Особливості технології видобутку сланцевого газу . Экосалинон

30.09.2015

Особливості технології видобутку сланцевого газу

Що таке сланці?

Сланці являють собою осадові породи, які пройшли певні стадії перетворення. Насамперед відбувається накопичення пухких опадів – як правило, у водоймах. Найбільш потужними відкладами є озерно-болотні і морські прибережні. З плином часу опади ущільнюються (літогенезу), потім відбувається формування породи (діагенез), далі порода перетворюється (катагенез). Заключна стадія – метаморфізм. Таким чином з пухкого піску утворюється спочатку піщаник, потім піщано-глинистий сланець і, нарешті, гнейс.

літогенезу -> діагенез -> катагенез -> метаморфізм

Всі ці геологічні подробиці потрібні для розуміння умов, у яких з’являється і зберігається в природі сланцевий газ. Справа в тому, що на фінальній стадії – стадії метаморфізму – відбувається не просто подальше ущільнення породи та її дегідратація (зневоднення), але і освіта в умовах високої температури і високого тиску нових мінералів, таких, наприклад, як калинит, хлорит, глауконіт, з характерною для глинистих мінералів плоскої таблетчатой формою.

Якщо спочатку в донних відкладах поряд з уламковій частиною (піщинками кварцу і польового шпату) знаходиться деяка кількість органіки, то в певних випадках ця органіка концентрується і виробляє пласти вугілля (один із видів так званого керогена). Інші види керогена стають вихідним матеріалом для формування згодом нафти і газу. Під дією тиску і температури гірницьке перетворюються в так звані худі вугілля, виділяючи при цьому велику кількість газу. Наприклад, лабораторними дослідженнями встановлено, що при перетворенні 1 т вугілля буровугільної стадії виділяється 140 м 3 газу. Це дуже великі обсяги генерації, і тому в тих місцях, де залягало велика кількість концентрованої органіки, сформувалися высокогазоносные пласти. а газ з цих пластів, поряд зі сланцевим, є ресурсом, який видобувається з нетрадиційних джерел.

Природні фільтри і перегородки

Проте у випадку з сланцями геологи мають справу з розсіяною органікою, перетворення якої приводить до виділення газу, але він так і залишається в мікротріщинах між мінералами. Ці мінерали, як вже говорилося, мають плоску таблетчатую форму і, що найголовніше, практично непроникні для газу.

Традиційні газові і нафтові родовища приурочені, як правило, до структурних пасток – антеклинальным структурам. По суті це складка породи, спрямована вгору (протилежність такий складці, тобто западина, називається синеклизой). Антеклинальная складка утворює свого роду звід, під яким за рахунок сили гравітації відбувається перерозподіл фаз: вгорі формується якась газова «шапка», нижче – нафтова чи газоконденсатная облямівки, ще нижче – газово-водяний контакт. Причому породи, що складають структури класичних родовищ вуглеводнів, повинні володіти хорошими фільтраційними характеристиками, з тим щоб газ або мікроскопічні частинки нафти могли за рахунок різниці в щільності і вазі підніматися до центральної частини цієї структури, а вода – віджиматися вниз. Таким чином, частинки нафти і пухирці газу можуть проходити крізь породу великі відстані і збиратися з великого простору, формуючи великі поклади. Сланцевий газ накопичуватися у великих обсягах не може– він замкнений в мікротріщинах між пластинками мінералів з вкрай низькими фільтруючими властивостями. Цим і пояснюються всі особливості та проблеми його видобутку.

Як дістатися до сланцевого газу?

якщо пробурити свердловину в районі залягання газоносних сланцевих пластів? Газу з неї вдасться отримати зовсім небагато. В цьому випадку зона впливу свердловини виявиться рівною декільком сантиметрам – саме з цього маленького п’ятачка під землею вдасться зібрати газ (для порівняння – зона впливу свердловини в традиційному родовищі дорівнює сотням метрів). Непроникні сланці тримають свої вуглеводневі скарби під замком. Однак у сланців є властивість, яка так і називається – сланцеватость. Це властивість полягає в тому, що всі тріщини орієнтовані в певних напрямках, і якщо пробурити горизонтальну свердловину «хрест», тобто перпендикулярно тріщин, можна одночасно розкрити набагато більше порожнин з газом.

Це правильне рішення, але необхідного ефекту не дає і воно, бо не гарантує надійного зв’язку стовбура свердловини з великою кількістю тріщин. Тому буріння горизонтальної свердловини обов’язково доповнюється гідророзривом породи. причому гідророзривом багатостадійним. На першій стадії гидроразрывная рідина подається в найдальшу, привибійну частина свердловини. Потім ділянку труби завдовжки 150-200 м перекривається спеціальним клапаном у вигляді кульки, і наступний гідророзрив проводиться вже ближче до гирла свердловини. Таким чином, якщо стовбур свердловини має довжину 1000-1200 м, то на її протягом робиться п’ять-сім гідророзривів. Разом з рідиною в що утворилися порожнини надходить пропант, який не дає породі знову зімкнутися. Пропант складається з піску або керамічних кульок, тобто за визначенням має хороші фільтруючі властивості і не заважає газу проникати в стовбур свердловини.

Технології прокладання горизонтальних свердловин і гідророзривів вже досить добре відпрацьовані і використовуються в комерційній видобутку. І все ж, порівняно з видобутком газу з традиційних джерел видобування сланцевого газу з надр несе з собою низку економічних і екологічних проблем.

Які недоліки видобутку сланцевого газу?

Якщо на початковому етапі свердловина поставляє 200-500 тисяч кубометрів на добу, то через рік це буде всього лише 8-10 тисяч.

Відразу після розтину свердловини тиск виходить із землі газу і його обсяги (дебіти) досить високі. Однак оскільки ємність зберігають газ тріщин все ж невелика, то протягом року ці показники падають на 70-75%. Наприклад, якщо на початковому етапі свердловина поставляє 200-500 тисяч кубометрів на добу, то через рік це буде всього лише 8-10 тисяч. Якщо врахувати, що газ в основному видобувається не просто так, про запас, а на виконання контрактних зобов’язань перед споживачем, таке істотне падіння обсягів видобутку доведеться компенсувати за рахунок добурюванні нових свердловин. При цьому треба враховувати, що обладнання горизонтальної свердловини для видобутку сланцевого газу обходиться приблизно в півтора-два рази дорожче, ніж традиційна вертикальна. Звідси перша серйозна проблема: видобуток сланцевого газу має надзвичайно екстенсивний характер. несе з собою великі витрати на створення все нових і нових свердловин, а також займає великі території, що робить використання цієї технології проблематичним для густонаселених країн.

Оскільки по мірі виснаження свердловини, що має зону впливу всього в кілька десятків метрів (навіть після гідророзривів), тиск у її гирлі істотно падає, це створює і другу серйозну економічну проблему: газ з низьким тиском не можна подавати безпосередньо у газотранспортну систему, де стандартне тиск становить 75 атм. Та ж проблема, до речі, і з метаном вугільних пластів: тиск на гирлі становить всього 1,5 атм. Значить, «нетрадиційний» газ треба додатково стискати, використовуючи при цьому так званий віджимною компресор, який очищає газ від пилу і вологи і додатково дотискає. Це дорога машина з низьким ККД, так що доведеться витрачати на її функціонування чимала кількість видобутого газу.

Тепер саме час згадати, що саме стало нещодавно приводом для «антисланцевої» ініціативи ряду видатних діячів західного шоу-бізнесу, таких як Йоко Оно і Пол Маккартні. Всіх цих людей стурбували можливі екологічні наслідки видобутку сланцевого газу в багатому родовищами штаті Нью-Йорк. Щоб бур не затиснуло гірським тиском, при бурінні використовуються промивні рідини. містять, ряд забруднюючих навколишнє середовище речовин. Автори екологічної ініціативи побоюються, що по мірі розширення видобутку газу компоненти промивальних рідин потраплять у водні горизонти, а далі в харчовий ланцюг.

Чому ж, незважаючи на всі ці проблеми і складнощі, продовжують видобувати сланцевий газ, особливо в Північній Америці? По-перше, тут відіграє свою роль політика. У Сполучених Штатах урядом поставлено завдання придбати максимальну незалежність від зовнішніх поставок енергоносіїв, і якщо ще пару років тому Америка купувала газ у Канади, то зовсім недавно навіть відправила один газовоз на експорт, підкреслюючи тим самим свій новий статус експортера. По-друге, чим вище ціни на вуглеводні, тим вищий інтерес до джерел їх видобутку навіть при високій собівартості. І це як раз випадок сланцевого газу.

Як же робиться горизонтальна свердловина?

Спочатку забуривается вертикальний стовбур, і на глибині відбувається зміна його напрямку за визначеним азимутом і під певним кутом. Буріння ведеться не роторним способом (коли в свердловині обертається вся збірна труба), а з допомогою вибійного двигуна, що приводить в дію подається під тиском промивної рідиною. Двигун обертає долото, а роздроблена долотом порода виноситься назовні за допомогою тієї ж промивної рідини.

Викривлення напрямку можна досягти, вставивши в сполучені різьбленням труби вигнутий ділянку. Так відбувається поворот свердловини. Однак найбільш поширений спосіб на сьогодні – це зміна напрямку свердловини за допомогою спеціальних відхилювачів, які кріпляться за забійним двигуном і управляються з поверхні.

При бурінні горизонтальної свердловини, як правило, існує система навігації. Оператор на поверхні в кожен момент часу може сказати, як у нього йде стовбур свердловини, куди він відхиляється. Ця технологія досить добре відпрацьована. Максимальна довжина горизонтальної свердловини була досягнута на Сахаліні – 12 км горизонтального стовбура. Мова йшла про розробку традиційного родовища на шельфі, при цьому розглядалися два варіанти: бурити з платформи в Охотському морі або почати буріння на суші, а потім викривити свердловину і піти на 12 км у бік моря. Останнє рішення було визнано оптимальним.

Особливості технології видобутку сланцевого газу . Экосалинон

Обладнана свердловина з видобутку сланцевого газу в США.

Перспективи видобутку сланцевого газу в світі

У США видобуток сланцевого газу ведеться досить активно. За даними американських компаній, собівартість газу, видобутого з сланців, приблизно в 1,3–1,5 рази вище, ніж у випадку з традиційними родовищами. В США значно більше половини всього видобутого газу відбувається з нетрадиційних джерел: вугільних пластів, щільних пісковиків і сланців.

При нинішніх цінах на енергоносії навіть така собівартість робить сланцевий газ рентабельним, хоча циркулюють чутки про те, що компанії навмисно занижують офіційні цифри собівартості.

В Європі говорити про серйозні перспективи цієї сировини не доводиться, за винятком хіба що Польщі, де є серйозні родовище газоносних сланців і умови їх видобутку. У сусідніх Франції та Німеччини, з їх густонаселеними територіями і строгим екологічним законодавством цю галузь навряд чи будуть розвивати.

В Росії до цих пір серйозно сланцевим газом ніхто не займався у зв’язку з наявністю багатих традиційних родовищ, однак Міненерго пропонує почати розробку сланців вже з 2014 року.

Управління енергетичної інформації Міненерго США (EIA) оцінює українські запаси сланцевого газу в 1,2 трильйона кубометрів, що ставить Україну на четверте місце в Європі за обсягами резервів цього типу після Польщі, Франції та Норвегії. Геологічне агентство США оцінює запаси України в 1,5-2,5 трильйона кубометрів. На сьогодні конкурс на розробку Юзівського родовища сланцевого газу виграла компанія Shell, а Олеського — Chevron.

Liana Ecosalinon за матеріалами Олега Макарова, popmech.ru

Опис циклу експлуатації свердловини для розвідки і видобутку газу і нафти в сланцях і ущільнених пісковиках від компанії «Шелл»:

Короткий опис статті: видобуток газу у світі в порівнянні з видобутком газу з традиційних джерел видобування сланцевого газу з надр несе з собою низку економічних і екологічних проблем. технологія видобутку,сланцевий газ,екологічні проблеми

Джерело: Особливості технології видобутку сланцевого газу | Экосалинон — екологічні новини

Також ви можете прочитати