CC BY
33
© Р.Д. Магомет, Е.В. Мазаник, 2014
УДК 622.279:622.337
Р.Д. Магомет, Е.В. Мазаник
ПОДЗЕМНАЯ ДОБЫЧА НЕТРАДИЦИОННЫХ РЕСУРСОВ
Рассмотрены экономические, технические и экологические аспекты освоения и развития добычи природного газа из сланцевых пород. Проводится сравнительный анализ опыта добьми сланцевого газа в США, ЕЭС, России. Приведена характеристика технологии гидроразрыва пласта для извлечения сланцевого газа. Оценены возможные негативные последствия технологии гидроразрыва для окружающей среды. Рассмотрены перспективы развития добычи сланцевого газа в Европейских странах. Дан прогноз состояния газового рынка в условиях развития добычи сланцевого газа. Ключевые слова: добыча сланцевого газа, экологические проблемы, рынок природного газа, гидроразрыв, добыча сланцевого газа странами ЕЭС.
Лобыча нетрадиционного сланцевого газа — самый молодой бизнес в мировой газовой практике. К добыче сланцевого газа приступила Канада, пока работы идут на двух основных месторождениях - Хорн Ривер и Монти.
Подтвержденные запасы нетрадиционного газа (сланцевый, угольный метан и газ плотных песчаников), по данным Международного Энергетического Агенства со ссылкой на Седи-газ (Международная Ассоциация, занимающаяся сбором и распространением информации по природному газу), составляют 4 % от общих подтвержденных запасов газа в мире (182 трлн м3). [1]
В США 70 % запасов связаны с бассейном Барнетт в Техасе, а 80 % ресурсов приходится на два новых бассейна Хайнс-вилл и Маркеллус. В Китае сланцевые поля разделены на четыре крупные провинции с суммарными ресурсами 21-45 трлн м3. Перспективы имеются в Балтийском бассейне в Польше, в Парижском бассейне во Франции, в Саксонском бассейне в Германии и бассейне Cooper в Австралии. В России месторождения сланцевого газа не разведываются, так как это пока не представляется целесообразным при наличии огромных запасов и ресурсов традиционного газа.
Сланцевый газ, состоящий преимущественно из метана, содержится в небольших количествах в самой осадочной породе и его можно извлечь путем вскрытия больших площадей, используя технологии гидроразрыва пласта (ГРП) и постоянного
бурения большого количества длинных горизонтальных скважин с созданием трещин в скважине через определенные интервалы.
Современная технология добычи сланцевого газа подразумевает бурение одной вертикальной скважины и нескольких горизонтальных скважин длиной до 3 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.
Теоретическая база технологии гидроразрыва пласта была разработана в 1953 г. акад. С.А. Христиановичем совместно с Ю.П. Желтовым в Институте нефти АН СССР. Первые экспериментальные разработки в области газодобычи из сланца начали проводиться компанией «Митчел Энерджи&Дивелопмент» во главе с Джорджем П. Митчеллом с 1980 г. в США. Для разработки эффективной технологии горизонтального бурения с гидроразрывом пласта понадобилось около 20 лет экспериментов.^] Опыт добычи в американских сланцевых бассейнах показывает, что каждое сланцевое месторождение требует индивидуального научного подхода и имеет совершенно уникальные геологические особенности, характеристики эксплуатации, а также существенные проблемы добычи.
Качественным показателем газовой эффективности сланца является содержание керогена (углеродсодержащей органики). К наиболее термически зрелым сланцам относят месторождения «сухого газа» с керогеном, относящимся к типу III, которые имеются в Хайнсвилл Шейл. Менее термически зрелые месторождения, относящиеся к типу II, образующие влажный конденсат, будут давать газ с примесями конденсата, что характерно для Игл Форд Шейл. Менее зрелые сланцы с керогеном типа I являются нефтеносными, т.е. содержащими нефть в сланцевых депозитах, к таким месторождениям относится Бэк-кен Шейл в Северной Дакоте.
Наиболее выгодными считаются «хрупкие» сланцы с большим содержанием диоксида кремния, эти месторождения содержат естественные переломы и трещины. Одна из причин, что месторождение Барнетт Шейл является продуктивным, связана с высоким содержанием кварца в сланце — 29-38 %,
сланец в Барнетт Шейл очень хрупкий, поэтому требуется меньшая мощность гидроразрыва [1].
В процессе ведения работ и накопления опыта эксплуатации месторождений сланцевого газа в Барнетт Шейл, Файет-вилл Шейл, Маркеллус Шейл, Хайнсвилл Шейл разработчики столкнулись со следующими проблемами:
• технология гидроразрыва пласта требует крупных запасов воды вблизи месторождений, для одного гидроразрыва используется смесь воды (7500 т), песка и химикатов. В результате вблизи месторождений скапливаются значительные объемы отработанной загрязненной воды, которая не утилизируется добытчиками с соблюдением экологических норм;
• как показывает опыт разработки Барнет Шейл, сланцевые скважины имеют гораздо меньший срок эксплуатации, чем скважины обычного природного газа;
• формулы химического коктейля для гидроразрыва в компаниях, добывающих сланцевый газ, являются конфиденциальными. По отчетам экологов, добыча сланцевого газа приводит к значительному загрязнению грунтовых вод толуолом, бензолом, диметилбензолом, этилбензолом, мышьяком и др.;
• при добыче сланцевого газа имеются значительные потери метана, что приводит к усилению парникового эффекта;
• добыча сланцевого газа рентабельна только при наличии спроса и высоких цен на газ.
Химическая смесь компании «Хеллибертон» включает: соляную кислоту, формальдегид, уксусный ангидрид, пропаргило-вый и метиловые спирты, хлорид аммония. Компания «Чиспик Энерджи» использует свой состав химической смеси. В целом газодобывающими компаниями для добычи газа используется около 85 токсичных веществ, некоторые из них имеют следующее предназначение:
• соляная кислота способствует растворению минералов;
• этиленгликоль противостоит отложениям на внутренних стенках труб;
• изопропиловый спирт, гуаровая камедь и борная кислота используются в качестве загустителей и веществ, поддерживающих вязкость;
• глютаральдегид и формамид противостоят коррозии;
• нефть в лёгких фракциях используется для снижения трения;
• пероксодисульфат аммония противостоит распаду гуаро-вой камеди;
• хлорид калия препятствует химическим реакциям между жидкостью и грунтом;
• карбонат натрия или калия используется для поддержки баланса кислот [2].
Именно экологическая проблема, наряду с использованием большого количества воды для осуществления гидроразрыва, является наиболее острой при развитии сланцевой добычи в густонаселенных районах. Несмотря на то, что гидроразрывы проводятся гораздо ниже уровня грунтовых вод, токсичными веществами заражается почвенный слой, грунтовые воды и воздух. Это происходит за счет просачивания химических веществ через трещины, образовавшиеся в толще осадочных пород, в поверхностные слои почвы.
Наиболее успешные сланцевые месторождения относятся к палеозойской и мезозойской эре, имеют высокий уровень гамма-излучения, который коррелирует с термической зрелостью сланцевого месторождения. В результате гидроразрыва радиация попадает в верхний слой осадочных пород, в районах сланцевой добычи газа наблюдается повышение радиационного фона.
Накопленный опыт американских добывающих компаний подчеркивает необходимость дальнейшего усовершенствования технологии добычи сланцевого газа с целью контроля выбросов метана, загрязнения почвы и грунтовых вод, учитывая высокий уровень неопределенности в оценочных цифрах. К сожалению, на фоне картины истощения традиционных запасов газа сланцевый газ не сможет стать в ближайшее время достойной альтернативой природному газу, так как не соответствует современным экологическим требованиям к энергоресурсу. Перспективы крупной добычи сланцевого газа в настоящее время имеются только в слабозаселенных районах и в странах, которые согласны на снижение экологической безопасности.
Основные ограничения в развитии добычи сланцевого газа в Европе можно объяснить следующими факторами:
• европейские месторождения сланцевого газа находятся на ранней стадии освоения и пока еще плохо изучены сточки зрения геологии и себестоимости добычи;
• интенсивное нарушение целостности недр;
• загрязнение растворами для ГРП водоносных пластов;
• затраты на освоения месторождения в Европе могут превышать американский уровень почти в 4 раза (источник: Вуд Маккензи)
В 2011 году в Швейцарии введен мораторий на применение технологии гидроудара, а во Франции введен пятилетний мораторий на добычу газа из сланцев методом гидроудара. Министерство экологии Германии в сентябре 2012 года рекомендовало запретить проведение гидроразрывов пласта вблизи источников питьевой воды. В том же 2012 году Чехия объявила мораторий на добычу сланцевого газа, правительство Румынии объявило о намерении запретить добычу сланцевого газа, массовые протесты в 12 городах Болгарии привели к принятию парламентом бессрочного моратория на добычу нетрадиционного газа.
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 инициируются процессы по внедрению продуктов-заменителей (субститутов), на роль которых претендует сланцевый газ.
Мировой газовый рынок представляет собой целую систему региональных рынков, которые развиваются независимо: Северной Америки, Южной Америки, Европы, Азии, Австралии.
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 направляемых в Азию.
Увеличение предложения на рынке ЕС при практическом сохранении объема спроса будет приводить к снижению цены
товаров-субститутов, а рынок будет стремиться к увеличению числа поставщиков и исчезновению монополий.
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 в рамках европейской энергетической политики. Активная разведка месторождений в Польше 22 компаниями подразумевает, что к 2014 г. предполагается практически одновременный запуск скважин в эксплуатацию. Это позволит:
• поглотить газотранспортную систему Украины, запустить промышленное производство газа из сланца в Польше и Украине;
• обеспечить дополнительную газовую инфраструктуру для обеспечения хранения запасов, поступающих из новых месторождений;
• обеспечить новые газовые потоки.
Выводы
1. Наиболее выраженное влияние сланцевый газ будет иметь на региональных рынках. Привлекательным сланцевый газ делает его близкое расположение к конечному потребителю. Высокая стоимость газодобычи будет компенсирована низкой стоимостью транзита. При появлении на рынке сланцевого газа все более будет выражена зависимость цены газа от региона, поэтому наиболее высокую норму прибыли будут иметь те компании, которые имеют региональные месторождения газа и могут обеспечить экономию на транзите.
2. Влияние сланцевого газа на мировой энергетический рынок будет иметь выраженный регулирующий характер, причем степень влияния на региональных рынках будет значительно отличаться, а само влияние будет подчиняться различным законам из-за уникальных характеристик каждого из рынков. Подобные изменения приведут к некоторым геополитическим изменениям.
3. Влияние сланцевого газа на региональные рынки нужно рассматривать только в совокупности с другими товарами-субститутами, а также в рамках сбалансированной региональной газовой инфраструктуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Магомет Р.Д. Развитие добычи природного газа из сланцевых пород // Аэрология и безопасность горных предприятий: Сб. науч. тр. Издательство «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», Вып. 1., г. Казань,. 2013 г. 236242 с.
2. Магомет Р.Д. Перспективы развития нетрадиционных источников энергии // Инновационность и безопасность: Сборник трудов научно-технической конференции. Институт инновационной техники ЭМАГ. г. Катовице, Польша. 3 (505), 2013 г. 42-48 с. 533
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Магомет Р.Д. — кандидат технических наук, rmagomet@yandex.ru, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»,
Мазаник Евгений Васильевич — кандидат технических наук, ОАО «СУЭК-Кузбасс».
UNDERGROUND PRODUCTION OF UNCONVENTIONAL RESOURCES
Magomet R.D., PhD in eng.sc., National mineral resources university «Mining University», Russia,
MazanikE.V., PhD in eng.sc., SUEK-Kuzbass, Russia.
In article economic, technical and ecological aspects of development and development of production of natural gas from slate breeds are considered. The comparative analysis of experience of production of slate gas is carried out to the USA, EEC, Russia. The article provides characteristics of the technology of hydraulic fracturing for extracting shale gas. Assessing the possible negative consequences of hydraulic technology for the environment. The article considers the prospects of development of shale gas production in the European countries. We can forecast the state of the gas market in conditions of shale gas development.
Key words: production of slate gas, environmental problems, market of natural gas, hydraulic fracturing of formation, production of shale gas in countries of EEC.
REFERENCES
1. Magomet R.D. Development of natural gas production from shale formations // Aerology and safety of mining enterprises: Collection of scientific works. Publishing house «Mining» ООО «Cimmerian centre» Ed. 1., Kazan,. 2013, pp. 236-242.
2. Magomet R.D. Prospects of development of nonconventional energy sources //Innovation and safety: Collected papers of the scientific-technical conference. Institute of innovative technology EMAG. Katovice. Polend. 3 (505), 2013. pp. 42-48.
