Сланцевый газ

В последнее  время много разговоров идет о  возможной революции на мировом  газовом рынке. Связывают такую  революцию с перспективами добычи так называемого сланцевого газа (shale gas). Некоторые предполагают, что сланцевый газ не может быть конкурентоспособен в сравнении с традиционными месторождениями. Другие, напротив, считают, что развитие технологий добычи сланцевого газа коренным образом повлияет на устройство всего мирового газового рынка.

Сланец  – распространенная повсеместно  осадочная порода. Уже давно было известно, что в сланцевых пластах  содержаться большие запасы природного газа. Но до недавнего времени добыча сланцевого газа считалась дорогостоящей  и технически сложной. Однако высокие  цены на природный газ сделали  добычу сланцевого газа экономически целесообразной. Появились новые  технологии, позволяющие извлекать  его без особых затрат.

Сланцевый газ (природный) (англ. Natural shale gas) – природный газ, добываемый из сланца (Рис.1), состоящий преимущественно из метана.

Сланец  является горной породой, которая состоит  из глинистых и неглинистых минералов (кварца и полевых шпатов). Содержание глин в газосодержащих сланцах не должно превышать 50%, иначе сланец будет  подвержен пластичным деформациям, а значит, не сможет образовывать трещины, которые являются основными путями миграции газа, т.е. определяют его проницаемость.

Для добычи сланцевого газа горючие сланцы неперспективны.

То, что  в сланцах есть газ, было известно с начала XIX века. Более того, первая газовая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США, Fredonia, New York еще в 1821г. Вильямом Хартом, который считается в США «отцом природного газа».

Однако  промышленники быстро разочаровались в сланцах как в источнике  газа. Эта порода отличается плотностью и низкой пористостью, и газ залегает в небольших изолированных "карманах". Чтобы добыть его, требуется пробурить  множество скважин, каждая из которых  даст лишь очень небольшой объем  газа.

Во время обострения проблемы энергетической безопасности в США, правительство, находясь в поиске возможных решений, вспомнило и о сланцах. Были проведены разведочные работы, в ходе которых выявлены четыре огромные сланцевые структуры — Barnett, Haynesville, Fayetteville и Marcellus, простирающиеся на десятки тысяч квадратных километров и, по-видимому, содержащие гигантские запасы природного газа (Рис. 3, 4).

При добыче газа из сланцевых пород произошел  настоящий технологический прорыв. Теперь вместо множества одиночных  вертикальных скважин пробуривается  одна, от которой затем на большой  глубине расходятся горизонтальные скважины, длина которых может  достигать 2–3 км. Затем в пробуренные  породы закачивается под давлением  смесь песка, воды и химикатов. Гидроудар  разрушает перегородки газовых  карманов, что позволяет собрать  все запасы газа и откачать их через  все тот же вертикальный ствол (Рис.5, 6, 7).

Этот  метод был разработан в Соединенных  Штатах.

При такой  технологии резко сокращается нужда  в сооружении внутрипромысловых газопроводов, а сам процесс бурения более точен и идет очень быстро. Подобный подход позволяет вести газодобычу в густонаселенных районах, поскольку на поверхности инфраструктура минимальна, притом, что сами разработки ведутся на очень большой территории.

Масштабное  промышленное производство сланцевого газа было начато компанией Devon Energy в США вначале 2000-х гг. на плее Barnett Shale, расположенном на северо-востоке Техаса, в бассейне Форт Ворт. На этом месторождении компания в 2002г. пробурила впервые горизонтальную скважину. Содержащие метан сланцы верхнего карбона одноименной с плеем формации залегают на глубинах от 750 до 2400 м на площади 13 тыс. кв. км. Мощность пласта изменяется от 12 до 270 м. Доказанные извлекаемые запасы были приняты в размере 59 млрд куб. м. В настоящее время они полностью выбраны.

Все это  привело к тому, что в 2008 году произошел  технологический прорыв, добыча газа из сланца в США вышла на промышленный уровень, и по итогам 2009 года производство газа в России и США практически  сравнялось (Рис. 10, 11).

Хотя  доказанные запасы сланцевого газа в  США невелики — около 1 трлн кубометров, что не обеспечивает даже двухгодового потребления страны, оцениваемые запасы, напротив, колоссальны. Только в месторождении Marcellus, которое в ближайшие годы может отобрать у Barnett лидерство по объемам добычи, содержится около 14 трлн кубометров газа. Если же суммировать доказанные и оценочные запасы всего «голубого» топлива страны, то получится, что Соединенные Штаты обладают около 60 трлн кубометров газа. Исходя из текущего ежегодного потребления в 650 млрд кубометров, получается, что при активном использовании нетрадиционных месторождений США обеспечены природным газом на 90 лет.

За пределами  же США геологоразведочные работы на сланцевый газ в основном находятся  в начальной стадии, оценки можно  делать пока только на основе геологических  аналогий с бассейнами Северной Америки.

Следом  за США к масштабной добыче сланцевого газа приступила Канада, где работы идут на двух основных месторождениях: Horn River и Montney.

В 2009 г. "сланцевый  бум" дошел и до Европы. Огромные запасы газосодержащих сланцев найдены  в Нидерландах – верхнеюрские сланцы, Польше – силурийские сланцы, Франции, Швеции – кембрийские сланцы, других европейских странах. Предположительно наибольшими перспективами обнаружения  газосланцевых плев располагает  Польша, и прежде всего ее северная часть – Гданьская впадина (Рис.12).

Сланцевые проекты готовятся стартовать в  Китае, Индии, Аргентине, Австралии, других государствах (Рис.13). В Китае выделено 4 первоочередных района в бассейнах  Тарим, Турфан, Ордос и Сычуань (Рис.14).

Однако, как известно, даже у самого позитивного  явления непременно имеются теневые  стороны.

Главная проблема состоит в том, что в  настоящий момент даже оборудование для разведки стоит очень дорого, не говоря уже о добывающем. Кроме  того, практически абсолютной монополией на соответствующие технологии обладают Соединенные Штаты, так что для  ведения работ в любой другой точке земного шара оттуда придется везти абсолютно все – начиная  от труб и заканчивая специалистами.

Не мало важная проблема состоит в том, что  теплотворная способность сланцевого газа почти в два раза ниже, чем  у природного. Более того, в нем  содержится большое количество вредных  примесей: углекислого газа, азота  и сероводорода, так что он может взорваться в газопроводах высокого давления.

Далее, в  отличие от природного газа, месторождения  сланцевого относительно невелики, и  большей частью эксплуатируются  в течение только одного сезона. Это вызвано низкой концентрацией  газа в породе и приводит к тому, что пробуренные скважины быстро сокращают свой дебет. К примеру, в среднем скважины, пробуренные  на крупнейшем месторождении сланцевого газа в США Барнетт в Техасе, ко второму году эксплуатации снижали свой дебет на 37%, а к третьему году на 50% по сравнению с первым годом. Это означает, что вся экономика добычи сланцевого газа должна строиться вокруг постоянного бурения и поддержания эксплуатационных характеристик уже пробуренных скважин. Все это ведет к росту капитальных затрат.

Беспокойство  высказывают также защитники  окружающей среды. Их волнует потенциальная  опасность загрязнения грунтовых  вод. Технология добычи требует больших  объемов воды, которая смешивается  с песком и химикатами. Последние  теоретически способны попасть в  водоносные пласты (такие факты были зафиксированы в США), несмотря на то, что в большинстве случаев  те отделены от газоносных горизонтов тысячами метров плотных пород, причем газ залегает намного глубже.

Но есть и плюсы. Поскольку сланцевый  газ находится почти повсеместно, расходы на его транспортировку  к потребителям минимальны. А из-за короткого производственного цикла  для него не нужно газохранилищ.

Что касается России, оценка ресурсов сланцевого газа которой колеблется от 12 до 90 трлн куб. метров, то в нашей стране практически  не занимаются промышленным освоением  сланцевого газа, поскольку это просто нерентабельно. Исключением является разве что северо-запад страны, где расположено Ленинградское  месторождение ордовикских сланцев, залегающих на небольшой глубине. Четыре десятилетия назад на местном  перерабатывающем заводе работала экспериментальная  установка по производству сланцевого бензина и газа, но широкого распространения  данная технология тогда так и  не получила (Рис. 15).

В РФ использование  сланцевого газа возможно лишь для  местных нужд удаленных районов, куда по экономическим соображениям будет дороже прокладывать газопроводы.

Топливно-энергетический баланс России и мира еще многие годы будет базироваться на трех «китах» - угле, нефти и газе.

Вместе  с тем, во многих странах мира ведутся  исследования по выявлению и оценке альтернативных источников энергии. Одним  из таких источников является сланцевый  газ.

По прогнозам  специалистов, к 2030 г. сланцевый газ  будет занимать 7 % мирового газового рынка. Однако пока добыча растет в  основном в Северной Америке, где  на его долю приходится 20 % всех доступных  газовых ресурсов. Таким образом, сланцевый газ в ближайшие  десятилетия скорее так и останется  крайне любопытным и динамичным, но чисто американским феноменом. Мировая  сланцевая революция вряд ли произойдет. И менее всего она вероятна в Европе, поскольку есть опасения, что добыча здесь сланцевого газа может оказаться сложнее из-за проблем, связанных с возможным  ущербом для экологии, а также  из-за ряда других трудностей.

Должны  пройти годы, завершены масштабные исследования, получены производственные результаты, прежде чем настанет время  серьезных выводов.

А пока стоит  обратить особое внимание на количество «уходящего в никуда» попутного  нефтяного газа. Свыше 100 млрд кубометров этого газа ежегодно «улетают в трубу», не находя дороги к своему потребителю. Так что резервы в добыче газа все еще есть, и они гораздо ближе, чем залежи «альтернативного» сланца. Осталось лишь разработать технологии и экономические механизмы, способные вывести инвестиции в проекты по утилизации попутного нефтяного газа хотя бы на уровень рентабельности.

Тем не менее  уже не вызывает сомнений, что человечество получило еще один вид топлива, имя  которого «сланцевый газ».