Меню Рубрики

Установки для добычи сланцевого газа

Технология добычи сланцевого газа

Технология добычи сланцевого газа

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.

Как добывается сланцевый газ?

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

Схема технологии 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

Вид сверху на добычу сланцевого газа

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.

Видео

источник

Процесс добычи сланцевого газа

Сланцевый газ отличается от обычного, природного, большим количеством примесей: углекислого газа, аммиака и сероводорода. Название свое он получил из-за особенностей залегания в недрах земли – в пластах сланцев. Добыча сланцевого газа также имеет некоторые отличия, в основном связанные с тем, что сланец – очень плотная порода, с низкой пористостью – всего 3-4%, залегающая глубже, чем месторождения природного газа. Таким образом, чтобы добыть углеводород из сланца, приходится делать более глубокие скважины, кроме того, искать технологии «разрыхления» плотной породы.

Добывать сланцевый газ научились довольно давно – еще в 1821 году в США. Разрабатывали месторождения и в Советском Союзе, но проекты были свернуты из-за низкой рентабельности.

По прогнозам, запасы природного газа в мире составляют порядка 36 триллионов баррелей, а сланцевого, по оценке разных источников – 187-760 триллионов. Глядя на эти цифры, становится понятным желание заниматься разработками и развитием технологий добычи именно этого природного ресурса.

Геологоразведка

Как уже было сказано выше, сланец – очень плотная порода, к тому же залегающая на глубине около пяти километров. Это сильно затрудняет его поиск и именно поэтому оценки общего содержания его в земной коре настолько различны. Обычные способы геологоразведки в этом случае дают мало информации. Самый информативный и распространенный – пробное бурение.

По тем или иным признакам геологи предполагают, что в недрах земли возможно залегание сланца, содержащего нужный углеводород. Производится пробное бурение, в ходе которого достают пробы грунта, так называемые керны. После анализа специалисты делают выводы о том, стоит ли продолжать разработку. Если сланцы содержат нужные вещества, производят пробный гидроразрыв и забирают пробу газа. По его анализу делают вывод о том, стоит ли начинать разработку месторождения.

Такой метод геологоразведки довольно дорог, но он полностью окупается после начала разработки, особенно, если кроме газа сланец содержит нефть. Добыча сразу двух полезных ископаемых существенно увеличивает рентабельность работ.

Читайте также:  Установка камер видеонаблюдения одинцово

Все прогнозы в данной ситуации носят только опытный характер, точных данных, к сожалению, получить нельзя. Для дальнейшей работы применяют метод сейсмического моделирования. С его помощью не только создают в компьютерной программе геологическую модель пласта, но и прогнозируют сейсмическую активность, так как гидроразрывы, по сути – искусственно вызванные землетрясения в миниатюре.

Одним из главных аргументов против добычи углеводородов в сланцевых породах как раз является риск вызова землетрясений после серий гидроразрывов необходимых для создания трещин в сланце.

Бурение скважины

Бурение скважины в сланце имеет несколько характерных особенностей:

  • Бур двигается как вертикально, так и горизонтально, следуя конфигурации пласта.
  • Срок эксплуатации скважины – 5-10 лет (обычной 30-50 лет).
  • Большое количество скважин на одном месторождении (до десятков тысяч).

Сначала бурят обычную, вертикальную скважину. Как только бур доходит до нужного слоя сланцевой породы, он разворачивается и продолжает прокладывать путь горизонтально или под наклоном, следуя направлению пласта.

Рекордная длина горизонтального участка скважины – 12 километров, пробурена на Сахалине.

В скважину опускают стальные трубы разного диаметра. Для изоляции от грунтовых вод и пористых почв, пространство между трубой и грунтом заполняется цементом.

Гидроразрыв

Чтобы добыть газ из сланца, надо увеличить проницаемость породы. Для этого требуется нарушить ее целостность. На сегодняшний день этого добиваются множественными разрывами породы с помощью специальной смеси на основе воды. Процесс получил название гидроразрыва или фрекинга.

По проложенным трубам в скважину закачивается смесь, состоящая из воды, химических реагентов и маленьких гранул, размером 0,5-1,5 мм. Количество химических реагентов достигает сотни. Гранулы нужны для того, чтобы не дать после разрыва породе «схлопнуться», для этой цели часто применяют песок, керамику, сталь или пластик.

Смесь в определенных местах скважины вступает в химическую реакцию и происходит гидроразрыв. В породе образуется множество трещин, к которые взрывом заносит гранулы.

Воду откачивают, очищают и используют повторно, а в породе остается множество трещин, из которых выкачивают сланцевый газ.

Транспортировка

Из-за повышенного содержания примесей сланцевый газ во много раз взрывоопаснее, чем природный. Перекачивать его по обычным газопроводам невозможно. Для того, чтобы перевозить его на большие расстояния применяют несколько способов:

  • Строят завод по очистке до состояния природного и дальнейшей транспортировке по газопроводам. Из-за низкой рентабельности такой метод практически не применяется.
  • Закачивают в баллоны и перевозят.
  • Применяют специальные технологии для создания сжиженного газа и перевозят с помощью судов-газовозов.

Экология

Сланцевый газ могли бы добывать в большинстве стран, так как запасы его довольно велики и распространены. Однако последствия для экологии могут оказаться губительными. Из-за протестов экологов и населения разработка запрещена практически во всех европейских государствах.

  • Закачиваемые в скважины химические реагенты в большинстве своем токсичны. При взрыве они попадают в глубокозалегающие грунтовые воды, которые разносят отраву на большие расстояния. Это подвергает риску гибели не только животных и растения, но и людей.
  • Большое количество взрывов на глубине приводят к ухудшению сейсмологической обстановки и могут вызывать землетрясения даже там, где обычно их не бывает.

Экономика

Сланцевый газ оказал огромное влияние на экономическую ситуацию на рынке углеводородов. США, которые на протяжении долгих лет импортировали этот ресурс, благодаря разработке технологий добычи, в 2009 году стали экспортерами, постоянно наращивающими свое влияние на международном рынке.

Как уже было сказано ранее, этот углеводород на дальние расстояния можно перевозить только в сжиженном виде. Независимо от происхождения – сланцевого или природного (угольного), сжиженный газ на рынке называется одинаково – СПГ.

Некоторое время на мировом рынке СПГ Россия сильно отставала, но в 2019 году на полную мощность заработал проект «Ямал СПГ», который смог выдавать даже большие объемы, чем было заложено в проекте. В результате, по данным портала Neftegaz.ru экспорт СПГ из России за 1-3 кварталы 2019 года вырос на 59,9%, а доходы от него на 50,3%. Таким образом, Россия по объему добычи делит лидирующее место с США.

В сентябре 2019 года в Китае найдено крупнейшее месторождение сланцевого газа – 741 миллиард кубометров (точные цифры в источниках сильно разнятся, но общепринятое мнение – китайские запасы величайшие в мире).

источник

Что такое сланцевый газ, где и как его добывают? Сланцевый газ и природный газ: отличие

Сланцевым газом называют природный газ, который добывается из горючих сланцев. В его составе преобладает такой углеводород, как метан. Лидером в области добычи этого газа была и остается Америка. Сегодня мы с вами подробнее узнаем, что такое сланцевый газ, а также познакомимся с историей, технологией и перспективами его добычи.

Терминология

Многие задаются вопросом: «В чем отличие сланцевого газа и природного газа?» На самом деле этот вопрос некорректен. Дело в том, что сланцевый газ тоже является природным, так как добывается из недр земли. Поэтому правильнее сказать, что голубое топливо бывает традиционным и сланцевым. Разница между двумя видами состоит в способе их добычи и составе. Традиционный газ добывают в основном из газовых залежей или же особых участков нефтяных месторождений, которые называют газовыми шапками. Он может состоять из разных газов (метана, этана, пропана или бутана) в различных пропорциях. Преобладающим углеводородом, как правило, выступает метан. А что такое сланцевый газ? Этот вид горючего добывают из газоносных осадочных пород, представленных главным образом сланцами. Доля метана (CH4) в нем гораздо выше, чем в традиционном голубом топливе. Вот и вся разница.

История

Первая коммерческая скважина по добыче газа из сланцевых пластов была пробурена в 1821 году во Фредонии (США) Уильямом Хартом. Масштабная добыча сланцевого природного газа (СПГ) в Америке была инициирована Томом Уордом и Джорджем Митчеллом. В 2002 году в Техасе компания Devon Energy впервые использовала наклонно-направленное бурение в комбинации с многостадийным подрывом пласта. Объемы извлечения сланцевого газа в США стали резко расти. СМИ стали называть этот процесс «газовой революцией». В результате в 2009 году Америка стала мировым лидером по добыче газа (745,3 млрд м 3 ). При этом на нетрадиционные источники (сланцевые и угольные пласты) приходилось 40 % добычи. Вскоре весь миру узнал о том, что такое сланцевый газ.

Читайте также:  Установка twrp meizu pro 5

В 2010 году крупнейшие топливные компании с разных уголков планеты вложили в общей сложности 21 миллиард долларов в активы, связанные с добыванием газа из сланцев. Когда процесс начал набирать крупных оборотов, цена сланцевого газа в Америке стала стремительно падать. К началу 2012-го она была ниже, чем себестоимость добычи СПГ. В результате крупнейшая компания в этой сфере – Chesapeake Energy сократила производство на 8 %, а объем капитальных вложений – на 70 %.

В конце 2012 года газ в Америке стал стоить даже дешевле, чем в России. Лидеры отрасли стали массово сокращать добычу из-за финансовых трудностей. А компания Chesapeake Energy и вовсе оказалась на грани банкротства.

Как добывают сланцевый газ?

Затраты на поиск месторождений СПГ в значительной степени превышают затраты на проведение аналогичных работ с традиционным «голубым топливом». Из-за большой глубины залегания многие привычные методы исследования здесь оказываются неэффективными.

В целом разведка сланцевого природного газа происходит в три этапа:

  1. Бурение скважины, в которой производится гидроразрыв.
  2. Выкачивание пробной партии газа и ее анализ, направленный на поиск подходящей технологии добычи.
  3. Опытным путем определяется продуктивность той или иной скважины.

Так как СПГ залегает в породе, обладающей низкой пористостью, его извлечение традиционными способами не представляется возможным.

Добыча сланцевого газа производится с использованием сразу трех технологий: это наклонно-горизонтальное бурение, многостадийный подрыв пласта и сейсмическое моделирование. Иногда второй метод заменяют более дорогим безводным пропановым фрекингом. Так как концентрация сланцевого газа невелика (0,2-0,3 млрд м 3 /км 2 ), для добычи значительных объемов необходимо покрыть скважинами большие площади земли.

Гидроразрыв производится следующим образом. К залежам газа прокладываются трубы. По ним в недра земли закачивается вода, реагенты (загустители, кислоты, ингибиторы коррозии, биоциды и многое другое), а также специальные гранулы (керамика, сталь, песок или пластик) диаметром до 1,5 миллиметров. В результате химической реакции, возникающей при смешивании всех реагентов, получается тот самый гидроразрыв. Из-за него в породе возникает огромное количество трещин, которые перекрываются гранулами и уже не могут сойтись. Осталось лишь выкачать воду (она фильтруется и применяется повторно) и газ, метан в котором является преобладающим углеводородом.

Перспективы

Запасы сланцевого газа оцениваются примерно в 200 трлн м 3 . Однако лишь малую часть из этих ресурсов можно извлечь. На сегодняшний день СПГ является региональным фактором и оказывает влияние только на североамериканский рынок.

Среди факторов, положительно влияющих на перспективу добычи газа из сланцев, можно отметить:

  1. Близость месторождений к возможным рынкам сбыта.
  2. Внушительные запасы.
  3. Заинтересованность ряда государств в снижении импорта топливно-энергетических ресурсов.

Вместе с тем у этого топлива есть и ряд недостатков:

  1. Высокая по сравнению с традиционным газом себестоимость.
  2. Непригодность к транспортировке на дальние дистанции.
  3. Стремительная истощаемость месторождений.
  4. Незначительная доля доказанных запасов в общем количестве.
  5. Серьезные экологические риски от добычи.

Согласно оценке компании IHS CERA, в 2018 году добыча сланцевого газа может составить примерно 180 млрд м 3 .

Рассмотрим положение вещей в разных странах земного шара.

Америка

В 2007 году запасы природного сланцевого газа в США были оценены в 24 трлн м 3 , из которых технически извлекаемыми признали 3,6 трлн м 3 . В 2014 году, с учетом открытия новых месторождений, извлекаемые запасы оценивались в 4 трлн м 3 , а разведанные недоказанные – в 23 трлн. Ведущей Американской корпорацией по добыче этого полезного ископаемого стала фирма Chesapeake Energy. В 2009 году производство СПГ в США составило 14% от всего горючего газа, что привело к перераспределению мирового газового рынка и образованию избыточного предложения. К 2012 году в Америке было добыто 290 млрд м 3 сланцевого газа, что составило уже 40 % от общей выработки.

В результате пара новых терминалов для импорта сжиженных газов, построенная в Америке в дополнение к 10 работающим, создала избыток «голубого топлива». В 2010 году некоторые терминалы даже пробовали наладить экспорт горючего. В частности, фирма Freeport LNG Development подписала контракт с Южной Кореей и Японией о поставке 2,2 млн м 3 СПГ в год.

По предположению Международного энергетического агентства, добыча сланцевого газа в Америке к 2030 году будет составлять порядка 150 млрд м 3 в год. Тривиальный расчет, произведенный в 2014 году, показывает, что доказанных извлекаемых запасов СПГ в США при добыче на таком же уровне, как в 2014 году (330 млрд кубометров), хватит на 12 лет. Недоказанных же запасов должно хватить на 70 лет. Крупнейшие американские месторождения сланцевого газа: Barnett, Haynesville, Marcellus, Eagle Ford, и Fayetteville.

Европа

В ряде государств Европы также обнаружены крупные месторождения сланцевого газа. Речь идет о Польше, Австрии, Англии, Германии, Венгрии, Швеции и Украине.

В начале 2010 года появилась информация об открытии значительных запасов СПГ в Польше. В мае того же года планировалось начать освоение месторождений. В 2011 году издание Stratfor (США) ответило, что полякам потребуется вложить десятки миллиардов долларов, чтобы создать инфраструктуру, необходимую для нормальной деятельности по добычи вывяленных запасов. Издание отметило, что на эту работу у Польши могут уйти года или даже десятилетия. В конце 2011-го компания ExxonMobil пробурила на территории Польши пару экспериментальных скважин, однако уже в следующем году проект был закрыт из-за нерентабельности.

Читайте также:  Установки для шаблонирования труб

В остальных же европейских государствах вопрос по выработке сланцевого газа находится еще на стадии разведки. Согласно прогнозу Международной энергетической ассоциации, к 2030 году добыча СПГ в Европе может достичь 15 млрд кубометров за год.

Россия

В марте 2010 года Комитетом по энергетике был проведен круглый стол, на котором поднималась тема перспективы освоения ресурсов СПГ. Участники мероприятия предложили Правительству организовать работы по: оценке газосланцевого потенциала РФ, изучению передовых технологий по добычи нетрадиционного газа, а также оценке проблем, которые могут возникнуть в связи с развитием сланцевой промышленности в США и вероятной ее организацией в ряде других государств.

Руководство Газпрома заявило, что в ближайшие десятилетия разработка сланцевых месторождений на территории РФ не планируется. Это заявление подкреплялось тем фактом, что традиционные резервы компании эффективнее в 10 раз, нежели разработка нетрадиционных месторождений. В этой связи в 2012 году Александр Медведев – заместитель председателя правления компании, отметил, что к вопросу добычи СПГ Газпром если и вернется, то лет через 50-70.

Многие председатели Газпрома и высокопоставленные чиновники не единожды заявляли что «сланцевая революция» является пиар-компанией, призванной подорвать авторитет России на международном топливном рынке. Сергей Шматко, министр энергетики РФ, в 2010 году заявил, что вокруг данного вопроса образовался «ненужный ажиотаж». По его мнению, развитие производства сланцевого газа в Америке не сможет повлиять на мировой энергобаланс.

Первым высокопоставленным лицом, высказавшим в 2010 году обратную позицию, стал Юрий Трутнев – министр природных ресурсов и экологии. Он заявил, что рост выработки СПГ может стать проблемой для Газпрома и РФ. В августе 2012-го заместитель министра экономического развития Андрей Клепач отметил, что ранее масштабы «сланцевой революции» в РФ были недооценены, и пришло время отнестись к ней со всей серьезностью. В октябре того же года с подобным заявлением выступил и Владимир Путин. В этой связи он поручил Министерству энергетики скорректировать план по развитию отрасли до 2030 года.

Ряд экспертов утверждает, что ожидающиеся в ближайшие несколько лет поставки сланцевого газа из Америки в Евразию не станут угрозой для экспорта российского газа, так как последний более конкурентоспособен ввиду куда более низких расходов на добычу и транспортировку. Тем не менее в 2012 году Олег Дерипаска, крупный российский бизнесмен, полагал, что у РФ осталось 3-4 «сытых года», после чего сланцевый газ и нефть смогут быть конкурентными в реалиях ВТО.

Академик РАН Анатолий Дмитриевской считает, что в РФ выработка СПГ целесообразна только для местных нужд, на территории, которая находится в значительном удалении от действующих газотранспортных магистралей. Там разведка и организация добычи нетрадиционного голубого топлива могут оказаться более целесообразными, нежели прокладывание газопровода.

Украина

В 2010 году в Украине лицензию на разведку сланцевых месторождений получили компании Shell и Exxon Mobil. В мае 2012 года были выявлены победители тендера на разработку Юзовской (восточная Украина) и Олесской (Западная Украина) газовых площадей. Первый участок достался компании Shell, а второй – Chevron. Предполагалось, что активная добыча на этих территориях начнется в 2018-2019 годах. 24 января 2013 года фирма Shell подписала с фирмой «Надра Юзовская» соглашение о разделе сланцевого газа, добытого на территории Харьковской, Донецкой и Луганской областей. При подписании присутствовал и президент Украины Виктор Янукович. Осенью 2015 года компания пробурила первую скважину в Харьковской области.

Практически сразу после подписания договора в указанных областях начались пикеты и акции, участники которых были против разработки сланцевого газа, а также против предоставления этой возможности зарубежным фирмам. В. Волошин, ректор Приазовского университета, заявил, что добыча СПГ может производиться без ущерба для окружающей среды, но необходимо провести дополнительные работы по поиску наиболее подходящей технологии добычи.

В 2014 году, когда на Юго-Востоке Украины начался вооруженный конфликт, фирма Chevron в одностороннем порядке расторгла заключенные ранее договоры, сетуя на неисполнение украинским правительством обязательств по подготовке нормативной базы. Компании Shell временно приостановила свою деятельность по разработке сланцевого газа на Донбассе из-за сложившихся событий, однако от контракта пока что не отказалась.

Другие страны

Мировые залежи сланца довольно велики. Они сосредоточены главным образом в таких странах, как Австралия, Индия, Китай и Канада. Из перечисленных государств, только Китай вплотную занялся разработкой сланцевых месторождений. Компании страны начали работать в этом направлении в 2012 году и поставили себе цель выйти к 2020 году на уровень 30 млрд м 3 газа в год. Таким образом страна смогла бы покрыть лишь 1 % от своих энергетических потребностей.

Запрет на добычу

Во Франции и Болгарии разработка сланцевых месторождений запрещена в связи с вероятностью нанесения ущерба окружающей среде. На этом же пути стоят Германия и некоторые штаты США.

Заключение

Сегодня мы с вами узнали, что такое сланцевый газ, а также познакомились с технологией его добычи и странами-фигурантами в этой отрасли. Напоследок стоит отметить, что СПГ является вполне перспективной альтернативой традиционному газу, однако на данный момент его выработка связана с рядом трудностей, которые не позволяют многим странам наладить процесс так, чтобы получаемый продукт был конкурентоспособным. Также мы с вами убедились, что вопрос об отличиях сланцевого газа и природного газа крайне некорректен.

источник