МЕТОД И ГЛАВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДОБЫЧИ СЛАНЦЕВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

В текущем столетии ожидается значительное увеличение потребления энергетических ресурсов, связанное с развитием экономики, повышением жизненного уровня и ростом населения. Этот процесс сопровождается истощением запасов традиционных углеводородов – нефти и газа, что может привести к энергетическому «голоду», особенно в экономически развитых регионах. Современные тенденции таковы, что в ближайшие десятилетия добыча традиционных горючих полезных ископаемых будет дополняться разработкой нетрадиционных источников сырья (сланцевые нефть и газ, высоковязкие нефти, битумы, угольный метан, газогидраты и др.) [3].

Изучение технологий  добычи сланцевых углеводородов очень актуально, так как из-за роста потребностей в сырье и в связи с повышением уровня развития науки и техники оказавшиеся рентабельными для использования.

 США, Китай, Япония и другие страны в последнее десятилетие выделяют большие финансовые средства на разработку «прорывных» технологий добычи энергии из альтернативных источников [1].

Цель данной работы заключается в рассмотрении технологии добычи сланцевого газа, основных проблем и сложностей добычи, а также совокупности мер по регулированию вопросов, связанных с дестабилизацией состояния геологического пространства и возникновения зон экологического дискомфорта и риска.

В отличие от обычных минеральных образований, образующих месторождения природного газа, сланцы имеют низкую проницаемость, что, естественно, ограничивает миграцию газа или воды. В сланцевых породах природный газ содержится в преимущественно несвязанных между собой порах и природных трещинах. Гидравлический разрыв пласта – это метод, при использовании которого эти поры соединяются и позволяют газу проникать сквозь породу. Эта технология позволила сделать коммерчески выгодной добычу природного газа и нефти из сланцевых пород.

Процесс добычи природного газа из сланцевых месторождений включает в себя множество этапов в дополнение к гидравлическому разрыву пласта, каждый из которых связан с потенциальным риском воздействия на окружающую среду [5]:

1. Строительство дорог и площадки под бурение

Хорошо подготовленный участок поверхности обеспечивает стабильную основу для буровой установки и включает: отстойные пруды, резервуары для хранения воды, погрузочные площадки для водовозов, системы трубопроводов и насосных станций, контроль грузовых автомобилей. Подготовка площадки включает в себя очистку и выравнивание нескольких тысяч квадратных метров земли. Размер площадки зависит от глубины скважины и количества скважин на участке. Кроме поверхности, занятой под строительство площадки, от 12 до 16 квадратных километров занимается дорогами и постройками для обслуживания площадки.

2. Бурение

Большинство ресурсов сланцевого газа расположено на глубине около 2000 м и более, а слои могут иметь малую мощность (например, формирование Марцелл сланцы имеет мощность примерно 15-60 метров). Эффективное извлечение газа из таких пород подразумевает горизонтальное бурение вдоль простирания слоя, как показано на Рисунке 1. Это достигается путем бурения вертикально вниз, пока сверло не достигнет расстояния около 300 м от сланцевого пласта. В настоящее время используется направленное сверло для создания сглаженной кривой на 90 градусов, так что ствол скважины становится горизонтальным, достигнув оптимальной глубины в пределах пласта. Затем ствол скважины продляется по горизонтали на 1500 м и более. Множественные горизонтальные скважины в различных частях формации сланца могут быть пробурены из одной площадки.

Рисунок 1 - Горизонтальное бурение скважин, гидроразрыв пласта сланцевого газа [5]

3. Обсадная колонна и перфорирование

На разных этапах бурения его останавливают для установки стальных труб обсадной колонны в стволе скважины. Затем цемент закачивают в кольцевое пространство или пустое пространство между обсадной колонной и окружающими минеральными породами. После того как ствол скважины достигает глубины ниже уровня пресной воды водоносного слоя, зацементированную обсадную колонну устанавливают для защиты воды от загрязнений в результате бурения. Установка дополнительной колонны и ее цементирование вдоль всего ствола скважины происходит после того, как скважина достигнет своей полной горизонтальной длины. Этот процесс предназначен для предотвращения утечки природного газа из скважины в слоях между сланцевыми породами и поверхностью, а также чтобы предотвратить утечку природного газа на поверхность через кольцевое пространство. Корпус, окружающий горизонтальный участок скважины через пласт сланцев перфорируют, используя небольшое количество взрывчатых веществ для того, чтобы обеспечить проникновение жидкости для гидравлического разрыва в пласт из скважины. Тем самым обеспечивается возможность попадания газа из пласта в скважину.

Технология добычи сланцевых углеводородов еще не достигла своего совершенства. Это связано с тем, что еще не найдены оптимальные решение следующих проблем:

1. Для закачки в пласт уходит около 10 тыс. т пресной воды на скважину (в отдельных случаях расход может доходить до 20 тыс. т). Поэтому при разработке сланцев требуется решить три экологических проблемы: найти значительные объемы воды, обеспечить приемлемый уровень техногенного воздействия на окружающую среду в процессе закачки рабочего раствора и безопасно утилизировать отработанный шлам [6].

2. Сложно на практике обеспечить гарантии отсутствия вредного воздействия на биологическую среду в процессе гидроразрыва пласта. Технологические риски связаны с надежностью гидроизоляции всех остальных пластов, кроме подлежащего дефрагментации сланцевого. Особенно это касается встречающихся на пути ствола скважины подземных вод [2].

3. Опасность повышения давления до уровня, когда разрушатся не только сланцевые породы, но и сопредельные пласты, которые могут быть более проницаемыми. Наибольший ущерб возникнет в случае «прорыва» разрываемого сланцевого пласта в подземный водный резервуар, который не только подвергнется загрязнению шламом, но и заполнит сланцевую полость и воспрепятствует эффективному извлечению углеводородов [2].

4. Экологическую угрозу представляет не только сам процесс добычи сланцевой нефти, но и метод консервации скважины. Существующий на сегодняшний день метод не дает гарантий того, что остаточную нефть удастся изолировать от окружающей среды, в результате чего может произойти загрязнение плодородных почв [4].

Таким образом, добыча сланцевых углеводородов является одним из наиболее перспективных секторов в нефтегазовой отрасли на данный момент. Но поскольку важные экологические проблемы гидроразрыва до конца не решены, связанные с этим дополнительные ограничения и требования регуляторов могут привести к увеличению обозначенных порогов и снижению привлекательности сланцевой добычи.

Список литературы:

1. Бабаев А.Ш. Перспективы использования природного гидрата метана как источника энергии // Геология, география и глобальная энергия. 2012. № 1. С. 20–28.
2. Булатов А.М. Россиский внешнеэкономический вестник. 2014. №6. С. 56-64.
3. Варшавская И.Е., Волож Ю.А., Дмитриевский А.Н., Леонов Ю.Г., Милетенко Н.В., Федонкин  М.А. Новая концепция развития ресурсной базы углеводородного сырья // Вестник РАН. 2012. Т. 82, № 2. С. 99–109.
4. Иншакова А.О. Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 5: Юриспруденция. 2014. № 4. С. 28-34.
5. Clark C., Burnham A., Harto C., Horner R. Hydraulic fracturing and shale gas production Argonne National Laboratory U.S. Department of Energy – Chicago 2013.
6. Hagemeier P., Hutt J. Hydraulic fracturing, water use issues under congressional, public scrutiny. Oil and Gas Journal Vol. 107, Issue 25 July 6, 2009 – p. 26.