Технология добычи сланцевого газа

Сланцевый газ как разновидность природного газа, хранящегося в виде небольших газовых образованиях, коллекторах, в толще сланцевого слоя осадочной породы Земли: особенности добычи. Анализ проблем, связанных с транспортировкой полезного ископаемого.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

сланцевый газ транспортировка добыча

В настоящее время возникла необходимость в разработке новых источников энергетических ресурсов и их технологии добычи. В последнее время всеми энергозависимыми странами активно развиваются технологии-заменители по производству возобновляемого топлива. Но ни одна имеющаяся технология производства возобновляемого топлива не может даже потенциально заменить ископаемые энергоресурсы, а развитие научных технологий на сегодняшний день не предполагает качественного скачка в разработке новых источников энергосырья. Очевидно, что самоорганизация рыночного механизма однозначно определяет появление товаров-заменителей, которые будут оказывать существенное влияние на структуру мирового энергетического рынка, но не приведут к его изменению из-за достаточно низкой эффективности потенциала всех современных возобновляемых технологий. Единственным энергоисточником, имеющим на сегодняшний день исключительные качества товара-заменителя, является сланцевый газ.

Цель: ознакомление с новым направлением в добыче природного газа, выявление тенденций его развития и выявление различного рода проблем, связанные с разработкой и добычей сланцевого газа.

1. Природный сланцевый газ, как перспективный вид ископаемого топлива

1.1 Краткая характеристика ресурса

Сланцевый газ представляет собой разновидность природного газа, хранящегося в виде небольших газовых образованиях, коллекторах, в толще сланцевого слоя осадочной породы Земли. Образуется в результате анаэробных химических процессов (процессов разложения органических веществ). Сланцевый газ состоит преимущественно из метана, но также в его состав входят и другие газы, с разным процентным содержанием. Его примерному составу отвечает следующее содержание компонентов: H₂ - 25-40%; CH₄ - 14-17%; CO - 10-20%; CO₂ - 10-20%; C₂H₄ и другие углеводы - 4-5%; N₂ - 22-25%; O₂ - не более 1 %. Как и любое вещество, сланцевый газ обладает рядом свойств. Плотность газа колеблется от 0,7-0,9 кг/м³. Температура газокислородного пламени составляет 2000°С. Низшая теплота сгорания 12,6-14,3 МДж/м³.

Запасы сланцевого газа сосредоточены в глинистых сланцах, это те же глины, измененные (метаморфизованные) на большой глубине под действием высоких давлений и температур. Порода теряет пластичность и становится хрупкой и трещиноватой, обладает очень низкой проницаемостью. Сланцы, содержащие газ - это особые горючие сланцы. В отличие от обычных глинистых сланцев, горючие сланцы содержат органическое вещество - кероген, похожий на уголь. Содержание керогена является качественным показателем газовой эффективности сланца. К наиболее термически зрелым сланцам относят месторождения «сухого газа» с керогеном, относящимся к типу III, менее термически зрелые месторождения, относящиеся к типу II, образующими влажный конденсат, будут давать газ с примесями конденсата. Менее зрелые сланцы с керогеном типа I являются нефтеносными, то есть содержащими нефть в сланцевых депозитах. 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. Запасы отдельных газовых коллекторов невелики, но они огромны в совокупности и требуют специальных технологий добычи. Сланцевые залежи встречаются на всех континентах, поэтому, практически любая энергозависимая страна может себя обеспечить необходимым энергоресурсом.

Этот энергоресурс вызывает повышенный интерес мировой общественности по причине совмещения в себе качеств ископаемого топлива и возобновляемого источника.

1.2 История формирования производства

Первая коммерческая газовая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США в 1821 году Вильямом Хартом, который считается в США «отцом природного газа». Первое месторождение сланцевого газа было создано в штате Техас (США), которое использовалось как полигон для испытаний технологии. Первые экспериментальные разработки в области газодобычи из сланца начали проводиться компанией Mitchell Energy&Development во главе с Д. Митчеллом с 1980 года в США.

Масштабное промышленное производство сланцевого газа было начато в США вначале 2000-х на месторождении Barnett Shale. 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 2002 года. Применение горизонтального бурения значительно сократило себестоимость добытого газа.

Благодаря резкому росту его добычи, названному «газовой революцией», в 2009 году США стали мировым лидером добычи газа (745,3 млрд куб. м), причём более 40 % приходилось на нетрадиционные источники (метан из угольных пластов и сланцевый газ). С помощью метода стратосферного анализа оценивают местоположения сланцевых месторождений газа. По оценке Energy Information Administration (EIA) месторождения сланцевого газа разрабатываются в 48 странах мира.

В настоящее время сланцевый газ добывается практически во всех развитых и развивающихся странах и экспортируется в другие страны или используется в собственной промышленности.

1.3 Месторождения сланцевого газа в мире и перспективы его разработки

По оценкам специалистов залежи сланцевого газа в недра земли огромны, но оценка запасов считается условной и отличается в зависимости от метода оценки. Таким же спорным вопросом считается версия о возобновляемости сланцевого газа, связанная с гипотезой о водородной дегазации Земли. По этой гипотезе, метан в сланцах образуется постоянно, начиная с глубокой древности до современности, в связи с реакцией водорода, поднимающегося из глубин земли, с керогеном -- органикой сланцев.

С учетом вышеприведенных фактов, учитывая негативные факторы, связанные с несовершенной технологией добычи и загрязнением окружающей среды, сланцевый газ все равно является наиболее перспективным энергоресурсом в долгосрочной перспективе. Общий объем сланцевого газа в течение прошедших 10 лет все эксперты оценивали в 456 трлн. м³. По данным годового отчета Energy Information Administration (EIA), объем запасов сланцевого газа США на 2011 год составляет 72 трлн. м³, из них технически-извлекаемые запасы -- 24 трлн. м³. В то же время по данным Международного энергетического агентства (МЭА) на основании исследований нетрадиционные запасы газа составляют всего 4% от доказанных запасов природного газа.

В России, по данным отчета компании ОАО «Газпром», нетрадиционные запасы газа составляют 83,7 млрд. м³. В осадочных породах, на Восточно-Европейской платформе, широко представлены сланцы разной мощности и зрелости, которые могут быть перспективными для разработки. Стоит выделить на Русской платформе Балтийский щит и Польско-Литовскую впадину, находящуюся на территории Польши и Западной Украины, и Днепровско-Донецкую впадину -- на территории Украины, обладающие запасами зрелого сланца. На российской части Балтийского щита в Южно-Скандинавской области имеются незрелые сланцы возрастом 2,8 млрд. лет, более зрелые сланцы расположены в Центрально-Кольском блоке. По информации Shell, сланцы Швеции, находящиеся в этом районе, бесперспективны.

В январе 2011 года, заместителем директора Института энергетической стратегии Российской Федерации А. Громовым были названы следующие цифры прогноза добычи сланцевого газа в мире: к 2018 году объем добычи сланцевого газа составит 180 млрд. м³ в год, а к 2030 году добыча сланцевого газа в США будет не более 150 млрд. м³ в год.

2. Деятельность газодобывающих предприятий

2.1 Технология добычи сланцевого газа

Сланцевый газ является разновидностью природного газа, образовавшегося в недрах земли. Современная технология добычи сланцевого газа подразумевает бурение одной вертикальной скважины и нескольких горизонтальных скважин длиной до 2-3х 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. Газовые коллекторы в сланцевом пласте также имеют свои отличия и сконцентрированы: в порах сланца аналогично хранению газа в плотно...