Проблемы с добычью 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 ценна 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.

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