16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/256/16471.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 20 (256) октябрь 2014 года

Сланцевая революция: сенсационный прорыв или закономерный итог?

Энергетика: наука К. т. н. Анатолий ЖУРАВЛЕВ, директор ООО «НПФ «ЛЕНА» 3533

«Сланцевая революция» – миф или реальность? Сможет ли сланцевый газ вытащить мировую экономику из кризиса, заменить российский газ Украине и ЕС?

В статье рассматриваются достоинства и недостатки сланцевых газов и перспективы их добычи.



Немного информации о сланце

Внешне события вокруг сланцевого газа выглядят сенсационно. Крупнейший потребитель углеводородов – США, истощивший свои газовые запасы, вдруг вышел на первое место в мире по добыче газа и начинает его экспорт. К тому же на внутреннем американском рынке цены на газ упали до уровня российских (90‑110 долларов за 1000 кубометров) и почти в четыре раза ниже европейских с соответствующим повышением конкурентоспособности энергопотребляющих производств: металлургии, тяжелого машиностроения, химии, бумажной промышленности, электроэнергетики и других. Немалую выгоду получили и рядовые потребители, поскольку большинство домохозяйств в США газифицированы (рис. 1).



Прежде всего, следует иметь в виду, что США по общим запасам ископаемых органических топлив находятся на первом месте в мире. К ископаемым топливам относятся каменный и бурый уголь, горючие сланцы, тяжелая нефть (включая сланцевую), битуминозные песчаники, природный газ, обычная нефть, торф (последнего в США немного, но больше, чем во всей Западной Европе), частично исчерпаны (то есть не обеспечивают на 100 процентов потребление в стране). Имеется в наличии только природный газ и нефть, да и то при ограничении разведки и добычи в национальных парках, на шельфе и на Аляске (в связи с уязвимостью северной природы).

Геологические особенности севера Американского континента таковы, что по запасам углеводородов (нефть, тяжелая нефть, битуминозные песчаники и сланцы плюс природный газ плюс метан в геологических структурах, содержащих уголь и сланцы) он лидирует на планете и даже опережает район Персидского залива. Уже из названия «тяжелая нефть», «битуминозные песчаники», «битуминозные сланцы» вытекает, что эти углеводороды очень вязкие или вообще нетекучие. Они не фонтанируют, как обычная нефть, не перекачиваются по трубам, и, соответственно, добыча их и транспортировка сложны технически и затратны экономически. Однако развитые технологии толкают производство тяжелых (сланцевых) нефтей вверх: ожидается, что до 2020 года сланцевая добыча будет нарастать (рис. 2).



Четкой границы между горючими сланцами, битуминозными породами и тяжелой нефтью нет. Содержание углеводородов в этих породах зависит от геологической истории месторождения.

С другой стороны, горючие сланцы примыкают к битуминозным углям. Например, в Казахстане есть геологическая структура, где горючие сланцы соседствуют с пластами угля (Кендерлыкское месторождение с запасами 3,5 миллиарда тонн сланцев и порядка 1 миллиарда тонн угля, содержание смол в сланцах – 16‑17 процентов). В свою очередь ценность горючих сланцев определяется теплотворной способностью (при сжигании) и содержанием летучей органики – смол (при химической переработке).

Массовая термохимическая перегонка сланцев на сланцевую нефть с дальнейшей разгонкой на фракции впервые была налажена в Великобритании в Первую мировую войну в связи с трудностями доставки нефти вследствие германской подводной войны. Мощности по сланцевой нефти в 1917 году достигли 100 тысяч тонн в год. В Эстонии перед Второй мировой войной – 150 тысяч тонн. Эстонское производство во время войны германскими властями было расширено. Это одна из причин усиленной обороны в Прибалтике во второй половине войны. Японцы наладили производство сланцевой нефти в Маньчжурии и получали ее несколько сотен тысяч тонн в год. После войны в связи с дешевизной и доступностью нефти почти все подобные производства были свернуты.

Для дальнейшего раскрытия темы надо иметь в виду, что при разложении всех органических материалов без доступа воздуха выделяются метан и гидриды других элементов, в частности серы, азота, фосфора с выделением фосфинов (PH3, P2H6). То, что метан выделяется на свалках, болотах, в реакторах обезвреживания сточных вод, достаточно широко известно. Причем метан из биореакторов очистных сооружений и свалок используется в промышленных масштабах.

Нетрудно понять, что при образовании триллионов тонн горючих сланцев, углей и сотен миллиардов тонн тяжелых нефтей количество образующегося метана огромно. По порядку величины это сотни миллиардов тонн. Другое дело, что за сотни и десятки миллионов лет геологической истории месторождений большая часть метана (это легкий газ) улетучивается в атмосферу и окисляется кислородом (точнее, в основном озоном в верхних слоях атмосферы). Тем не менее в пластах сланцев и углей и в окружающих их породах сохранилось немало метана. По угольным месторождениям РФ запасы метана составляют суммарно половину промышленных запасов газа страны, то есть порядка 20‑30 триллионов кубометров. Следует иметь в виду, что газ рассеян в сотнях тысяч кубических километров горных пород. Тем не менее в Кемеровской области начата промышленная добыча метана из углевмещающих пород, что надо рассматривать как позитивный момент в развитии отечественной топливной промышленности. Это о запасах метана в недрах и его источниках.



Технологии добычи источников энергии

Уже в 1960‑х годах прошлого века в СССР начала внедряться кустовая организация добычи нефти. Суть в том, что с одного основания кроме одной вертикальной бурили до десятка наклонных скважин с отклонением от вертикали до 4 километров. Технология развивалась, и управляемость наклонного бурения достигла таких высот, что нефтяники ухитрялись попадать в вертикальную скважину с точностью до метра. Это было нужно для глушения аварийных скважин, когда газ под высоким давлением сносил бурильную вышку и загорался, превращаясь в рукотворный вулкан.

Довольно успешно применялся для увеличения нефте- и газоотдачи метод гидроразрыва пласта. В скважину гидронасосами нагнетали под давлением воду с песком или со стальной дробью. Вода под давлением до 1000 атмосфер разрывала породу, а шарики не давали трещинам закрыться при сбросе давления. А затем через трещины в скважину поступали нефть и газ из пласта. Впрочем, метод широко не использовался из‑за технической сложности и дороговизны. Разумеется, обеими методиками обладали совершенно независимо от советских разработок и американские нефтяники.

Последние четверть столетия заокеанская инженерная мысль неустанно трудилась над развитием упомянутых двух технологий. Их поощряло министерство энергетики США, а также Федеральная геологическая служба. Понятно, что исследования велись в тесном сотрудничестве с машиностроительными, электронными и химическими корпорациями.



«Если долго мучиться, что‑нибудь получится»

Данная цитата – бытовое изложение второго закона диалектики: «переход количества в качество». Помучились Соединенные Штаты с высокими ценами на импортные нефть и газ при постоянном дефиците торгового баланса и «пошли своим путем». Данные условия (высокие цены на углеводородный импорт) позволили экспериментировать, окупали капиталовложения в новаторские решения в технологиях добычи. Свою роль сыграли и объемные запасы сланцевого газа (см. таблицу). Смелые научно-технические идеи они довели до инженерного совершенства и коммерческой реализации. Отклонение наклонных скважин от вертикали достигает 10 километров, причем это не рекордный показатель, а обычная практика. При этом координаты скважины при бурении контролируются, что позволяет пробуривать в пластах горючих сланцев систему параллельных скважин. В свою очередь данная схема позволяет проводить гидравлический разрыв пласта на протяжении нескольких километров, захватывая огромные объемы горных пород.

Существенно, что зоны разрыва пласта по трещинам от разных скважин перекрываются. Таким образом, вскрываются газосодержащие породы колоссального объема, составляющего кубические километры. Газ из них по системе незакрывающихся трещин и скважин после освобождения их от буровой жидкости вырывается под большим давлением на поверхность. Схема метода такова, что при незначительной концентрации газа в сланцах выход его велик, поскольку в разработку вовлекаются колоссальные массивы горных пород. Пожалуй, таких пространственных масштабов мировая геология еще не знала. Ничего не скажешь, американцы подтвердили свою репутацию корифеев грандиозных проектов.

После отсоса газа из сланцевых пластов вполне возможна внутрипластовая термохимическая переработка сланцев по методу, предложенному Д. И. Менделеевым полтора века назад. То есть нагнетается воздух, поджигаются пиропатронами сланцы, а продукты сгорания и горячая сланцевая смола выходят через параллельные скважины. Более того, ведущим угольным компаниям просто необходима эта технология для очистки пластов и околопластового пространства от метана (который в данном случае будет товарным продуктом) и для подземной газификации угля по тому же способу Менделеева. Так что сланцы – только начало!

Автоматизация в энергетике,

Сланцевая революция: сенсационный прорыв или закономерный итог?Код PHP" data-description="«Сланцевая революция» – миф или реальность? Сможет ли сланцевый газ вытащить мировую экономику из кризиса, заменить российский газ Украине и ЕС?<br /> &lt;br&gt;" data-url="https://www.eprussia.ru/epr/256/16471.htm"" data-image="https://www.eprussia.ru/upload/iblock/60b/60b95115a94b303ae4ae6748621b726d.jpg" >

Отправить на Email


Похожие Свежие Популярные

Войти или Зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.