Сланцевая нефть. Что нужно знать о сланцевой нефти (5 фото)

Сланцевая нефть – энергоресурс будущего, эту трактовку слышали все. Так ли это? Что это за альтернатива традиционной нефти, и какие риски несет в себе ее добыча? Мы расскажем.

«Сланцевое золото»
Запасы горючего сланца, из которого сегодня добывают сланцевую нефть и газ, образовались около 450 миллионов лет назад на дне доисторического моря из минеральных и органических частей (керогена). Последний, который также часто называют «протонефтью», сформировался из остатков растений и живых организмов. От его «исходного материала» зависит и полезное ископаемое, которое можно получить в результате разработки его месторождения. Так, кероген I и II типов, состоящий из остатков простейших водорослей или из примести наземных и морских растений, при нагреве образует жидкие углеводороды – смолу, близкую по составу нефтяным углеводородам. Ее-то и называют сланцевой нефтью. А из типа III, возникшего из древесных пород наземного происхождения, получают газообразные углеводороды – сланцевый газ. Горючего сланца на порядок больше, чем открытых месторождений традиционной нефти. По нынешним подсчетам, общие объемы сланцевых запасов составляют порядка 650 трлн. тонн, из которых можно получить до 26 трлн. тонн сланцевой нефти. Это в 13 раз больше, чем запасов традиционной нефти. При нынешнем уровне потребления такого количества хватит еще на 300 лет постоянной добычи. Но не все так просто. По данным компании Shell, разработка экономически целесообразна лишь на самых богатых сланцевых месторождениях, с содержанием нефти от 90 литров на тонну сланца и толщиной пласта не менее 30 метров. Лишь треть мировых запасов подходит под данные критерии. Большая их часть, по оценке аналитика Г. Бирга – около 70% (24,7 трлн. т сланцевой нефти) находится в США. Это такие крупные месторождения, как Bakken в Северной и Южной Дакоте, Eagle Fort в Техасе и Bone Spring в Нью-Мехико. Их разработка и породила всеобщий ажиотаж XXI века, известный как «сланцевая революция». Россия, по мнению Бирга, занимает твердое второе место – в нашей стране около 7% запасов сланцевой нефти. В основном это залежи Баженовской свиты – месторождения в Западной Сибири. При этом, по мнению Управления энергетической информации США (EIA), запасы России наиболее перспективны из-за условий добычи.

Добыча
Сегодня сланцевую нефть добывают двумя основными способами. Первый, который в свое время активно разрабатывался в СССР, представляет собой добычу сланца через шахту, и его последующую обработку на специальных установках-реакторах, во время которой из породы выделяют саму сланцевую нефть. Этот метод популярностью у добывающих компаний не пользуется из-за своей дороговизны – себестоимость барреля нефти на выходе составляет 75-90 долларов (по ценам 2005 года). Второй способ – добыча сланцевой нефти сразу из пласта. Обычно для этого применяется фрекинг или технологию гидроразрыва. В прорубленную горизонтальную скважину закачивается «жидкость разрыва» (обычно это либо вода, либо гелий, либо кислота с примесью химикатов), которая при высоком давлении разрушает сланцевый пласт, образуя в нем трещины, и «вымывает» оттуда нефть в более удобные для добычи резервуары. На сегодняшний день, этот метод считается наиболее выгодным. Он рентабелен при минимальной стоимости нефти – 50-60 долларов за баррель. Но конкурировать с традиционным методом добычи нефти ему все равно не по силам: ни по дешевизне, ни по безопасности. При нынешнем уровне развития технологий, оба способа в состоянии повлечь за собой экологическую катастрофу. В первом случае, при переработке сланца в атмосферу выделяется огромное количество углекислого газа СО2, что чревато усилением парникового эффекта, глобальным потеплением, таянием ледников и озоновыми дырами в атмосфере. Его утилизация по-прежнему остается нерешенной загадкой для ученых. Кроме того, переработка сланца требует огромного количества воды и производит много отходов – примерно 700 кг на два барреля нефти.

Фрекинг: новая экологическая угроза
Фрекинг грозит еще большими экологическими рисками. Наглядным показателем служит уже то, что в некоторых странах (Франции, Румынии, Болгарии) он попросту запрещен. Основная опасность для экологии заключается в большом количестве химикатов, которые закачиваются под землю вместе с водой и песком для разрыва пласта. Операцию фрекинга приходится повторять на одной территории до 10 раз в год. За это время опасные вещества пропитывают породу, что приводит к загрязнению не только почвы, но и грунтовых вод. Поэтому в местах добычи сланцевых ископаемых постоянно наблюдается мор животных, птиц, рыб, встречаются «метановые ручьи». У людей, которым не посчастливилось жить рядом с месторождением, наблюдаются частые головные боли, потери сознания, астма, отравления и прочее негативные последствия для здоровья. Впрочем, как показывает практика, богатая нефтью или газом вода тоже здоровья не прибавляет. Так вода в местах разработки сланца иногда приобретает характерный черный оттенок и способность к возгоранию. В некоторых регионах США даже появилась своя «местная» забава: поджигать воду, текущую из крана. Отравление окружающей среды – не единственная опасность фрекинга. Экологи предупреждают, что разрыв геологического пласта, который нарушает структуру земной коры, может привести к геологическим сдвигам и крупным землетрясениям в местах добычи.

На стадии разработки
Сланцевая нефть может повлечь за собой настоящую революцию на нефтяном рынке и в мировой экономике. В случае дальнейшей успешной разработки вопрос об альтернативной энергии и биотопливе исчезнет из списка первостепенных задач человечества еще на пару сотен лет. Так что, по мнению экспертов, у сланцевой нефти гигантский потенциал. Но будет ли он реализован? Экологическая угроза – не единственная причина, почему большинство стран до сих пор не взялись за свои сланцевые запасы. Сегодня технологии их разработки находятся на самой начальной стадии развития. Наибольших успехов в этой области удалось пока добиться только США и Канаде, но их методы пригодны далеко не для всех месторождений в связи с геологическими различиями. Так что, «сланцевая революция» в ближайшее время ожидается не везде. Останавливает производителей и существенная дороговизна добычи, которая с учетом нынешних цен на нефть и вовсе превратила этот бизнес в нерентабельный. Так, 4 января 2015 года североамериканская компания WBH Energy, специализирующаяся на добычи сланцевых нефти и газа, подала заявку на банкротство. Как правильно определил эксперт крупной сервисной корпорации Schlumberger Ричард Льюис: «Сланцевые плеи еще находятся на экспериментальной стадии развития».

Сланцами называют широко используемый в качестве строительного и отделочного материала камень. Однако, некоторые разновидности сланцев нашли свое широкое применение и в энергетике. Сланец может быть использован при производстве графита кварца, граната, бумаги, а также в качестве источника магния и кремния. В зависимости от условий образования сланцы подразделяются на:

• глинистые;
• аспидные;
• кристаллические;
• углистые;
• хлоритовые;
• горючие;
• вельдские;
• тальковые и другие.

Образованные на достаточно больших глубинах в условиях высокого давления и температуры сланцы имеют кристаллическую структуру, которая имеет четко выраженные слои.

В связи с такой востребованностью, сланцевая добыча ведется на территории многих стран, среди которых Мексика, США, Колумбия, Венесуэла, Новая Гвинея, Россия, Северная Африка и т.д.

Во многих странах сланцевые месторождения используются в качестве источника для добычи нефти и газа.

Добыча сланцевой нефти

Сланцевой нефтью принято называть нефть, основным источником для добычи которой выступают сланцевые залежи, находящиеся в твердом или жидком состоянии и образованные в течение достаточно длительного времени растительными и животными остатками.

Такая нефть находится в пластах породы, для которой характерна низкая плотность и проницаемость. Кроме того, порода, содержащая сланцевую нефть, также имеет огромное количество примесей, которые называются нефтяными песками или тяжелой битумной нефти. Переработать такой продукт представляет собой очень дорогостоящую процедуру, в результате которой образуется материал в несколько раз дороже, чем обычная нефть. Это связано с тем, что технология сланцевой добычи до сих пор остается несовершенной и проходит только свою начальную стадию развития. В связи с этим, сегодня сланцевая нефть больше является перспективным резервом на будущее и никоим образом пока не может повлиять на существующий нефтяной рынок.

Не смотря на дороговизну продукта, сланцевая нефть продолжает добываться. Существует два метода, которые пользуются преимуществом во время добычи данного продукта:

1. Открытый (шахтный) способ. В данном случае порода после изъятия из земных недр попадает на дальнейшую переработку в специальные установки-реакторы. Данные установки используются для пиролиза сланцев без доступа воздуха. Этот процесс приводит к выделению сланцевой смолы. Стоит отметить, что открытый способ отличается своей дороговизной и, соответственно, дорогим конечным продуктом.
2. Добыча из пласта путем гидравлического разрыва (или фрекинга). При данном способе бурятся горизонтальные скважины, и производится множественные гидроразрвы пласта. Часто перед этим существует необходимость проведения термического или химического разогрева пласта. Не смотря на дороговизну открытого способа добычи сланцевой нефти, данный метод является еще более сложным, и, соответственно, более дорогостоящим.

Кроме того, во время извлечения сланцев для получения нефти вторым способом возникает серьезная проблема, заключающаяся в очень быстром падении дебитов пробуренных скважин. Если в самом начале работы скважины характеризуются достаточно высоким дебитом, что связано с горизонтальным закачиванием и множественными гидроразрывами, то спустя 400 рабочих дней наблюдается резкое падение количества добываемого сырья (до 80%). Во избежание подобной ситуации во время сланцевой добычи введение скважин в эксплуатацию осуществляется поэтапно.

Стоит отметить, что сланцевые отложения содержат достаточно низкую концентрацию газа. Он собирается, как правило, в коллекторах, которые разбросаны по всех толще породы. Таким образом, в каждом отдельном коллекторе содержится очень малое количество газа. Но, если их все собрать воедино, то получаются даже очень большие его запасы.

Сланцевый газ добывается несколькими способами:

1. Горизонтальным бурением. В основе данного метода лежит применение специальных буровых установок. Данный способ наиболее распространен и считается приоритетным во время добычи сланцевого газа.
2. Гидроразрывами пласта. Суть способа заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте с целью выделения из него сланцевого газа. Данный метод используют тогда, когда обычные способы уже неэффективны.
3. Сейсмическим моделированием. В данном методе сочетаются геологические исследования с картированием и компьютерной обработкой данных, в том числе и с визуализацией.

Стоит отметить, что сегодня существуют современные технологии добычи сланцевого газа, при которых конструируется специальная буровая установка, содержащая одну вертикальную скважину и несколько горизонтальных, длина которых может составлять порядка 3 км. Скважины заполняются специальной смесью, в состав которой входит вода, песок и химреагентов, благодаря чему происходит гидроудар. В результате этого повреждаются газовые коллекторы и, содержащийся в них газ, высвобождается и откачивается.

При добыче сланцевого газа, как и при разработке стандартных газовых месторождений, создаются области переменного давления. Таким образом, газ перемещается в зависимости от давления. С этой целью используются горизонтальные скважины, которые имеют несколько отводов на одной глубине. Также допустимо формирование многоступенчатых скважин, имеющих горизонтальный отвод протяженностью 2 км.

Наибольший опыт в разработке сланцевых месторождений характерен для США. Так, он показывает, что каждое отдельное такое месторождение имеет свои уникальные геологические параметры, которые влияют на эксплуатацию и добычу материала. Таким образом, в каждом отдельном случае необходим индивидуальный научный подход при добыче газа.

Таблица 1. Различия сланцевого и природного газа

Сланцевый газ	Природный газ
Добывается из осадочных пород	Добывается из газоносных залежей, газовых «шапок» нефтяных месторождений, газогидратов
Добыча предполагает бурение скважин с горизонтальными участками с применением гидроразрыва пласта (реже — пропанового фрекинга)	Добыча по наиболее распространенной схеме предполагает бурение вертикальных скважин без гидроразрыва пласта
Добыча чаще всего предполагает бурение нескольких сотен скважин на одном месторождении	Добыча предполагает бурение, как правило, нескольких десятков скважин на одном месторождении
Ресурс одной скважины — 1-2 года	Ресурс одной скважины — 5-10 лет
Как правило, требует достаточно глубокой обработки после извлечения в целях приведения к потребительским стандартам	Обычно требует минимальной обработки после извлечения
Характеризуется относительно высокой себестоимостью добычи	Характеризуется относительно невысокой себестоимостью добычи

Последствия сланцевой добычи

Гринпис на протяжении многих лет ведет агитацию за прекращение добычи сланцевого газа и сланцевой нефти. Это связано с тем, что во время сланцевой добычи используются опасные и малоизученные технологии гидравлического разрыва. В результате экологических исследований был выделен ряд факторов, являющихся свидетельством того, сланцевая добыча негативно влияет на человека и на окружающую среду. К ним относятся:

1. Загрязнение воды. Гидравлический разрыв пласта влечет за собой загрязнение токсичными химическими веществами грунтовых вод, а также источников питьевой воды. При фрекинге используются колоссальные объемы воды, что представляет собой опасность для регионов, страдающих от засухи и водного дефицита.
2. Загрязнение воздуха. Во время сланцевой добычи в атмосферу выделяется метан и другие газы. Иногда загрязнение настолько сильно, что жители, живущие вблизи мест, где добываются сланцы, вынуждены носить респираторы.
3. Загрязнение почвы. Токсичные жидкости, используемые при добыче сланцев, могут проникнуть в почву.
4. Землепользование. Сланцевая добыча влечет за собой сильное разрушение ландшафта, в результате чего также наносится вред и сельскохозяйственным угодьям. На территории площадью 140-400 км 2 формируется порядка 3000 скважин.
5. Шумовое загрязнение. Относится, главным образом, к фрекингу. Наносит вред местным жителям, домашним и диким животным.
6. Сейсмическая активность. Утилизация загрязненной воды осуществляется путем ее закачивания под землю, что существенно повышает риск возникновения землетрясений.
7. Изменение климата. Парниковые газы, которые выбрасываются в атмосферу в процессе сланцевой добычи, во много раз превышают количество выделяемых парниковых газах при добыче традиционных полезных ископаемых. Было проведено множество исследований на этот счет, в результате чего ученые пришли к выводу, что во время добычи сланцевого газа происходит утечка метана, втрое превышающая его утечку во время извлечения природного газа.
8. Социально-экономические проблемы. Добыча таких ископаемых, как сланцевый газ, может стать причиной экономического бума в том регионе, где происходит его добыча. Однако, это явление очень кратковременное, а нанесенный от такой добычи ущерб колоссальный.

Таким образом, сланцевая добыча может нанести серьезные необратимые последствия, как для экологии, так и для человечества в целом.

Родоначальником добычи сланцевой нефти и газа стали США, где сланцевый бум показал ошеломляющие результаты. Так, Америке удалось не только уменьшить цену топлива на внутреннем рынке, но и стать экспортером углеводородов, опередив Россию по совокупному объему добычи нефти и газа.

Тем не менее, не многие могут похвастаться, что знают, как добывается и что такое сланцевая нефть, чем она отличается от «обычной» нефти и является ли угрозой для «классических» углеводородов.

Сланцевая нефть – это углеводородное сырье, содержащее в обилии дополнительные примеси. Значительные объемы такой нефти обнаружены в различных странах, и их добыча способна перекроить мировую карту поставщиков энергоресурсов.

Российская Федерация занимает лидирующие позиции по объемам запасов сланцевой нефти и газа, которые сосредоточены в Западной Сибири (Ачимовская и ). На втором месте по объемам разведанных нефтяных ресурсов находятся США. Третья позиция по найденным запасам сланцевой нефти принадлежит Китаю. При этом в КНР объемы залежей сланцевого газа превышают запасы черного золота.

Технология добычи сланцевой нефти

Сланцевая нефть расположена очень глубоко под землей и для ее добычи применяют специальные технологии, являющиеся наиболее перспективными по разработке подобных залежей.

На сегодняшний день сланцевая нефть может быть добыта двумя способами:
• шахтный – имеющий разнообразные варианты добычи сырья из скважины;
• открытый – широко применялся в прошлом. На сегодняшний день потерял свою популярность из-за высокой стоимости работ.

Традиционные месторождения содержат незначительный объем запасов углеводородов на планете – по мнению различных экспертов 1-3%. При этом низкопроницаемые сланцевые породы вмещают большие объемы топлива. Однако разработка таких месторождений довольно долго не получалась. Ситуация кардинально изменилась после того, как Джордж Митчелл объединил две технологии разработки скважин – горизонтальное бурение и фрекинг (гидроразрыв).

Технология добычи заключается в следующем. В первую очередь пробуривают вертикальную скважину до залегания нефтесодержащих сланцевых пластов. По достижении нефтяных сланцев формируют горизонтальный отрезок скважины путем изменения направления бурения. После чего происходит закачка специального жидкого состава – песок в водном растворе химических реагентов. Поступающее вещество разрывает пласт, в котором находится нефть, создавая множество трещин и образуя проницаемый коллектор. Процедуру гидроразрыва осуществляют несколько раз, увеличивая количество трещин, по которым находящиеся в породе углеводороды стекают в скважину. Песок в составе препятствует закрытию трещин.

Недостатки технологии гидравлического разрыва:

• Происходит быстрое старение месторождения. Среднее время «жизни» скважин 1,5-2 года, в течение первого года работы дебет снижается на 80%. Затем добычу останавливают и ищут новую скважину на значительном расстоянии от остановленных разработок.
• Отмечают выброс углекислого газа. Тем не менее, сейчас ведутся работы по созданию технологий по захвату выделяющегося газа. В дальнейшем для повышения эффективности разработки месторождений, полученный углекислый газ, планируют перерабатывать в электроэнергию.

Необходимо отметить, что технология разработки сланцевых месторождений находится на этапе своего становления. Затраты на добычу сланцевых углеводородов превышают себестоимость разработки традиционных нефтяных месторождений. В связи с этим в ближайшем будущем повтора сланцевого бума ожидать не стоит, как мы наблюдали с газом, при этом обнаруженные запасы сланцевого черного золота необходимо рассматривать как запасы энергетических ресурсов на будущее.

Атланты держат небо…

Сланцевая нефть — это полезное ископаемое, получаемое из залежей органического происхождения, представляющих собой продукты преобразования остатков растительных и животных организмов под воздействием геологических факторов.

Различаются два типа запасов сланцевой нефти. Первый тип представляет собой обычную нефть легких фракций, находящуюся в низкопроницаемых коллекторах. Добывают её с помощью бурения горизонтальных скважин и гидроразрывов пласта. В США этот тип нефти обозначен термином «tight oil» (tight — малопроницаемый).

Второй тип сланцевой нефти представляет собой нефть «shale oil», получаемую из находящегося в сланцевой породе керогена. Кероген – это вещество, которое еще не успело стать нефтью, но находящееся в процессе превращения в неё. Для того, чтобы ускорить это превращение кероген необходимо термически обработать, термическая обработка разлагает его на составляющие. Добыча подобной нефти — дорогое удовольствие, потому что мало просто «нагреть» скважины (что само по себе сложно), но и вокруг создать «замораживающие».

Существуют два способа добычи сланцевой нефти. Первый – это добыча сланцевой породы открытым способом. Нефтенасыщенная порода добывается при помощи буровзрывных работ, грузится в забое и через шахтный ствол подаётся на поверхность, где перерабатывается на специальных установках с выделением нефтяных фракций.

Второй предполагает бурение горизонтальных скважин с последующими множественными гидроразрывами пласта. Для разрыва пласта вводятся смеси воды, песка и химических веществ в газоносные породы под огромным давлением (500-1500 атм). Основная опасность для экологии при этом заключается в использовании большого количества химикатов, которые смешиваются с водой и песком. Химическая смесь пропитывает породу, что ведёт к загрязнению больших территорий, а также грунтовых вод.

Оба способа высокозатратные. Себестоимость первого 90-100 долларов за баррель, второго 50-60 долларов.

«Классическая» нефть, извлекаемая в России, обходится примерно в 15 долларов за баррель. В Саудовской Аравии — 8

Крупнейшие места добычи сланцевой нефти в США

• Баккен (Bakken). Штат Северная Дакота (3,65 млрд баррелей)
• Игл Форд (Eagle Ford). Техас (3 млрд баррелей).
• Монтерей. Центральная Калифорния (600 млн. баррелей)

Сланцевой революции мир обязан Джорджу Митчеллу

Он не открыл ни одного месторождения, не избрел способов добычи, но, руководя собственной компанией Mitchell Energy & Development Corp., упорно добивался рентабельности добычи сланцев. Начиная с 1980-х его компания экспериментировала с применением различных разновидностей гидроразрыва на сланцах месторождения Барнетт, расположенного в Техасе. Было потрачено много времени и денег, но объемы добычи оставались незначительными. Энтузиазм инженеров-нефтяников, бьющихся над решением задачи, давно угас. Все большее беспокойство проявлял и совет директоров компании. Но Митчелл был непреклонен. В конце концов, в 1998 году специалистам компании удалось подобрать подходящую технологию. И начиная с этого года добыча на месторождении начала бурно расти. К тому времени Митчелу было уже 80 лет! Сланцевая нефть, является полезным ископаемым, которое добывают из залежей органического происхождения, которые представляют собой остатки животного и растительного происхождения под воздействием времени и геологических факторов.

Сланцевая нефть делиться на два вида:

Первый вид - это обычная нефть состоящую из легких фракций,которая располагается в низко проницаемых коллекторах.Такой вид нефти принято добывать при помощи гидроразрыва пласта и бурения горизонтальных скважин.В Соединенных Штатах подобный вид нефти называют термином "Малопроницаемая Нефть" (tight Oil)

Второй вид сланцевой нефти называется "Сланцевая нефть"(shale oil),которую добывают из расположенного в сланцевой породе особого вещества - керогена.

Что такое кероген?

Это вещество,которое находиться в процессе превращения в обычную нефть.Что бы ускорить процесс превращения керогена в нефть,его термически обрабатывают.При термической обработке кероген разлагается на составляющие.Добывать такую нефть удовольствие не из дешевых,ведь нагрев скважины до определенной температуры весьма трудозатратное занятие.

На сегодняшний день сланцевую нефть добывают двумя способами

Первый способ - это когда насыщенная нефтью порода грузиться в забое и подается наверх,где ее перерабатывают в особых установках с получением нефтяных фракций.

Второй способ используют,когда нефтеносная порода находиться на большой глубине.Для того,что бы добыть нефть из глубины,бурят горизонтальные скважины,затем в скважину нагнетают воду.Далее создается гидродинамический удар в следствии которого порода в скважине начинает трескаться во множестве мест.В эти трещины и просачивается нефть,которая ранее находилась в породе.
Такая добыча является большой опасностью для региона.Поскольку метан и нефть попадают в грунтовые воды,а затем и водопроводы домохозяйств.Недавно стало довольно популярным видео на ютубе,где человек открывает на кухне кран,начинает течь вода,он подносит зажженную спичку к струе воды и та вспыхивает,как факел.

Эти два способа добычи сланцевой нефти очень трудозатратны и дороги.Себестоимость первого способа добычи порядка 90-100 долларов за бочку,а второго способа уже гораздо дешевле,50-60 долларов.
Российская нефть,которая добывается в Сибири стоит примерно 15 долларов за бочку.В Саудовской Аравии цена нефти еще дешевле и составляет всего 8 долларов (см. значение слова баррель).

Наиболее крупные места добычи сланца в США:

• Монтерей ,который расположен в Калифорнии (600 миллионов бочек)
• Баккен ,который располагается в Северной Дакоте (3,65 миллиардов бочек)
• Игл Форд расположенный в штате Техас(3 миллиарда бочек)

Собственно появлению относительно простых способов добычи сланцевой нефти мир обязан Джорджу Митчелу.

Хотя этот парень не открыл ни одного месторождения сланцевой нефти и не изобретал способы ее добычи,но имея собственную компанию "Митчел Энерджи",хотел сделать рентабельной добычу сланцевой нефти.

С начала 1980 годов его фирма занималась экспериментами с различными типами гидроразрывов на месторождении сланцевой нефти Барнетт,который расположен в Техасе.Хотя было затрачены гигантские усилия и потрачены большие средства,добыча по прежнему оставалась весьма низкой.Инженеры-нефтяники,которые начинали с Митчелом эксперименты,уже потеряли всю надежду и их энтузиазм значительно угас.Совет директоров компании весьма нервно реагировал на отсутствие,каких либо положительных результатов.Однако Митчелу,как говорится "попала возжа под хвост ",он не хотел бросать свои эксперименты.И лишь по прошествии почти двух десятилетий,ему наконец удалось подобрать нужную технологию.И именно с 1998 года добыча на месторождении сланцевой нефти начала бурно развиваться.К тому времени ему исполнилось уже 80 лет,но он осуществил мечту всей своей жизни.

Читайте еще: