Сланцевая нефть

Покрышки и ловушки

Сланцевые месторождения в Америке известны с позапрошлого века. А первую коммерческую скважину пробурил еще в 1821 году некто Уильям Харт. Но оказалось, что вести добычу на них достаточно сложно. Традиционные вертикальные скважины не давали промышленной отдачи (дебита) и быстро исчерпывались в отличие от «обычных» месторождений.

Чем же сланцы отличаются от классических залежей, откуда до сих пор добывались нефть и газ? Углеводороды (нефть, газовый конденсат, природный газ), согласно самой распространенной теории, образуются в осадочных породах (сланцах) из органических остатков под воздействием температуры и давления. Традиционные месторождения нефти и газа возникают, если рядом с нефтематеринскими породами есть проницаемые слои — коллекторы, заключенные в плохо проницаемые породы — покрышки. Такая комбинация образует своеобразные природные резервуары. Внутри резервуара нефть может двигаться, всплывать вверх. Если движению препятствует какой-то барьер, то получается ловушка, в которой образуется нефтяная залежь.

А вот если хорошо проницаемых коллекторов нет, то нефть мигрировать не может и остается преимущественно в сланцевых породах и низкопроницаемых коллекторах. Потому и скважина на сланцевом месторождении быстро иссякает — проницаемость пород, содержащих сланцевые нефть и газ, на порядок меньше, чем пород на обычных месторождениях, резервуары небольшие и не сообщаются между собой.

Но при этом нефтематеринские (сланцевые) породы сохраняют в себе наибольший объем сформировавшихся углеводородов — от 10 до 30%. Для сравнения: лишь от одного до трех процентов нефти и газа попадает в традиционные месторождения. Остальное рассеивается, мигрируя на поверхность.

Сланцевая нефть и сланцевый газ в американской терминологии называются Tight Oil и Tight Gas (есть еще и горючие сланцы, содержащие органические соединения керогены, из которых путем пиролиза производят синтетическую нефть). Наибольшие разведанные запасы сланцевых углеводородов находятся в Северной Америке — в штатах Техас (газовая формация Барнетт, нефтяная Игл-Форд), Северная Дакота (нефтяная формация Баккен), Монтана, Мичиган, Оклахома, Алабама и Арканзас. Ресурсы сланцевого газа (извлекаемые) в изученных бассейнах США оцениваются в 13,5 трлн кубометров, нефти — в 4,5 млрд тонн. В остальном мире также немало подобных объектов. Считается, что огромными запасами обладает Китай, много нетрадиционных углеводородов и в России (самое известное месторождение — Баженовская свита в Западной Сибири). В Европе они тоже есть, но сколько и где именно, еще предстоит уточнить. На Украине основные сланцевые пласты находятся в районе Донбасса.

Что такое сланцевый газ и какое количество его существует

Сланцевый газ представляет собой смесь, состоящую из метана, углекислого газа, азота, а также сероводорода. Основную его часть, разумеется, составляет метан. Главная особенность данного горючего заключается в том, что оно имеется повсеместно, так как его источником являются газоносные сланцы. Это наиболее распространенная на Земле осадочная порода.

Но, несмотря на обилие залежей, не существует точной информации о запасах сланцевого газа. Все существующие данные носят лишь оценочный характер. Согласно им, мировые запасы составляют 456,3 трлн кубических метров газа. Однако это не значит, что человечество сможет воспользоваться. Согласно последним данным, объем газа, которые технически возможно добыть, составляет лишь 200 трлн кубических метров.

Сланец — наиболее распространенная на Земле твердая порода

Надо сказать, что это лишь приблизительные цифры. По мере проведения геологических работ, которые проводятся в разных странах мира, запасы этого газа постоянно корректируются. Причем зачастую цифра существенно сокращается. Точно определить количество сланцевого газа сложно, так как он находится в среднем на глубине 5 км. Кроме того, сама порода достаточно твердая.

Большие запасы имеются в США, Канаде, Австралии, Китаем, Индии. Кроме того, им обладают и некоторые страны Европы — Польша, Германия, Австрия, Венгрия, Украина. Как известно, эти страны импортируют газ из России.

Мифы добычи сланцевого газа

Дороговизна производства

Международное Энергетическое Агентство рассчитало себестоимость обычного газа в США, которая составила $ 3−7 за МБТЕ (британская термическая единица), а себестоимость сланцевого получилась… внимание… точно такая же!. Но в Европейском Союзе цены на обычный газ уже $ 5−9 за МБТЕ

Поэтому любые подобные сравнения будут корректными тогда, когда они будут проводиться в одном и том же регионе. А так, конечно, традиционный газ, добытый где-то в Западной Азии, намного дешевле сланцевого.

Но в Европейском Союзе цены на обычный газ уже $ 5−9 за МБТЕ. Поэтому любые подобные сравнения будут корректными тогда, когда они будут проводиться в одном и том же регионе. А так, конечно, традиционный газ, добытый где-то в Западной Азии, намного дешевле сланцевого.

Нетранспортабельность, примеси, малопригодность. Противники использования сланцевого газа заявляют, что он на треть состоит из азота и прочих неуглеводородных веществ. Сложно сказать, откуда растут ноги у этого мифа. Если посмотреть на графики и таблицы составов традиционного газа и сланцевого, то станет видно, что в обоих случаях метан с гомологами имеют 97%, а примеси — 3%. То есть состав идентичен, а 3% «чужеродных» агентов — это весьма приемлемый результат.

Для справки: советское руководство закрывало глаза на тот факт, что добытый газ в крупном месторождении «Прикаспийское» состоял на 23% из сероводорода и на 20% из углекислоты. А европейское предприятие «Грёнинген» спокойно выкачивает газ с долей азота 14%.

Экспансия? Не выйдет!

Во многих странах фрекинг, в силу его явного отрицательного влияния на окружающую среду, запрещен законом. Это, в частности, Нидерланды, Франция, Болгария (Германия несколько месяцев назад отказалась от полного запрета фрекинга). В Европе сланцевая революция активно поддерживалась Соединенными Штатами. Считалось, что разработка месторождений в Старом Свете поможет ему обрести энергонезависимость от России. Не сложилось.

Особые надежды возлагались на Польшу, потенциальные запасы которой оценивались в 0,3–0,5 трлн кубометров сланцевого газа. За последние четыре года страна распределила 59 лицензий на разведку. Было пробурено 69 скважин, на 10 скважинах провели гидроразрыв, вложили около миллиарда долларов. Приемлемых для коммерческой эксплуатации дебитов не показала ни одна скважина. На бурение следующих минимально необходимых 200 скважин надо еще около 3 млрд, но инвесторы и западные корпорации стали покидать Польшу. Помимо плохих разведочных данных, инвесторов не устраивало отсутствие законодательно закрепленных преференций. Многие начали перемещаться в Великобританию, где такие преференции уже есть, но есть ли там газ и нефть? Это пока большой вопрос.

Немало надежд возлагалось также на Украину. Но из Львовской области недавно ушла корпорация Shell, а вести работы на Донбассе в настоящее время проблематично. Хотя, скорее всего, это вопрос времени. Лицензии на донбасские сланцы есть, например, у компании Burisma.

Наполеоновские планы в части добычи сланцевого газа были и у Китая. Там планировалось довести добычу к 2020 году минимум до 60 млрд кубометров. Но недавно планы были скорректированы до 30 млрд кубометров. Однако и это может оказаться слишком оптимистичной целью. Во-первых, у Китая нет необходимых технологий и достаточного количества буровых установок. Во-вторых, для фрекинга нужна вода, а ее в Поднебесной дефицит. Можно использовать «безводные» модификации фрекинга, например на основе пропана, но так добыча получается еще дороже.

Сегодня сланцевая революция находится под угрозой и в самих США. Виной тому падение цен на нефть (газ и так стоит очень дешево, и его добыча фактически субсидируется за счет доходов от нефти). Себестоимость производства барреля сланцевой нефти составляет от 40 до 70 долларов. А себестоимость ближневосточного черного золота в разы дешевле (российское сырье дороже арабского, но значительно дешевле североамериканских сланцев).

Саудовская Аравия и другие страны Персидского залива заявляют, что цена в 40 долларов их не пугает. Поэтому они не снижают объемов добычи и дают скидки покупателям. Если низкие котировки продержатся полгода-год, то это неизбежно приведет к радикальному сокращению бурения в США и снижению добычи. Запаса прочности у американских разработчиков сланцевых месторождений почти нет, зато есть большие долги и минимум прибыли. Борьба за нефть обостряется, и кто победит в ней, мы узнаем очень скоро.

Что такое сланцевый газ и как его добывают

По своим физическим свойствам метан из сланцев ничем не отличается от метана «традиционных» месторождений. Однако технология его добычи и очистки подразумевает гораздо большие по сравнению с традиционным газом затраты. И дело тут не только в пресловутом «гидроразрыве пласта». Эта технология применяется при добыче нефти и газа из «традиционных», в том числе и российских, месторождений. Гидроразрыв пласта сделал принципиально возможным разработки сланцевых месторождений, а для традиционных месторождений эта технология позволила существенно сократить расходы. Принципиальным отличием является то, что, несмотря на все возможные ухищрения, в том числе применение новых реагентов для гидроразрыва (между прочим, весьма ядовитых, подробнее см. в разделе «»), для разработки таких месторождений требуется постоянное бурение новых скважин. Фактически добычная компания не может отпустить от себя сервисную компанию занимающуюся бурением, что влетает в копеечку.
Ответов на вопрос, почему в России не развивается сланцевая добычи газа два:

1. Дороговизна по сравнению с традиционными месторождениями;
2. Экологи не позволяют этого делать, так как добыча углеводородов путём гидроразрыва влечёт колоссальный экологический ущерб.Гидроразрыв в США никем не контролируется (подробнее см. в разделе «Лазейка Halliburton: о причинах сланцевого бума в США») и в погоне за прибылью компании уродуют землю, допуская нарушение естественных изоляторов водных горизонтов, превращая огромные территории в непригодные для нормальной жизни человека. В России подобное невозможно.

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.

Дальнейшие перспективы сланца

«Сланцевая революция» стала возможна вовсе не потому, что были открыты какие-то особенно прорывные технологии. Нефтяники переключились на сланец, так как высокие цены на нефть сделали рентабельным даже этот весьма сложный способ добычи.

Начавшееся в 2015 году двухлетнее падение цен чуть не убило сланцевиков — Саудовская Аравия гнала и гнала на рынок новую нефть, и цены, колебавшиеся около 40 долларов за баррель, банкротили американских нефтяников одного за другим. Возможно, саудиты как раз и планировали устранить таким образом конкурентов, однако гонку на выносливость им пришлось прекратить раньше времени — дефицит поступлений в бюджет начал угрожать власти королевской династии.

В январе 2017 года ОПЕК начала энергично сокращать добычу нефти, и цены быстро отпрыгнули на менее болезненный уровень в 50-60 долларов за баррель, на котором они продолжают оставаться и по сей день.

Тонущие сланцевики воспользовались моментом, чтобы сделать живительный глоток воздуха — они перехеджировали всю свою продукцию на несколько лет вперёд и отодвинули тем самым момент разорения ещё как минимум на полгода. Их финансовое положение стало из критичного просто очень плохим.

Парадоксальным образом накопившиеся проблемы сланцевиков могут в итоге стать дорогой к их спасению.

1. Нефтесервисные компании, которые долго обслуживали сланцевиков практически в убыток, чтобы не дать своим клиентам обанкротиться раньше времени, почти истощили уже свои резервы.

2. Сланцевики заморозили большую часть месторождений, работа продолжается только на так называемых «свит спотс», на «сладких местах» с низкой стоимостью добычи.

3. Ни о каких вложениях в разведку и в разработку новых месторождений даже и речи не идёт, острая финансовая нужда заставляет сланцевиков жить исключительно сегодняшним днём.

4. Долговая нагрузка на нефтяные компании продолжает оставаться запредельно высокой: практически все доходы идут исключительно на погашение платежей по кредитам.

Все эти проблемы вместе взятые не могут не привести в итоге к сильному сокращению добычи, а общее плачевное состояние индустрии выльется в невозможность быстро вернуться к прежним, докризисным объёмам даже после того, как цены на нефть вернутся к нормальным значениям. Следовательно, планета практически обречена на долговременный дефицит нефти, который приведёт к долговременному росту цен.

Сланцевый газ — плюсы и минусы

Сланцевый газ – это обычный природный газ, который добывают особым способом из сланцевых пород, где минералы расположены параллельно (слоями) друг другу. Если природный газ залегает в резервуарах, то сланцевый газ заполняет огромное количество небольших пор в твердых породах. Поэтому технология его добычи такая сложная и дорогостоящая: вначале бурятся горизонтальные скважины, а потом проводится гидравлический разрыв газоносных сланцевых пород. И если, как правило, природный газ залегает под сравнительно мягкими песчаниками, то сланцевые породы — гораздо более плотные и менее пористые, поэтому бурить их намного сложнее. К тому же, уже пробуренные скважины быстро истощаются, поскольку концентрация газа в пластах невелика.

В США разработка месторождений газа этим способом началась в 2000-х годах. По данным информационного управления США в области энергетики, в 2009 году производство сланцевого газа в этой стране составляло 63 миллиарда кубических метров, а уже через год эта цифра удвоилась. К 2053 году, согласно данным управления, 47% всего природного газа в США будут добывать из сланцевых пород.

Анна Говорова

1. infox.ru

Разрыв подземных горизонтов

Сланцы в целом не рассматривались как серьезные месторождения, пока не появились надежные технологии извлечения из них углеводородов. Ключевыми являются два процесса — горизонтальное (наклонно-направленное) бурение и многостадийный гидравлический разрыв пласта, или фрекинг (freking). Считается, что первый гидроразрыв произвела американская нефтесервисная компания Halliburton в 1947 году. Кто именно стал «отцом» горизонтального бурения, точно неизвестно, но зато история сохранила имя человека, правильно сочетавшего эти технологии.

Джордж Митчелл родился в семье греческого эмигранта в 1919 году. Профессиональный нефтяник, он работал в отрасли с 17 лет и в итоге купил с братом небольшую буровую компанию, переименовал ее в Mitchell Energy & Development. С начала 80-х годов прошлого века Митчелл начал работать на формации Барнетт в Техасе. Над ним многие смеялись, и мало кто верил в успех, ведь бурить низкопроницаемые коллекторы пробовали не один раз, но безрезультатно. Однако соединение горизонтального бурения и гидроразрыва пласта произвело волшебный результат.

Суть технологии достаточно проста. Сначала бурится вертикальная скважина, потом бур меняет направление и проделывает горизонтальную (или сразу делается наклонная скважина), в которую под высоким давлением закачивается специальный водный раствор песка и химических реагентов. Жидкость разрывает пласт, проделывая в нем трещины. Фактически создается искусственный коллектор, позволяющий дренировать значительный объем глинистых пород. Чтобы трещины выходили перпендикулярно к горизонтальному участку скважины, ее бурят под углом 90 градусов к оси максимального напряжения в этом массиве горных пород. А для увеличения количества трещин жидкость в скважину закачивают в несколько стадий.

Метан в питьевой воде

Группа геохимиков из Университета Дьюка под руководством доктора Стивена Осборна (Stephen G. Osborn) исследовала качество питьевой воды в 68 частных колодцах в районе месторождения Марцеллус (штат Пенсильвания) и месторождения Ютика (штат Нью-Йорк), где как раз и добывают сланцевый газ. Ученые обнаружили в воде повышенную концентрацию метана. Формально содержание этого газа в питьевой воде никак не регламентируется законом. Хотя в больших концентрациях метан представляет опасность – он может вызвать асфиксию, а может и просто взорваться.

Осборн и его коллеги показали, что в воде 85% колодцев, которые находились в радиусе до одного километра от месторождений, содержание метана было в среднем в 17 раз выше по сравнению с колодцами, расположенными дальше одного километра от мест добычи.

«В радиусе до одного километра от мест добычи сланцевого газа концентрации метана в колодцах достигали от 19 до 64 миллиграммов на литр. А за пределами одного километра метана в воде было значительно меньше: в среднем, 1 миллиграмм на литр», — пишут ученые в статье, опубликованной в последнем номере журнала PNAS.

Правда, по словам Осборна, пока сложно сказать, как метан попал в грунтовые воды. Скорее всего, он проник туда из нижележащих слоев через трещины, которые образовались во время гидравлического разрыва сланцевых пород.

Обнаружить метан в воде — полдела. Ученым необходимо было доказать, что этот метан никак не связан с биогенными процессами. «При помощи анализа изотопов углерода и водорода мы смогли выяснить, образовался ли этот метан на большой глубине при высоких температурах и оказался в грунтовых водах во время гидроразрыва пластов или он имеет биогенное происхождение. То есть образовался в неглубоких слоях при невысоких температурах. А ведь биогенный метан никак не связан с процессом добычи сланцевого газа», — объясняет Осборн. Результаты ученых показали, что рядом с местом добычи изотопный состав метана в грунтовых водах не имеет ничего общего с биогенным. А это значит, что он действительно попал туда из-за добычи.

Реалии добычи сланцевого газа

Сложность производства. Если экономическая и энергетическая выгода сланцевого и традиционного газа совпадают, то с технологией добычи дело обстоит иначе. Всевозможные необходимые «навороты» — гидроразрывы, горизонтальное бурение и т. д., значительно усложняют производство. Но с другой стороны, такая сложность оправдана, ибо сланцевые скважины имеют высокую продуктивность.

Экологические риски. Противники РГП — основного метода добычи сланцевого газа — критикуют его за появление в скважинной воде большого количества опасных для человека веществ, включая толуол, бензол, ксилолы и др. В местах применения РГП ситуация чуть ли не катастрофическая: люди чаще болеют, у животных выпадает шерсть, а воздухом становится сложнее дышать.

При этом нужно отметить, что в настоящее время РГП активно используется для разработки новых нефтяных месторождений, где обычный способ не подходит из-за низкой рентабельности. Крупнейшая российская компания «Роснефть» производит около двух тысяч операций по РГП в год и даже транслирует некоторые из них в прямом эфире через Интернет. Но почему-то сие обстоятельство никто не замечает.

Технология добычи сланцевого газа в США

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.

Схема добычи сланцевого газа

Гидроразрыв пласта в США

• соляная кислота помогает растворять минералы;
• этиленгликоль борется с появлением отложений на стенках труб;
• изопропиловый спирт используется для увеличения вязкости жидкости;
• глютаральдегид борется с коррозией;
• лёгкие 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 чёрного.
В США появилась новая забава поджигать питьевую воду, текущую из крана.

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 подсчётам специалистов в атмосферу ушло 84 тысячи кубометров газа.

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

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

2. 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. На видео фермер получает пластик из очищенной питьевой воды при помощи нагревания.

3. Нефтяные компании выплачивают компенсации пострадавшим. Размеры компенсаций измеряются десятками тысяч долларов.

4. 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.

Ещё химикаты сбрасывают в море, и они иногда возвращаются с ураганами и торнадо.

Тонкости добычи сланцевого газа

Как добраться до сланцевого месторождения? Просто так взять и пробурить скважину в районе образования сланцевых пластов не эффективно — выход газа будет мизерным. Поэтому для достижения необходимого результата используют горизонтальное бурение, дополненное гидроразрывом пласта (ГРП).

Процесс идёт в несколько стадий. На первой стадии в самую дальнюю часть скважины под давлением закачиваются тысячи кубометров гидроразрывной жидкости с химикатами. Затем участок трубы в 200 метров блокируется специальным клапаном, и следующий разрыв делается уже ближе к выходному отверстию скважины. Получается, если её длина составляет 1500 метров, то на всём протяжении требуется произвести семь-восемь гидроразрывов.

Вместе с жидкостью в образовавшиеся пустоты поступает гранулообразный материал — пропант, состоящий из речного песка или стеклянных шариков. Он обладает фильтрующими свойствами и сохраняет проницаемость трещин, получаемых в процессе ГРП, по которым газ течёт в ствол скважины.

Данные технологии достаточно хорошо отработаны, что позволяет им успешно использоваться в коммерческом производстве.

Как геологи бурят горизонтальную скважину? Сперва они делают вертикальный ствол и на большой глубине при помощи специальных отклонителей изменяют его направление под определённым углом и азимутом. Бурение, как правило, сопровождается системой навигации. Оператор, находящийся на поверхности, следит за процессом и в любую минуту может дать сигнал, если что-то пошло не так.