Сланцевый газ

Введение

В последние годы в мировой энергетике достаточно четко стала проявляться тенденция формирования устойчивого симбиоза технологической глобализации и ресурсной регионализации, причем возрастающую роль в этих процессах играют нетрадиционные виды и источники углеводородов.
Сланцевый газ (shale gas) – это газ, сгенерированный нефте-материнской породой и который не мигрировал за ее пределы. Он содержится в микротрещинах и микропустотах нефтематеринских пород. Ввиду значительной мощности (несколько десятков метров) и площади распространения (тысячи квадратных километров) нефтематеринских пород, этот газ может образовывать очень большие по объемам ресурсов скопления, которые сконцентрированы в единой глинистой толще.
Актуальность темы реферата заключается в том что потребность человечества в энергетических ресурсах, неоспоримо, является одной из первоочередных. В связи с этим особый интерес вызывает разработка газосланцевых месторождений и добыча сланцевого газа.
Цель работы – более полное изучение сланцевого газа.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть историю добычи сланцевого газа, технологию его добычи, последствия добычи сланцевого газа, оценку запасов данного газа, развитие добычи сланцевого газа в Китае, а также сланцевую революцию, энергопереход и другие моменты.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из восьми источников литературы.
1. Сланцевый газ
1.1 История добычи сланцевого газа
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 первоначальную стоимость добытого газа. Первая коммерческая газовая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США в 1821 году Вильямом Хартом (William Hart) во Фредонии, Нью-Йорк, который считается в США «отцом природного газа». Инициаторами масштабного производства сланцевого газа в США являются Д.П. Митчелл и Том Л. Уорд.
Масштабное промышленное производство сланцевого газа было начато организацией Devon energy в США в начале 2000-х на месторождении Barnett Shale, которая на этом месторождении в 2002 г. пробурила впервые горизонтальную скважину. Благодаря резкому росту его добычи, названному в СМИ газовой революцией, в 2009 году США стали мировым лидером добычи газа (745,3 м3), причем более 40 % приходилось на нетрадиционные источники (метан из угольных пластов и сланцевый газ).1
В первом полугодии 2010 года крупнейшие мировые топливные организации потратили 21 млрд долларов на активы, которые связаны с добычей сланцевого газа. На тот момент некоторые комментаторы высказывали мнение, что ажиотаж вокруг сланцевого газа, именуемый сланцевой революцией – результат рекламной кампании ряда энергетических фирм, вложивших значительные средства в проекты по добыче сланцевого газа и нуждающихся в притоке дополнительных сумм. Как бы то ни было, после появления сланцевого газа на мировом рынке цены на газ стали падать.
К началу 2012 года цены на природный газ в США упали до уровня значительно ниже исходной стоимости добычи сланцевого газа. В результате этого крупнейший спекулянт на рынке сланцевого газа объявила о сокращении производства на 8 %, а капитальных вложений – на 70 %. В первом полугодии 2012 года газ в США, где наблюдается его перепроизводство, стоил дешевле, чем в Российской Федерации, которая обладает крупнейшими в мире разведанными газовыми запасами. Низкие цены вынудили ведущие газодобывающие фирмы сократить добычу, после чего цены на газ пошли вверх. К середине 2012 года ряд крупных компаний, занимающихся добычей сланцевого газа, стал испытывать финансовые трудности, а Chesapeake energy оказалась на грани банкротства.
По сведениям директора Института проблем черного золота и газа РАН академика Анатолия Дмитриевского, исходная стоимость добычи сланцевого газа в США на 2012 год – не менее 150 долларов за тысячу кубометров. По мнению большинства экспертов, начальная стоимость добычи сланцевого газа в таких странах, как Украина, Польша и Китай, будет в несколько раз выше, чем в США.2
1.2 Технология добычи сланцевого газа
Технология добычи сланцевого газа уже существует на протяжении 100 лет. Ее актуальность в США была признана в результате устойчивого увеличения спроса на природный газ, недостатка ресурса и, соответственно, увеличения стоимости. В настоящий момент эксперимент с добычей сланцевого газа проводится в Европе, надеющейся повторить опыт США. Потенциальные возможности сланцевого газа как энергоресурса являются предметом спора многих экспертов, которые пытаются прогнозировать ситуацию на рынке газа.
Сланцевый газ является разновидностью природного газа, образовавшегося в недрах земли в результате анаэробных химических процессов. Он является смесью газов: метана и тяжелых углеводородов этана, бутана, пропана и неуглеродных соединений (сероводород, водород, диоксид углерода, гелий, азот). Каждое месторождение имеет свой уникальный химический состав газа.
Первая коммерческая добыча газа из сланцевого месторождения была осуществлена в 1821 г. в США. Промышленная добыча сланцевого газа в США начата в начале 2000-х г. Газовые отложения в сланце сконцентрированы в небольших газовых коллекторах, которые рассредоточены по всему сланцевому пласту. Сланцевые месторождения имеют большие площади, а объемы газа зависят от толщины и площади сланцевого пласта.
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 г. Применение горизонтального бурения значительно снизило себестоимость добытого газа.
Современная технология добычи сланцевого газа, Рисунок 1.1, подразумевает бурение одной вертикальной скважины глубиной до 4000 – 5000 м и нескольких горизонтальных скважин длиной до 1500 – 2000 м. В пробуренные скважины под давлением 60–70 Мпа при температуре более 150 °C закачивается смесь воды, песка и химикатов. Расход воды – 7 500 т на одну скважину, расход химикатов – 80–300 т. В результате гидроудара разрушаются стенки газовых коллекторов, и весь доступный газ через разрыв и пробуренную скважину откачивается на поверхность.3
Рисунок 1.1 - Технология добычи сланцевого газа
1 – верхний слой осадочных пород земной коры; 2 – сланцевый слой; 3 – подземные воды; 4 – буровая вышка; 5 – вертикальная скважина; 6 – горизонтальные скважины; 7 – гидроразрывы
Гидравлический разрыв пласта широко используется для интенсификации работы нефтяных и газовых скважин. Метод заключается в создании высокопроводящей трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого газа, воды, конденсата, нефти. После проведения гидравлического разрыва дебит скважины, как правило, резко возрастает. Метод позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна. Гидравлический разрыв широко применяется многими нефте- и газодобывающими компаниями как метод интенсификации добычи нефти и газа. Он также применяется для добычи сланцевого газа и газа уплотненных песчаников.
При добыче сланцевого газа гидравлический разрыв позволяет соединить поры плотных пород и обеспечить возможность высвобождения природного газа.
Во время проведения гидроразрыва в скважину закачивается специальная смесь. Состав химических веществ смеси: вещества для подавления коррозии, понизители трения, стабилизаторы глин, вещества для подавления образования отложений, вещества для разрушения эмульсий, разжижитель, химреагент для подавления водных бактерий, загустители и др.4
Химическая смесь составляет около 1,5 % от общего раствора и включает: соляную кислоту, формальдегид, уксусный ангидрид, пропаргиловый и метиловые спирты, хлорид аммония

. В целом, в смеси для добычи газа используется около 85 токсичных веществ, не- которые из них имеют следующее назначение:
• соляная кислота способствует растворению минералов;
• этиленгликоль противостоит отложениям на внутренних стенках труб;
• изопропиловый спирт и борная кислота используются в качестве загустителей и веществ, поддерживающих вязкость;
• глютаральдегид и формамид противостоят коррозии;
• нефть в легких фракциях используется для снижения трения;
• хлорид калия препятствует химическим реакциям между жидкостью и грунтом;
• карбонат натрия или калия обеспечивает баланс кислот.
Для того чтобы при гидравлическом разрыве не допустить утечки жидкости из скважины в почву или подземные воды, необходимо применение надежной изоляции пластов (цементирования) с использованием сверхпрочных материалов. Тем не менее, гидравлический разрыв пласта приводит к появлению в скважинной воде множества примесей, вредных для человека, включая бензол, толуол, этилбензол и диметилбензолы. В местах, где используется гидравлический разрыв, вода становится непригодной для питья, люди чаще болеют, у животных выпадает шерсть, ухудшается качество воздуха.
1.3 Последствия добычи сланцевого газа
Обеспокоенность общественности последствиями добычи сланцевого газа растет, и акции протеста проходят все чаще. Некоторые представители промышленности пытались нивелировать их значение, в том числе обвиняя население в панике, пока во Франции в 2011 году был введен запрет на гидроразрыв пласта. По этому поводу генеральный директор Total Кристоф де Маржери (сторонник разработки сланцевого газа) сказал, что его «раздражает возня» вокруг сланцевого газа, что «похвально говорить о проблемах, которые могут из-за него возникнуть, но могут и не возникнуть…, так как на сегодняшний день их нет!»
Такого рода возражения – обычная тактика промышленников (то же происходит, например, в табачной индустрии), однако она не может рассеять опасения последствий гидроразрыва. До недавнего времени развитию дискуссии по поводу безопасности разработки запасов сланцевого газа на уровне ЕС угрожала радикальность позиций, занимаемых его оппонентами и сторонниками. Однако новые исследования, проведенные Европейской комиссией, могут свести на нет некоторые аргументы сторонников сланцевого газа. В них подтверждаются те факты, которые общественность и «антисланцевые» группы приводили в последние несколько месяцев: разработка сланцевого газа несет с собой риски для окружающей среды и для здоровья людей, она сопровождается значительными выбросами углекислого газа, в современном экологическом законодательстве ЕС имеются пробелы.
Учитывая, что сланцевый газ позиционируется как потенциальное «топливо перехода», пристальное внимание, особенно в Европе, должно быть уделено вопросам влияния гидроразрыва на климат и возможным рискам. Сланцевый газ – ископаемое топливо – широко рекламируют как «низкоуглеродную» альтернативу. Новые данные показывают, что он таковым не является.
Сторонники разработки сланцевого газа часто приводят такой довод: его использование окажет благоприятное воздействие на климат. Этим аргументом подкрепляют идею сланцевого газа как «переходного топлива», которое позволит экономике переключиться с видов топлива с высокой эмиссией углерода на комплекс экологически более чистых энергоносителей. При сжигании газа на электростанциях, утверждают сторонники сланцевого газа, образуется в два раза меньше выбросов углерода, чем при сжигании угля. Таким образом, газ оказывается экологически более чистым, чем уголь. Некоторые даже называют сланцевый газ «зеленым топливом».
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) играют важную роль в достижении целей ЕС в области охраны климата. Поэтому влияние поддержки сланцевого газа именно на этот сектор вызывает особые опасения. Исследования показывают, что влияние это будет неблагоприятным. Пример США, в частности, показывает, что результатом будет задержка или даже стагнация развития сектора возобновляемой энергетики.
Основная опасность для экологии при добыче сланцевого газа заключается в использовании большого количества химикатов, которые смешиваются с водой и песком. Операцию ГРП на одной территории приходится повторять до 10 раз в год. При гидроразрыве химическая смесь пропитывает породу, что ведет к загрязнению больших территорий, а также грунтовых вод (Рисунок 1.2).5
Рисунок 1.2 - Проседание почвы после гидроразрыва может составить более десятка метров
Бурение и гидроразрыв неизбежно влияют также на ландшафт; загрязнение может затронуть почву и подпочву. Источниками его могут быть:
• химикаты жидкости разрыва, которые могут к тому же могут стать источником дополнительного риска, соединившись с вредными субстанциями естественного происхождения;
• радиоактивные элементы и тяжелые металлы естественного происхождения, которые могут загрязнить жидкость разрыва, возвращающуюся на поверхность.
Как и при добыче других ресурсов, загрязнение может стать следствием пожаров на буровой площадке, взрывов, неконтролируемого фонтанирования скважин, транспортных аварий, утечек газа и разливов химикатов.
Факт того, что гидроразрыв сопровождается загрязнением воздуха, однозначно подтвержден примерами США. Там отмечен повышенный уровень содержания в воздухе бензолов и других потенциально токсичных углеводородов, в том числе толуола и ксилола, с которым связывают раздражение слизистой оболочки глаз, головные боли, боли в горле, затруднения дыхания и повышение риска заболевания раком.
К настоящему времени было зафиксировано несколько случаев возникновения сейсмической активности, связанных с операциями гидроразрыва. Среди них отмечены мини-землетрясения и содрогания земной поверхности. Их возникновение обычно связывают либо непосредственно с операцией гидроразрыва, либо с процессом закачки жидкости разрыва в скважины. Эта взаимосвязь стала причиной общественного беспокойства и подняла вопросы безопасности и риска повреждения домов и объектов инфраструктуры. Сейсмическая активность может также стать причиной загрязнения воды, т. к. в породе образуются новые трещины и разломы.
2. Сланцевый газ в мире
2.1 Оценка запасов сланцевого газа
Мировые запасы нетрадиционного газа оцениваются в 331 трлн м3, но какая их часть может считаться извлекаемой – до сих пор неясно. Этот показатель, однако, сравним с запасами традиционного газа – 421 трлн м3. По подсчетам МЭА, запасы сланцевого газа составляют 208 трлн м3; к 2030 году с их помощью может покрываться до 7 % мирового спроса на газ. На сегодня лидером в области добычи сланцевого газа являются США; развивается эта индустрия и в Канаде. Планы по организации добычи сланцевого газа разрабатываются и в других регионах – от ЕС до Южной Африки и от Китая до Аргентины. Газ из нетрадиционных источников, в том числе и сланцевый, на сегодня уже обеспечивает более половины добычи газа в США. Благодаря «сланцевому буму» США в 2009 году сместили Россию с пьедестала крупнейшего производителя газа. В результате мировые цены на газ упали.
В ЕС существуют разные мнения по поводу жизнеспособности, приемлемости и доступности сланцевого газа; причем позиции различаются существенно (Рисунок 2.1). Некоторые предлагают «опереться» на сланцевый газ при переходе Европы к низкоуглеродной экономике. Однако есть сомнения по поводу того, как это решение повлияет на сектор возобновляемых источников энергии, равно как и страхи по поводу воздействия гидроразрыва на окружающую среду и здоровье. Кроме того, много вопросов вызывает влияние сланцевого газа на климат.
Рисунок 2.1 - Потенциал ресурсов сланцев в мире
В настоящее время все месторождения сланцевого газа с промышленными запасами находятся в Северной Америке, большая часть из них – в США. Самым крупным несомненно является месторождение Марселлус на северо-востоке США, площадь которого по расчетам составляет 246 000 км2. Вторым по размеру месторождением является Нью-Олбани, которое занимает примерно вдвое меньшую площадь. Площадь других крупных месторождений сланцевого газа в США колеблется от 13000 до 30000 км2, некоторые их этих месторождений высокопродуктивные