pronedra.ru: О сланцевом газе

23 декабря 2011
Сланцевый газ, мифы и перспективы мировой добычи

Первая коммерческая добыча газа из сланцевого месторождения была осуществлена в 1821 году Вильямом Хартом на месторождении Fredonia (New York). В то же время промышленная добыча сланцевого газа в США связана с Томом Л.Уордом и Джорджем П. Митчелом и начата вначале 2000-х годов.

Высокая себестоимость добытого газа из сланца первоначально была связана с тем, что для поиска бурились многочисленные вертикальные скважины, проводился гидроразрыв пласта и откачивался газ. Сочетание вертикального и горизонтального бурения начали использовать только с 1992 года. Первым экспериментально-промышленным газосланцевым месторождением стало Barnett Shale, находящееся в США в штате Техас, в 2002 году началось промышленное горизонтальное бурение компаниями Devon Energy и Chesapeake Energy. Применение горизонтального бурения значительно сократило себестоимость добытого газа.

Современная технология добычи сланцевого газа подразумевает бурение одной вертикальной скважины и нескольких горизонтальных скважин длиной до 2-3-х 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, которая предполагает сочетание геологических исследований и картирования с компьютерной обработкой данных, включая визуализацию. При бурении горизонтальной скважины важно соблюдать правила бурения, к чему относится, например, выбор правильного угла бурения, соответствующего углу наклона сланцевого пласта. Скважина должна пролегать сугубо в толще сланцевого пласта на достаточном расстоянии от его границ, в противном случае метан мигрирует через трещины и другие отверстия в верхний слой осадочных пород.

Первые экспериментальные разработки в области газодобычи из сланца начали проводиться компанией Mitchell Energy&Development во главе с Джорджем П. Митчеллом с 1980 года в США. Эта компания в 2001 году была куплена Devon Energy за 3,5 млрд. долларов. Полигоном для испытаний технологии горизонтального бурения Джоржем Митчелом стало месторождение Barnett Shale. В этом направлении с 1989 г. работал также Том Л. Уорд и его компания Chesapeake Energy. Для разработки эффективной технологии горизонтального бурения с гидроразрывом пласта понадобилось около 20 лет экспериментов. В настоящий момент Chesapeake Energy разрабатывает месторождения в Barnett Shale, Fayetteville Shale, Marcellus Shale, Haynesville Shale.

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. В США существует добровольная организация, называемая Комитет разработок газовых месторождений (Potential Gas Committee), которая состоит из специалистов в области сланцевой добычи. В 2009 году этой организацией был выпушен комплексный отчет об объемах газовых ресурсов в сланцевых залежах США, которые составили 51,9 трилл. куб. м. Министерство энергетики США в своем отчете предполагает в ближайшие годы повышение добычи сланцевого газа до 113 млрд. куб.м. При этом Межштатная ассоциация поставщиков природного газа США (INGAA) отмечает, что прогнозируемые объемы газодобычи могут быть достигнуты только при условии получения разрешений на бурение в перспективных районах, прозрачного процесса получения лицензий, а также высоких цен и наличия спроса на добытый газ.

Качественным показателем газовой эффективности сланца является содержание керогена, то есть углеродсодержащей органики. К наиболее термически зрелым сланцам относят месторождения «сухого газа» с керогеном, относящимся к типу III, которые имеются в Haynesville Shale, менее термически зрелые месторождения, относящиеся к типу II, образующими влажный конденсат, будут давать газ с примесями конденсата, что характерно для Eagle Ford Shale. Менее зрелые сланцы с керогеном типа I являются нефтеносными, то есть содержащими нефть в сланцевых депозитах, к таким месторождениям относится Bakken Shale в Северной Дакоте. При оценке месторождений нужно понимать, что объем доступного газа в сланцевом слое прямо пропорционален толщине сланца. Очевидно, что наиболее выгодными являются толстые и термически-зрелые сланцы. Как правило, они относятся к палеозойской и мезозойской эрам, в частности, к пермскому, девонскому, ордовикскому и силурийскому периодам.

Существует целый набор геохимических параметров, которые обуславливают условия добычи сланцевого газа, а, соответственно, определяют себестоимость и стоимость результирующего продукта. Прежде всего, существенно влияет на себестоимость добычи содержание глины в жестких песках, которая поглощает энергию гидроразрыва, что требует увеличения объема используемых химикатов. Каждое месторождение имеет уникальный объем диоксида серы, поэтому, чем ниже этот показатель, тем выше цена реализации газа.

Наиболее выгодными считаются «хрупкие» сланцы с большим содержанием диоксида кремния, эти месторождения содержат естественные трещины. Одна из причин, что месторождение Barnett Shale является продуктивным, связана с высоким содержанием кварца в сланце — 29-38%, порода сланца в Barnett Shale очень хрупкая, поэтому требуется меньшая мощность гидроразрыва.

Наиболее сложным для бурения в США считается месторождение Haynesville Shale, оно отличается высоким давлением в породах, а также его значительными скачками. При глубине бурения 3200-4100 м давление составляет 675 атмосфер при температуре более 150C. Такие условия бурения бросают вызов лучшим инженерам. Горизонтальные скважины имеют длину до 1500 м, добыча газа требует более мощных гидроразрывов.

Технология добычи сланцевого газа, как любая промышленная технология, подразумевает позитивные и негативные стороны. К позитивным моментам можно отнести:

существовало мнение, что разработку сланцевых месторождений с использованием глубинного гидроразрыва пласта в горизонтальных скважинах можно проводить в густозаселенных районах, единственной проблемой будет использование тяжелого транспорта;
значительные сланцевые месторождения газа находятся в непосредственной близости от конечных потребителей;
существовало мнение, что добыча сланцевого газа происходит без потери парниковых газов.
Однако после 10 лет эксплуатации скважин в Barnett Shale, Fayetteville Shale,Marcellus Shale, Haynesville Shale можно выделить следующие проблемы:

технология гидроразрыва пласта требует крупных запасов воды вблизи месторождений, для одного гидроразрыва используется смесь воды (7500 тонн), 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 Barnett Shale, 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. Некоторые компании используют соляно-кислотный раствор, загущенный с помощью полимера, для одной операции гидроразрыва используется 80-300 тонн химикатов;
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 Halliburton составляет около 1,53% от общего раствора и включает: соляную кислоту, формальдегид, уксусный ангидрид, пропаргиловый и метиловые спирты, хлорид аммония. Компания Chesapeake Energy использует свой состав химической смеси, но её объем в гидрорастворе гораздо меньше — 0,5%. 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 противостоит коррозии;
нефть в лёгких фракциях используется для снижения трения;
пероксодисульфат аммония противостоит распаду гуаровой камеди;
хлорид калия препятствует химическим реакциям между жидкостью и грунтом;
карбонат натрия или калия — для поддержки баланса кислот.

В настоящий момент наносимый вред экологии региона сланцевого бассейна в Пенсильвании носит характер экологической катастрофы. Именно экологическая проблема наряду с использованием большого количества воды для осуществления гидроразрыва является наиболее острой для развития сланцевой добычи в густонаселенных районах. Несмотря на то, что гидроразрывы проводятся гораздо ниже уровня грунтовых вод, токсичными веществами заражен почвенный слой, грунтовые воды и воздух. Это происходит за счет просачивания химических веществ через трещины, образовавшиеся в толще осадочных пород, в поверхностные слои почвы. В некоторых районах Пенсильвании в колодцах можно поджечь воду. В результате действий экологов согласно Закону о чистой воде США от 2005 года вышло предписание для всех газодобывающих компаний из сланцевых месторождений раскрыть формулу химических коктейлей, а также снизить химическую нагрузку на экологию региона.

Также отметим, что 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.

Основными поставщиками газа в Северной Америке следующие месторождения.

Barnett Shale (Техас). Первое месторождение сланцевого газа в США, которое использовалось как полигон для испытаний технологии. Геологическое картирование региона произведено еще в начале 20 века. Толщина сланцевого слоя богатого керогеном типа III (40% -60%) Barnett Shale составляет 90-150 м, глубина расположения сланцевого слоя — 1800-2700 м. Barnett Shale является геологическим образованием, расположенным в изгибе Arch-Fort Worth бассейна в осадочных породах реки Миссисипи, возраст месторождения 354-323 млн. лет, так как оно относится к пермскому и девонскому периодам. Прогнозируемые объемы месторождения по версиям различных экспертов весьма противоречивые и достигают 850 млрд. куб. м. Текущая добыча составляет 57 млрд. куб. м в год. Общая площадь бассейна около 13 тыс. м2. В Barnett Shale была найдена также нефть, но в гораздо меньших объемах, чем требует коммерческая разработка. Разработка месторождения усложнена из-за близкого расположения мегаполиса Dallas-Fort Worth Metroplex, в настоящее время запрещено бурение в районе природных парков. Основные операторы Barnett Shale — EOG Resources, Gulftex Operating, Inc, and Devon Energy, подчеркивают, что месторождение имеет сложную геологическую структуру, которая значительно усложняет бурение. В хорошо разведанном районе имеются хорошие скважины с достаточным объемом «сухого» газа без примесей конденсата. К опасным местам разработки относят тектонические разломы и районы карстового рельефа из-за многочисленных естественных известняковых пещер.

Woodford Shale (Оклахома). Технически месторождение содержит кероген типа II с высокой термической зрелостью месторождения, относится к палеозойской эре. Woodford Shale является более сложным для бурения районом. Однако Woodford Shale имеет богатые керогеном сланцевые залежи (60%-80%) с толщиной слоя сланца 15-91 м. Вертикальные скважины в настоящий момент достигли глубины 3300 м с боковыми скважинами до 3657 м. Применятся основная методика бурения с мультиотводами.

Haynesville Shale (Северная и Восточная Луизиана, Техас). Месторождение относится к юрскому периоду (151 до 157 млн. лет), для сланцевого слоя характерно высокое давление и высокая температура сланцев, толщина сланцевого слоя колеблется 61-73 м, содержание керогена до 40%, используются глубокие вертикальные скважины 3200-4140 м. Общая площадь месторождения составляет 9 тыс. кв.м. Успех месторождения связан с необычным строением сланцевого пласта с высокой степенью проницаемости, что обусловило скопление газа в резервуарах с низким давлением, также для сланцевого слоя характерно наличие вертикальных трещин. Бурение дает разные результаты.

Fayetteville Shale (Арканзас). Относится к древнему бассейну Миссисипи, содержание керогена в сланце составляет 20%-60%, толщина сланцевого слоя 60-75 м. Глубина залегания сланца предполагает бурение скважин от 3000 м и до 4000 м глубиной. Геологическое образование находится глубже в районах ближе к Мексиканскому заливу. Ресурс этого месторождения гораздо ниже, чем других мест.

Marcellus Shale (штат Пенсильвания, Западная Виржиния, Нью-Йорк и Мэриленд). Данное сланцевое месторождение оценивается как наиболее перспективное после Barnett Shale. Это связано также с тем, что на северо-востоке США более высокая цена на газ. Месторождение относится к палеозойской эре (240-400 млн. лет). Первое геологическое картирование проведено в 1836 году. Глубины месторождения составляют 1200-2600 м, толщина сланцевого слоя 7-275 м. Для месторождения характерны тектонические разломы и нормальное давление в сланцевом слое с содержанием керогена до 40%-60%. В данном районе более экономичные вертикальные скважины за счет малых глубин. Marcellus Shale имеет богатые урановые месторождения. К характеристикам Marcellus Shale можно отнести отсутствие дорожной инфраструктуры и удаленное расположение от густо заселенной местности.

Eagle Ford Shale (Южный Техас). Относится к меловому периоду (145 млн. лет). В данном районе добывается нефть и газ. В данный момент нефть добывается из 4-х нефтяных скважин, которые дают 170-250 баррелей нефти в день, дополнительно компанией Petro Hawk добывается газа около 2830 куб. м в день, мощность нефтяных скважин составляет 200-400 баррелей в день. Глубина сланцевого слоя в этом районе — 3000-3350 м, толщина — 60-76 м, сланец содержит до 70% керогена. По данным Euro Gas этот сланцевый бассейн считается лучшим в США и аналогом сланцевого бассейна силурийского периода в Польше и Западной Украине (возраст 443 млн. лет).

Bakken Shale (Северная Дакота). Относится к девонскому периоду (416 млн. лет), для этого района характерны нефтесодержащие сланцы с разным давлением. Толщина сланцевого слоя составляет 30-90 м. Содержание керогена достигает 30%. Этот район используется для нефтедобычи. Глубина вертикальных скважин составляет 2400-3000 м.

Также нужно привести данные о содержании органического углерода в толще сланцевых месторождений США, показатель ТОС:

В 2011 году многие газосланцевые компании и члены правительства США признали, что заявленные резервы месторождений сланцевого газа завышены и не так оптимистичны. В связи с этим директор Energy Information Administration (EIA) Г. Ньюэлл, который лоббировал вопросы газосланцевой промышленности, заявил о своем намерении уйти в отставку.

Отметим, что при гидроразрыве в сланцевом пласте образуются вертикальные трещины, которые, по мнению геологов, могут со временем «зарубцовываться» под весом осадочных пород. Однако частота гидроразрывов приводит к повышению проницаемости сланцевого слоя и жестких песков, что может быть причиной утечки метана в верхние слои почвы и попаданию его в воздух. Это подтверждают экологические данные из Пенсильвании, где в некоторых местах грунтовые воды можно поджигать.

Эффективность сланцевых скважин была оценена Артуром Бергманом, промышленным консультантом Labyrinth Consulting Services, а также аналитиком Беном Деллом, Bernstein Research, имеющим опыт работы на WallStreet E&P, отчет доступен в их блоге. Анализу подверглись 136 скважин Haynesville Shale. Большинство компаний отмечают снижение добычи из скважин, причем увеличение количества гидроразрывов не дает нужного результата. За счет увеличения количества скважин, конечно, производство возросло, но на каждой отдельной скважине наблюдается уверенный спад до уровня стабилизации, причем данные скважин ядра месторождений лучше, чем в дополнительных ареалах. По сравнению с Barnett Shale скважины Haynesville быстрее достигают уровня стабилизации добычи, однако это может свидетельствовать о том, что эти скважины будут иметь меньший срок службы. Для сравнения можно привести срок службы скважины обычного природного газа, составляющей 10-40 лет.

Кроме того, аналитики отметили, что рост добычи сократил в США рыночную стоимость газа, которая не должна быть меньше 180-240 долларов за тыс. куб. м, в настоящее время цена природного газа в США составляет 140 долларов за тыс. куб. м. В таких условиях продолжать бурение нерационально. По данным Baker Hughes, с 2009 по 2011 год количество скважин сократилось на 1,7%, против увеличения количества вышек в 2009 году на 28%. Многие компании в настоящий момент бурят и добывают газ себе в убыток, чтобы сохранить лицензии на добычу в надежде на повышение цен. Однако, если газовая инфраструктура США, включая заводы по производству сжиженного газа, LNG-терминалы, трубопроводы, не будет введена в эксплуатацию в ближайшие годы с целью увеличения экспорта, большинство газосланцевых компаний разорится. Крупные компании, включая Chesapeake Energy, в победном для США 2009 году получили миллиардные убытки из-за мощной капитализации в надежде на будущий газовый бум, большинство газосланцевых компаний в данный момент не может рассчитаться с кредитами.

Кроме того, газовый бум в США стал причиной активизации рыночного механизма. Вместе с увеличением спроса на газ увеличилась стоимость газодобывающего оборудования. Также экспоненциально росло количество добытчиков, которые регистрировали фирму-однодневку, покупали бросовый участок, получали лицензию и бурили. Как правило, каждая скважина дает 100% результат, при отсутствии научного подхода результат длиться не долго, то есть не более года. В результате увеличения газового предложения были обрушены цены на газ в противовес высоким европейским ценам. Таким образом, после покорения газового олимпа, для США ничего не остается, как строить газовую инфраструктуру, которая обеспечит экспорт американского газа. На сегодняшний день вопрос состоит в том, успеют ли запустить в эксплуатацию газовую инфраструктуру США до банкротства газосланцевых предприятий.

Нетрадиционные запасы газа России составляют 83,7 млрд. куб. м, источник «Газпром»

Условия добычи сланцевого газа в каждой стране уникальны, они весьма ограничиваются менталитетом населения, экологическим законодательством и активностью экологических организаций. Приведем некоторые факты.

Крупное месторождение сланцевого газа имеется в Канаде. Прежде всего, сланцевые разработки проводятся на территории Британской Колумбии, а также к северу от Форта Нельсон. Ведется разведка в Альберте, Саскачеване, Онтарио, Квебеке, Новой Шотландии. Большинство газовых операторов имеют опыт добычи нефтяных песков в провинции Альберта. Основным перспективным месторождением в Канаде является ордовикского периода — Utica Shale (488-443 млн. лет) в Квебеке. Толщина слоя сланца колеблется в пределах 45-213 м, ТОС — 3,5% до 5%, месторождение относится к девонскому периоду. Прогнозируемые запасы оценивались в 113 млрд. куб. м газа, успешные испытания проводились на нескольких экспериментальных скважинах. После скандальных публикаций экологов в Квебеке наложен мораторий на добычу сланцевого газа. В настоящий момент в Канаде ведутся активные работы на месторождении Muskwa Shale, относящимся к девонскому периоду (416-360 млн. лет), его прогнозируемые запасы — 179 млрд. куб. м газа.

Ориентируясь на опыт США, сланцевая программа в Китае лоббируется на государственном уровне. Китай предполагает добывать из сланца 30 млрд. куб. м в год и достичь к 2020 году 5% уровня от общей добычи. Газовые технологии заимствуются у США по договоренности с Бараком Обамой. Добыча сланцевого газа в Китае не сдерживается экологическими нормами.

В настоящий момент распределение цены на газ имеет следующий вид:средняя биржевая цена в ЕС на природный газ составляет $320 за тыс. куб. м, биржевая цена на газ в США — $147 за тыс. куб. м, цена российского трубного газа в ЕС составляет $360-403 за тыс. куб. м, цена за LNG-газ в Азии — $540 за тыс. куб. м, спотовые цены на рынке ЕС составляли $260-290 за тыс. куб. м. Мировой газовый рынок представляет собой целую систему региональных рынков, которые развиваются независимо: Северной Америки, Южной Америки, Европы, Азии, Австралии.

В ближайшие годы наращивать поставки в европейской части будет Катар, который лишился рынка США в связи с увеличением добычи из сланца. Объем газового экспорта Катара в Европу в первом полугодии 2011 года вырос на 35%. Кроме того, Катар наращивает газовую инфраструктуру и свое присутствие в Европе: Qatar Terminal Limited владеет долей акций в терминале Adriatic LNG (Италия), а также South Hook LNG (Великобритания), имеются официальные заявления о строительстве LNG-терминалов в Болгарии и Украине, рассматривается строительство газопровода «Катарбукко» по маршруту Катар-Ирак-Турция-Европа.

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

%d такие блоггеры, как: