Способы добычи, история и влияние на экологию сланцевого газа

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Сланцевый газ (shale gas) -- это вид топлива, альтернативный природному газу. Добывается из месторождений с низкой насыщенностью углеводородами, расположенных в сланцевых осадочных породах земной коры.

Одни считают сланцевый газ могильщиком нефтегазового сектора российской экономики, а другие -- грандиозной аферой планетарного масштаба.

По своим физическим свойствам очищенный сланцевый газ принципиально ничем не отличается от традиционного природного газа. Однако технология его добычи и очистки подразумевает гораздо большие по сравнению с традиционным газом затраты.

Сланцевые газ и нефть -- это, грубо говоря, недоделанные нефть и газ. При помощи «гидроразрыва» человек может извлечь топливо из земли до того, как оно соберётся в нормальные месторождения. Такие газ и нефть содержат огромное количество примесей, которые не только повышают стоимость добычи, но и усложняют процесс обработки. То есть сжимать и сжижать сланцевый газ дороже, чем добытый традиционными методами. Сланцевые породы могут содержать от 30 % до 70 % метана. Кроме того, сланцевая нефть отличается повышенной взрывоопасностью.

Выгодность разработки месторождений характеризуется показателем EROEI, который показывает, сколько энергии надо затратить, чтобы получить единицу топлива. На заре нефтяной эры в начале 20 века EROEI для нефти составлял 100:1. Это означало, что для добычи ста баррелей нефти надо было сжечь один баррель. К настоящему времени показатель EROEI опустился до значения 18:1.

По всему миру происходит освоение все менее выгодных месторождений. Раньше, если нефть не била фонтаном, то такое месторождение никому было не интересно, сейчас все чаще приходится извлекать нефть на поверхность при помощи насосов.

1. История

Первая коммерческая газовая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США в 1821 году Уильямом Хартом (англ. William Hart) во Фредонии, Нью-Йорк, который считается в США «отцом природного газа». Инициаторами масштабного производства сланцевого газа в США являются Джордж Митчелл и Том Уорд.

Масштабное промышленное производство сланцевого газа было начато компанией Devon Energy в США в начале 2000-х, которая на месторождении Барнетт (англ.)русск. в Техасе в 2002 году впервые применила комбинацию горизонтального бурения и многостадийного гидроразрыва пласта. Благодаря резкому росту его добычи, названному в СМИ «газовой революцией, в 2009 году США стали мировым лидером добычи газа (745,3 млрд куб. м), причём более 40 % приходилось на нетрадиционные источники (метан угольных пластов и сланцевый газ).

В первом полугодии 2010 года крупнейшие мировые топливные компании потратили $21 млрд на активы, которые связаны с добычей сланцевого газа. На тот момент некоторые комментаторы высказывали мнение, что ажиотаж вокруг сланцевого газа, именуемый сланцевой революцией, -- результат рекламной кампании, вдохновлённой рядом энергетических компаний, вложивших значительные средства в проекты по добыче сланцевого газа и нуждающихся в притоке дополнительных сумм. Как бы то ни было, после появления сланцевого газа на мировом рынке цены на газ стали падать.

К началу 2012 года цены на природный газ в США упали до уровня значительно ниже себестоимости добычи сланцевого газа, в результате чего крупнейший игрок на рынке сланцевого газа -- компания Chesapeake Energy -- объявила о сокращении производства на 8 %, а капитальных вложений в бурение -- на 70 %. В первом полугодии 2012 года газ в США, где наблюдалось его перепроизводство, стоил дешевле, чем в России, которая обладает крупнейшими в мире разведанными запасами газа. Низкие цены вынудили ведущие газодобывающие компании сократить добычу, после чего цены на газ пошли вверх. К середине 2012 года ряд крупных компаний, стали испытывать финансовые трудности, а Chesapeake Energy оказалась на грани банкротства.

2. Проблемы с добычею сланцевого газа 70-80-х годов и факторы роста промышленности разработки месторождений в США 90-х годов

Нефтегазовая отрасль считается одной из самых капиталоемких. Высокая конкуренция вынуждает активных игроков на рынке вкладывать огромные суммы в исследовательскую работу, а крупные инвестиционные компании -- содержать штат аналитиков, специализирующихся на прогнозах, связанных с нефтью и газом. Казалось бы, все здесь так хорошо изучено, что у нас почти нет шансов прозевать хоть что-то мало-мальски значительное. Тем не менее, никто из аналитиков не сумел предсказать резкий рост добычи сланцевого газа в Америке -- настоящий экономико-технологический феномен, который в 2009-м году вывел США в лидеры по объемам добываемого газа, кардинально изменил политику газоснабжения США, превратил внутренний рынок газа из дефицитного в самодостаточный и может самым серьезным образом повлиять на расстановку сил в мировой энергетике.

Интересно, что феномен промышленной добычи сланцевого газа лишь с очень большой натяжкой можно назвать технологической революцией или научным прорывом: ученые знают о залежах газа в сланцах с начала XIX века, первая коммерческая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США в 1821 году, задолго до первого в мире нефтяного бурения, а применяющиеся сегодня технологии обкатываются специалистами уже несколько десятилетий. Однако до недавнего времени промышленная разработка гигантских запасов сланцевого газа считалась экономически нецелесообразной.

Главное отличие и главная сложность при добыче сланцевого газа -- это низкая проницаемость газосодержащих сланцевых пластов (измельченного песка, превратившегося в окаменевшую глину): углеводород практически не просачивается сквозь плотную и очень твердую породу, поэтому дебет традиционной вертикальной скважины оказывается очень небольшим и разработка месторождения становится экономически невыгодной.

В 70-е годы прошлого века геологоразведка выявила на территории США четыре огромные сланцевые структуры, содержащие громадные запасы газа (Barnett, Haynesville, Fayetteville и Marcellus), но промышленная добыча была признана нерентабельной, а изыскания в области создания соответствующих технологий прервались после падения цен на нефть в 80-х.

Рисунок 1. Схема месторождения природного газа в сечении

Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии -- в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворенном состоянии в нефти или воде.

К идее извлечения газа из сланцевых пластов в США вернулись только в 90-х годах на фоне роста потребления газа и растущих цен на энергоносители. Вместо многочисленных малорентабельных вертикальных скважин исследователи применили так называемое горизонтальное бурение: на подходе к газоносному пласту бур отклоняется от вертикали на 90 градусов и проходит сотни метров вдоль пласта, увеличивая зону контакта с породой. Чаще всего искривление ствола скважины достигается применением гибкой бурильной колонны или специальных компоновок, обеспечивающих отклоняющую силу на долоте и асимметричное разрушение забоя.

Для повышения продуктивности скважины используется технология множественных гидроразрывов пласта: в горизонтальную скважину под большим (до 70 МПа, то есть примерно 700 атмосфер) давлением закачивается смесь воды, песка и специальных химических реактивов, которая разрывает пласт, разрушает плотную породу и перегородки газовых карманов и объединяет запасы газа. Давление воды вызывает появление трещин, а песчинки, которые загоняет в эти трещины поток жидкости, мешают последующему "схлопыванию" породы и делают сланцевый пласт проницаемым для газа.

Промышленная разработка сланцевого газа в США стала рентабельной благодаря нескольким дополнительным факторам. Первый -- это наличие сверхсовременного оборудования, материалов с высочайшей износостойкостью и технологий, позволяющих очень точно позиционировать стволы и трещины гидроразрывов. Такие технологии стали доступны даже мелким и средним газодобывающим компаниям после инновационного бума, связанного с ростом цен на энергоносители и повышению спроса (и, следовательно, цен) на оборудование для нефтегазовой промышленности.

Второй фактор -- относительная малонаселенность территорий, прилегающих к месторождениям сланцевого газа: добытчики могут бурить многочисленные скважины на громадных участках без непрерывных согласований с властями близлежащих населенных пунктов.

Третий, самый важный фактор -- открытый доступ к развитой газопроводной системе США. Этот доступ регламентируется законодательством, и даже мелкие и средние компании, добывшие газ, на прозрачных условиях могут получить доступ к трубе и довести газ до конечного потребителя по разумной цене.

3. Технология добычи сланцевого газа и влияние на экологию

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

Рисунок 2. Схема добычи сланцевого газа

Рисунок 3. Гидроразрыв пласта в США

сланцевый газ осадочный гидроразрыв

Данная технология наносит колоссальный вред окружающей среде. Независимые экологи подсчитали, что специальный буровой раствор содержит 596 наименований химикатов: ингибиторы коррозии, загустители, кислоты, биоциды, ингибиторы для контроля сланца, гелеобразователи. Для каждого бурения нужно до 26 тыс. кубометров раствора. Назначение некоторых химикатов:

- соляная кислота помогает растворять минералы;

- этиленгликоль борется с появлением отложений на стенках труб;

- изопропиловый спирт используется для увеличения вязкости жидкости;

- глютаральдегид борется с коррозией;

- легкие фракции нефти используются для минимизации трения;

- гуаровая камедь увеличивает вязкость раствора;

- пероксодисульфат аммония препятствует распаду гуаровой камеди;

- формамид препятствует коррозии;

- борная кислота поддерживает вязкость жидкости при высоких температурах;

- лимонная кислота используется для предотвращения осаждения металла;

- хлорид калия препятствует прохождению химических реакций между грунтом и жидкостью;

- карбонат натрия или калия используется для поддержания баланса кислот.

Десятки тонн раствора из сотен наименований химикатов смешиваются с грунтовыми водами и вызывают широчайший спектр непрогнозируемых негативных последствий. При этом разные нефтяные компании используют различные составы раствора. Опасность представляет не только раствор сам по себе, но и соединения, которые поднимаются из-под земли в результате гидроразрыва. В местах добычи наблюдается мор животных, птиц, рыбы, кипящие ручьи с метаном. Домашние животные болеют, теряют шерсть, умирают. Ядовитые продукты попадают в питьевую воду и воздух. У американцев, которым не посчастливилось жить поблизости от буровых вышек, наблюдаются головные боли, потери сознания, нейропатии, астма, отравления, раковые заболевания и многие другие болезни.

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

Рисунок 4. Воспламенение питьевой воды

Это скорее исключение, чем правило. Большинству в такой ситуации реально страшно. Природный газ не имеет запаха. Тот запах, который мы чувствуем, издают одоранты, специально подмешиваемые для выявления утечек. Перспектива создать искру в доме, полном метана, заставляет перекрыть водопровод наглухо в такой ситуации. Бурение новых скважин для воды становится опасным. Можно нарваться на метан, который ищет выход на поверхность после гидроразрыва. Например, так произошло с этим фермером, который решил сделать себе новый колодец вместо отравленного. Фонтан метана бил три дня. По подсчетам специалистов в атмосферу ушло 84 тысячи кубометров газа.

Американские нефтегазовые компании применяют к местному населению следующую примерную схему действий.

Первый шаг: «Независимые» экологи делают экспертизу, согласно которой с питьевой водой все в порядке. На этом все заканчивается, если пострадавшие не подают в суд.

Второй шаг: Суд может обязать нефтяную компанию пожизненно снабжать жителей привозной питьевой водой, либо поставить очистное оборудование. Как показывает практика, очистное оборудование не всегда спасает. Например, этиленгликоль проходит сквозь фильтры.

Третий шаг: Нефтяные компании выплачивают компенсации пострадавшим. Размеры компенсаций измеряются десятками тысяч долларов.

Четвёртый шаг: С получившими компенсацию пострадавшими обязательно подписывается договор о конфиденциальности, чтобы правда не выплыла наружу.

Не весь ядовитый раствор смешивается с грунтовыми водами. Примерно, половина «утилизируется» нефтяными компаниями. Химикаты сливают в котлованы, а для увеличения скорости испарения включают фонтаны.

4. Запасы сланцевого газа по миру

Важный вопрос: не угрожает ли массовая промышленная добыча сланцевого газа в США экономической безопасности России? Да, ажиотаж вокруг сланцевого газа изменил соотношение сил на газовом рынке, но, в основном, это касается спотовых, то есть биржевых, сиюминутных цен на газ. Основные игроки на этом рынке -- производители и поставщики сжиженного газа, в то время как крупные российские производители тяготеют к рынку долгосрочных контрактов, который в ближайшее время не должен потерять стабильность.

Рисунок 5. Запасы сланцевого газа в мире (трлн кубометров)

По оценке информационно-консалтинговой компании IHS CERA, к 2018 году мировая добыча сланцевого газа может составить 180 млрд кубометров в год.

Рисунок 6. Запасы сланцевого газа в мире

Пока налаженная и надежная система так называемого "трубопроводного ценообразования", по которой работает Газпром (гигантские резервы традиционного газа -- транспортная система -- крупный потребитель) для Западной Европы предпочтительнее, чем рискованная и недешевая разработка собственных месторождений сланцевого газа. Но именно себестоимость добычи сланцевого газа в Европе (его запасы оцениваются в 12-15 триллионов кубометров) и будет определять европейские цены на газ в ближайшие 10-15 лет.

5. Проблемы при добыче сланцевых нефти и газа

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

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

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

В-третьих, уж слишком часто мелькает на фоне всей истерии про сланцевый газ имя Дика Чейни, бывшего вице-президент США. Дик Чейни стоял у истоков всех американских войн первого десятилетия XXI века на Ближнем Востоке, которые и привели к росту цен на энергоносители. Это наводит некоторых экспертов на мысль о том, что эти два процесса были тесно взаимосвязаны.

В-четвертых, добыча сланцевого газа и нефти может вызвать очень серьезные экологические проблемы в регионе добычи. Влияние может оказываться не только на грунтовые воды, но и на сейсмическую активность. Немалое число стран и даже штатов США ввели мораторий на добычу сланцевых нефти и газа на своей территории. В апреле 2014 года американская семья из Техаса выиграла первое в истории США дело о негативных последствиях добычи сланцевого газа методом гидроразрыва пласта. Семья получит 2,92 миллиона долларов от нефтяной компании Aruba Petroleum в качестве компенсации за загрязнение их участка (включая скважину с водою, которая сделалась непригодной для питья) и нанесение вреда здоровью. В октябре 2014 года выяснилось, что подземные воды по всей Калифорнии заражены в результате попадания в них миллиардов литров опасных для человека отходов при добыче сланцевого газа (из письма, которое официальные лица штата отправили в агентство по охране окружающей среды США).

В связи с возможным ущербом для окружающей среды добыча сланцевого газа запрещена во Франции и Болгарии. Добыча сланцевого сырья запрещена или приостановлена также в Германии, Нидерландах, ряде штатов США. Рентабельность промышленной добычи сланцевого газа имеет ярко выраженную привязку к экономике того региона, где он добывается. Месторождения сланцевого газа обнаружены не только в Северной Америке, но и в Европе (в том числе и Восточной), Австралии, Индии, Китае. Однако промышленная разработка этих месторождений может оказаться затруднена из-за густонаселенности (Индия, Китай), отсутствия транспортной инфраструктуры (Австралия) и строгих норм экологической безопасности (Европа). Есть разведанные месторождения сланцев и в России, самым крупным из которых является Ленинградское -- часть масштабного Прибалтийского бассейна, но себестоимость газовых разработок заметно превышает стоимость добычи "традиционного" газа.

6. прогнозы

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

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

В сентябре 2014 года японская компания Sumitomo была вынуждена полностью свернуть масштабный проект по добыче сланцевой нефти в Техасе, рекордные убытки составили 1,6 млрд долл. «Задача извлечения нефти и газа оказалась очень сложной», сообщают представители компании.

Залежи сланца, из которого можно добывать сланцевый газ, весьма велики и находятся в ряде стран: Австралия, Индия, Китай, Канада.

Китай планирует в 2015 году добыть 6,5 млрд кубометров сланцевого газа. Общий объём производства природного газа в стране вырастет на 6 % с текущего уровня. К 2020 году Китай планирует выйти на уровень добычи в диапазоне от 60 млрд до 100 млрд кубометров сланцевого газа ежегодно. В 2010 году Украина выдала лицензии на разведку сланцевого газа для Exxon Mobil и Shell.

В мае 2012 года стали известны победители конкурса по разработке Юзовской (Донецкая область) и Олесской (Львовская) газовых площадей. Ими стали Shell и Chevron, соответственно. Ожидается, что промышленная добыча на этих участках начнётся в 2018--2019 годах. 25 октября 2012 Shell начала бурение первой поисковой скважины газа уплотнённых песчаников в Харьковской области. Соглашение между компанией Shell и «Надра Юзовская» о разделе продукции от добычи сланцевого газа на Юзовском участке в Харьковской и Донецкой областях было подписано 24 января 2013 года, в Давосе (Швейцария) при участии президента Украины.

Практически немедленно после этого в Харьковской и Донецкой областях начались акции и пикеты экологов, коммунистов и ряда других активистов, направленные против разработки сланцевого газа и, в частности, против предоставления такой возможности зарубежным компаниям. Ректор Приазовского технического университета, профессор Вячеслав Волошин, заведующий кафедрой охраны труда и окружающей среды, не разделяет их радикальных настроений, указывая, что добыча может быть произведена и без ущерба для окружающей среды, но необходимы дополнительные исследования предлагаемой технологии добычи.

Заключение

В этом реферате мы рассмотрели способы добычи, историю и влияние на экологию сланцевого газа. Сланцевый газ - это альтернативный вид топлива. Этот энергоресурс совмещает в себе качество ископаемого топлива и возобновляемого источника и встречается во всем мире, таким образом, практически любая энергозависимая страна может себя обеспечить данным энергоресурсом. Однако его добыча связана с большими экологическими проблемами и катастрофами. Лично я считаю, что добыча сланцевого газа - это слишком опасный метод добычи топлива на данный день. И пока, на нашем уровне технологического прогресса, человек неспособен сохранить баланс экосистемы добывая данный вид топлива столь радикальным методом.

Размещено на Allbest.ru