ОСОБЕННОСТИ  ВОЗДЕЙСТВИЯ  ПРОЦЕССОВ  ДОБЫЧИ  СЛАНЦЕВОГО  ГАЗА  НА  ОКРУЖАЮЩУЮ  СРЕДУ

Глазов  Владислав  Андреевич

студент  4-го  курса,  кафедра  МСС  и  МНД  МГТУ,  РФ,  г.  Мурманск

E-mail:  mega-glazov@mail.ru

Новосёлов  Александр  Евгеньевич

студент  4-го  курса,  кафедра  МСС  и  МНД  МГТУ,  РФ,  г.  Мурманск

E-mail:  explosion2810@yandex.ru

Царева  Валерия  Андреевна

студент  4-го  курса,  кафедра  экологии  и  ЗОС  МГТУ,  РФ,  г.  Мурманск

E-mail:  leurka@rambler.ru

К  настоящему  времени  широкомасштабная  добыча  сланцевого  газа  ведется  только  в  США,  где  доля  этого  газа  в  общей  добыче  метана  приближается  к  20  %.  Определенный  опыт  по  добыче  сланцевого  газа  накоплен  уже  в  Канаде  и  Великобритании. 

Добыча  углеводородного  газа  из  сланцевых  месторождений  имеет  специфические  особенности.  В  силу  высокой  плотности  и  прочности  газоносного  сланца  для  высвобождения  газа  из  сланца  практически  единственной  технологией  является  разрушение  пласта  с  помощью  гидроразрыва  пласта.  При  этом  низкая  газонасыщенность  пласта  вынуждает  разрушать  пласт  многократно  и  в  разных  направлениях.  Таким  образом,  при  добыче  сланцевого  газа  воздействие  на  недра  осуществляется  в  значительных  масштабах.

Основными  компонентами  жидкости  для  гидроразрыва  являются  вода  и  проппант  (песок),  на  долю  которых  приходится  не  менее  98%  общего  объема.  Кроме  того,  в  жидкость  добавляют  различные  химические  вещества,  которые  должны  снизить  вязкость  раствора,  уменьшить  его  корродирующую  способность,  предотвратить  осаждение  на  стенках  труб  минеральных  солей  и  т.  д.

По  некоторым  оценкам,  перечень  химических  добавок  включает  до  семисот  наименований,  причем  многие  из  этих  веществ  обладают  не  только  острым  токсическим  действием,  но  и  являются  также  мутагенами  и  канцерогенами  [6].  Подавляющее  их  большинство  обладает  хронической  или  острой  токсичностью  в  водном  растворе  или  просто  острой  токсичностью.  Достаточно  много  среди  них  канцерогенных  соединений  (бензол,  14-диоксан,  окись  этилена,  акриламид,  формальдегид  и  др.),  причем  некоторые  является  также  и  мутагенами.

Воздействие  на  атмосферный  воздух

В  газ,  который  добывается  из  сланцевых  месторождений,  расположенных  по  всему  миру,  в  качестве  основного  компонента  входит  метан,  ради  которого,  собственно,  и  идет  разработка  месторождений.  Кроме  метана,  в  сланцевом  газе  можно  обнаружить  такие  летучие  углеводороды,  как  этан,  пропан,  а  также  негорючие  газы  (CO₂  и  N₂)  [2].  Как  правило,  доля  метана  в  сланцевом  газе  составляет  более  80  %,  но  есть  месторождения  (например,  Antrim  в  США),  где  его  доля  на  отдельных  участках  не  превышает  30  %.  При  бурении,  гидроразрыве  пласта,  добыче  газа,  подготовке  газа  и  т.  д.  часть  этих  газоообразных  веществ  оказывается  в  атмосферном  воздухе.

Анализ  показывает,  что  в  целом  потери  метана  при  добыче  сланцевого  газа  могут  составить  от  3,6  до  7,9  %  от  общего  объема  добычи,  что  заметно  выше,  чем  при  добыче  природного  газа  из  традиционных  коллекторов.  При  этом  в  сравнении  с  добычей  природного  газа  к  наибольшим  потерям  ведет  стадия  подготовки  к  добыче,  а  точнее,  потери  газа,  который  выходит  после  гидроразрыва  пласта  с  жидкостью  обратного  притока  [3].

Воды  обратного  притока  могут  быть  причиной  загрязнения  атмосферного  воздуха  и  другими  веществами.  В  большинстве  случаев  эти  воды,  содержащие  как  исходные  химикаты,  используемые  при  гидроразрыве  пласта,  так  и  вещества,  вымытые  из  вмещающих  пород,  поступают  в  специальные  наземные  хранилища.  В  результате  летучие  органические  соединения,  в  число  которых  входят  бензол,  толуол,  кумол,  формальдегид,  окись  этилена  и  др.,  могут  испаряться  и  поступать  в  атмосферный  воздух.  Кроме  того,  опасные  летучие  вещества  могут  поступать  в  атмосферный  воздух  и  через  оголовок  скважинного  оборудования.

Воздействие  на  недра

Месторождения  сланцевого  газа  в  США  занимают  очень  большие  площади  (от  13  до  245  тыс.  кв.  км),  располагаются  на  глубине  от  нескольких  сотен  до  нескольких  тысяч  метров,  а  толщина  пласта  варьирует  от  нескольких  метров  до  нескольких  десятков  метров.  Даже  однократный  гидроразрыв  пласта,  который  проводится  под  давлением  жидкости  от  500  до  1  500  атмосфер,  разрушает  породу  вблизи  продуктивной  скважины  на  площади  в  несколько  квадратных  километров  и  на  несколько  сотен  метров  по  вертикали.  Сброс  давления  приводит  к  возникновению  многочисленных  микросейсмических  явлений,  эффект  которых  проявляется  прежде  всего  вблизи  продуктивной  скважины.  Количество  этих  микросейсмических  явлений  может  составлять  несколько  сотен,  а  величина  варьировать  от  1,6  до  3,6  баллов  по  шкале  Рихтера.

Несмотря  на  то,  что  основные  сейсмические  явления  обнаруживаются  вблизи  продуктивной  скважины  в  сланцевом  пласте,  при  определенных  геологических  условиях  сейсмические  волны  могут  достигать  и  поверхности  Земли. 

Воздействие  на  грунтовые  воды

Исследования  показывают,  что  вблизи  газовых  скважин  в  районах  активной  добычи  сланцевого  газа  концентрация  метана  в  подпочвенных  водах  значительно  выше,  чем  в  районах,  где  нет  деятельности  по  бурению  и  гидроразрыву  пласта.  Были  даже  известны  случаи,  когда  вода,  взятая  из  источников  с  высокой  концентрацией  в  Пенсильвании,  могла  «гореть»  [5].

Помимо  метана  в  подпочвенных  водах  были  обнаружены  также  этан,  пропан  и  другие  углеводороды,  которые  не  могут  иметь  биогенную  природу.

Загрязнение  подземных  горизонтов  может  происходить  не  только  углеводородами  сланцевого  газа,  но  и  другими  веществами,  содержащимися,  в  частности,  в  жидкости  гидроразрыва.  Так,  по  данным  Массачусетского  технологического  института,  в  43  случаях  загрязнения  воды  в  2010  г.  в  США  в  ходе  бурения  20  000  скважин  и  гидроразрыва  пласта  48  %  случаев  были  связаны  с  загрязнением  подземных  вод  компонентами  жидкости  гидроразрыва  пласта  или  сланцевым  газом,  33  %  —  с  разливом  загрязненных  вод  на  буровой  площадке,  10  %  —  с  утечками  при  транспортировке  сточных  вод  и  аварийными  выбросами  вод  обратного  притока,  9  %  —  с  последующими  операциями  с  удаленными  сточными  водами  [4].

Воздействие  на  ландшафт,  поверхностные  воды  и  почву

Воздействие  на  ландшафт  при  добыче  сланцевого  газа  связано,  прежде  всего,  с  необходимостью  размещения  на  определенной  территории  (буровой  площадке)  бурового  и  другого  технического  оборудования,  транспортных  средств,  хранилищ  (емкостей)  химических  веществ  и  проппанта.  Значительное  место  могут  занимать  также  емкости  для  воды,  если  вода  непосредственно  не  забирается  из  поверхностных  водоемов,  а  также  хранилища  жидкости  обратного  притока.  Загрязнение  территории  может  также  происходить  за  счет  протечек  химикатов  или  жидкости  обратного  притока.

Месторождение  покрывает  также  сеть  дорог,  которые  используются  для  доставки  необходимых  механизмов,  веществ  и  материалов,  а  также  для  удаления  отходов  бурения  и  вод  обратного  притока.  На  территории  месторождения  находится  также  большое  количество  прудов  для  сбора  жидкости  обратного  притока,  которая  в  дальнейшем  по  трубопроводам  или  с  помощью  транспортных  средств  поступает  на  объекты  по  ее  очистке.  Наконец,  определенную  территорию  занимают  объекты,  используемые  для  подготовки  (в  частности  —  компрессорные  станции),  хранения  и  транспортировки  добытого  сланцевого  газа.

Воздействие  на  поверхностные  водоемы

Воздействие  промышленности,  связанной  с  добычей  сланцевого  газа,  на  поверхностные  водоемы  проявляется  в  двух  направлениях.  С  одной  стороны,  это  забор  из  водоемов  или  других  источников  водоснабжения  больших  объемов  воды,  а  с  другой  стороны,  это  загрязнение  поверхностных  вод  веществами,  содержащимися  в  жидкости  обратного  притока,  даже  если  эта  жидкость  подвергается  предварительной  очистке.

Во  время  закачки  жидкости  в  пласт  и  гидроразрыва  пласта  происходит  разрушение  горных  пород  и  вымывание  из  них  различных  веществ.  Как  исходные  компоненты  жидкости  гидроразрыва,  так  и  растворенные  и  взвешенные  вещества  оказываются  на  поверхности.  Большая  часть  жидкости  обратного  притока  рано  или  поздно  откачивается  с  места  разработки  и  направляется  на  очистку.  Однако  возможны  проливы  этой  жидкости  при  перекачке  или  при  транспортировке  по  трубопроводам,  что  влечет  за  собой  загрязнение  почвы  или  поверхностных  водоемов.  Поскольку  жидкость  обратного  притока  содержит  большой  набор  органических  и  неорганических  веществ,  многие  из  которых  обладают  токсичностью  или  мутагенным  действием,  попадание  их  на  почву  или  в  водоемы  неизбежно  приводит  к  гибели  или  деградации  природных  экосистем.

Эффекты  радиоактивности

Одной  из  серьезных  проблем,  которые  порождает  добыча  полезных  ископаемых,  в  том  числе  сланцевого  газа,  является  вынос  на  поверхность  в  ходе  бурения  скважин  и  их  эксплуатации  природных  радионуклидов  и  радиоактивных  продуктов  их  расщепления,  например  радона.  Сланец  содержит  значительное  количество  природных  радионуклидов.  Особенно  много  в  нем  таких  изотопов,  как  ⁸⁷Rb,²³²Th  и  ²³⁸U.  Большинство  сланцевых  месторождений  США  содержит  (1,6—2,0)х10-3  %  урана,  или  в  25  больше,  чем  в  окружающих  пласт  породах.  В  частности,  повышенной  радиоактивностью  обладают  так  называемые  «черные  сланцы».

Распад  природных  радиоактивных  элементов  приводит  к  образованию  радиоактивного  газа  радона,  который  при  разрушении  пласта  мигрирует  к  поверхности  земли  и  может  проникать  в  здания  и  сооружения,  становясь  источником  облучения  персонала  и  населения.

Несомненно,  добыча  сланцевого  газа  влияет  на  окружающую  среду,  и  данных  факт  влияет  на  рост  рынка  оборудования  для  сланцевого  газа.  Однако  увеличение  спроса  на  энергию  приводит  к  тому,  что  многие  страны  несмотря  на  проблемы,  связанные  с  загрязнением  окружающей  среды,  всё-таки  начинают  разработку  сланцевого  газа.

Список  литературы:

1. Соловьянов  А.А.  Обратная  сторона  «сланцевой  революции»  //Бурение  и  нефть.  №  04.  М.,  2014.
2. Bullin  K.A.,  Krouskop  P.E.  Compositional  variety  complicates  processing  plans  for  US  shale  gas  //  Oil&Gas  Journal.  2009.  №  10.
3. Howarth  R.W.,  Santoro  R.,  Ingraffea  A.  Methane  and  the  greenhouse-gas  footprint  of  natural  gas  from  shale  formations,  Climatic  Change,  DOI  10.1007/s10584-011-0061-5.
4. Impacts  of  shale  gas  and  shale  oil  extraction  on  the  environment  and  on  human  health,  ENVI,  2011.
5. Osborn  S.G.,  Vengosh  A.,  Warner  N.R.,  Jackson  R.B.,  Methane  contamination  of  drinking  water  accompanying  gas-well  drilling  and  hydraulic  fracturing,  Proc.  Natl.  Acad.  Sci.  USA,  —  2011,  —  v.  108  (20),  —  pp.  8172—8176.
6. Shale  gas:  a  provisional  assessment  of  climate  change  and  environmental  impacts,  Tyndall  Centre  for  Climate  Change  Research,  2011.