Сланцевая революция» это обозначение внедрения в промышленную эксплуатацию технологии добычи газа из залежей сланцевых пород («сланцевый газ»), которое произошло в США в начале XXI века и привело к падению мировых цен на природный газ. Минэнерго предлагает не бояться всемирной "сланцевой революции", а предлагает правительству начать добычу "сланцевых" газа и нефти и узнать, сколько имеется таких ресурсов в стране, и где эти месторождения находятся. Промышленная добыча газа и нефти из сланцев России еще долго будет не нужна, но ей интересны американские технологии. Их будут отрабатывать на специальном полигоне и на малых региональных месторождениях. Стране эти энергоносители пока не нужны - у нее достаточно более дешевых "обычных" месторождений, но министерство очень интересуется американскими технологиями, которые и позволили провести в США "сланцевую революцию". Эти технологии, которые вот-вот захватят весь мир, должны быть освоены и в России. Предполагается, что этим займутся госкомпании "Роснефть" и "Газпром".

В настоящее время российскими компаниями пришло осознание, что сланцевая революция - это серьезно, а ее распространение по миру - в виде технологий добычи и танкеров со сжиженным газом - неизбежно. Несмотря на то, что Минэнерго продолжает убеждать в отсутствии сланцевой угрозы правительство (которое не очень этому верит), ведомство утверждает, что сланцы добывать хоть и сложно, невыгодно и неэкологично, но надо. Хотя бы из-за того, что стране неплохо было бы освоить американские революционные технологии, т.е. горизонтальное бурение вместе с гидроразрывом пластов. Кроме того, сланцевый газ может стать локальным источником энергии в тех регионах, которые не подключены к магистральным газопроводам (северные районы, Дальний Восток, Сибирь).

Пока геологическое изучение горючих сланцев России не проводилось. Нет не только данных о том, сколько может храниться сланцевого газа в недрах России, но и даже примерных областей его залежей. Минэнерго предлагает начать разработку сланцев уже с 2014 года.

Проблемы, связанные с добычей и транспортировкой сланцевого газа

Экологические проблемы

Технология добычи сланцевого газа, как любая промышленная технология, подразумевает позитивные и негативные стороны. Существовало мнение, что разработку сланцевых месторождений с использованием глубинного гидроразрыва пласта в горизонтальных скважинах можно проводить в густозаселенных районах, единственной проблемой будет использование тяжелого транспорта; что значительные сланцевые месторождения газа находятся в непосредственной близости от конечных потребителей; что добыча сланцевого газа происходит без потери парниковых газов. Однако после 10 лет эксплуатации скважин были выделены следующие проблемы: