НАФТОГАЗОВИЙ КОНСУЛЬТАЦІЙНИЙ ЦЕНТР
UA RU EN

Сланцевый газ, гидроразрыв и другие звери

Последние семь лет я занимаюсь развитием предприятий нефтегазовой отрасли. Начинал с финансовой и кадровой реорганизации, прошел через создание буровых компаний и в итоге занимаюсь развитием сервисных нефтегазовых компаний. В отличие от добывающих компаний, которые владеют лицензиями, мы как раз те ребята, которые бурят, ремонтируют и закачивают-выкачивают. Думаю, что достаточно потешившись глупостями, которые рассказывают о сланцевом газе и гидроразрыве пласта, специалисты одобрят немного строк здравого смысла, а простые читатели несколько повысят свой общеобразовательный уровень, прочитав несколько слов о «магии, с последующим ее разоблачением.

Миф Первый. Сланцевый газ. Нетрадиционные углеводороды.

Никакого «сланцевого газа» для специалистов не существует. Этот термин был специально разработан и внедрен для частных и государственных инвесторов по всему миру, чтобы собрать деньги для разведки и эксплуатации месторождений нефти и газа в плотных коллекторах. Это если сказать одним словом, а если сказать несколькими, то это будет звучать так:
Нефть и газ, газовый конденсат не содержатся в земле в емкостях или пещерах – они содержатся и перетекают в мельчайших порах горных пород – если в породе есть сообщающиеся пустоты, то говорят, что это порода обладает коллекторскими свойствами. Если вы посмотрите невооруженным глазом на такую породу, вы не увидите ни нефти, ни газа, ни конденсата – это не губка или пемза, это обычный на вид камень. Надеюсь, вам когда-нибудь доводилось видеть, как вода просачивается сквозь камень на скальном разломе – это одно и то же. Невозможно без микроскопа увидеть эти поры или трещины – но они есть. Плотные коллектора – это породы, в которых этих микротрещин и микропустот – мало и они слабо сообщаются друг с другом. Например, мы это можем видеть в сланцах. Газ, или нефть, при этом, не называются и не есть исключительно сланцевыми.
Надо сказать, что и до сих пор неизвестно откуда этот газ произошел – известно, что это смесь метана и нескольких других газов. Одни считают, что этот газ (или нефть) возник благодаря разложению органики, другие, например Менделеев, считают, что это вода с железом поднимаются по разломам земной коры от ядра Земли, и, реагируя с породами, образуют углеводороды. Мне, как астроному-любителю, верится в то, что нефть и газ присутствуют в составе и структуре Земли изначально, подтверждением тому являются все планеты гиганты и их спутники. Эта теория, во всяком случае, объясняет причину образования залежей нефти и газа под гранитными плитами во Вьетнаме и других странах, где осадочные породы остались высоко вверху.
Значит, сланцевым или любым другим залежам нефти или газа не выдан копирайт на слово «газ» или «нефть». С тех же успехом мы могли бы всякий раз называть газ или нефть, например Американской, Российской, Украинской – в зависимости от того, где мы ее добываем. Но это неудобно для маркетинга. А вот «природный газ», «сланцевый газ», «сланцевая нефть», «нетрадиционные углеводороды» или «метан угольных пластов» - удобно. Но мы то теперь знаем, что речь идет о всё той же смеси метана, пропана, азота, этана (и других газов, но в основном – метана), как и во всех остальных «традиционных» случаях.
Я так подробно остановился на этом мифе, потому что его «разрушение» необходимо нам для разоблачение следующего:

Миф Второй. Новейшие методы добычи нетрадиционных углеводородов. Гидроразрыв пласта и горизонтальное бурение.

Начну с горизонтального бурения. Все бурение на море – это горизонтальное бурение. Слишком дорого перемещать платформу. Я надеюсь, вы знаете о том, что бурение на море появилось раньше «сланцевой революции».
 
Теперь давайте разберемся с новизной гидроразрыва пласта. И с новизной в нефтегазовой промышленности вообще.
Братья Нобель прославились не только тем, что учредили одноименную премию и изобрели динамит – это российские промышленники, которые внедрили методы бурения и транспортировки, не нового бурения, а именно массового бурения как такового при добыче углеводородов и построили нефтепровод. Но были ли они первыми? С удовольствием обращаюсь к статье в журнале «Буріння» под авторством Куротчина, Данчишака, Михалевича, в которой рассказывается о том, что еще в седьмом веке нашей эры, на Украине, долбились скважины глубиной до 200 метров именно для добычи нефти. Но только братья Нобель смогли заложить фундамент в создание современной нефтегазовой промышленности. Они развернули проекты полного цикла – разведку, добычу, транспортировку и переработку.  Проекты - которые переросли в отрасли мировой экономики.
Затем, после первых войн Советский Союз и Канада, США, смогли создать крупнейшие нефтегазовые научные центры в Ивано-Франковске, Москве, Эдмонтоне и Хьюстоне. Вам может быть странно видеть в этом списке Ивано-Франковск и Москву – мы привыкли относиться к себе уничижительно, но каждый пятый инженер по бурению и добыче нефти и газа в мире – выпускник Ивано-Франковска или Губкина. А среди русскоязычных инженеров – каждый второй.
Это вступление для разрушения мифа я начал не для того, чтобы в очередной раз подчеркнуть первенство Украины во всех мировых достижениях, а для того, что бы вам стало понятна ситуация в современной промышленности: дело не в ноу-хау, а в том количестве ресурсов (денежных, материальных, человеческих) которые вы можете привлечь в отрасль. То, что тысячу лет назад уже добывалась нефть из скважин не сделало Украину «нефтегазовой державой», но вернемся к гидроразрыву.
Ежегодно Россия и Беларусь производит более двух тысяч гидроразрывов пласта. При этом, как вы можете догадаться, речь не идет о добыче «сланцевого газа и других нетрадиционных углеводородов». Белоруснефть создало подразделение, которое уже произвело более двухсот гидроразрывов пласта. На территории Белоруссии находится американский завод по производству оборудования для гидроразрыва. Белорусы делают сотни гидроразрывов, а Украина  - несколько единиц в год.
А теперь давайте сравним с Северной Америкой – Канадой и США.
CalFrac, Trikan – крупнейшие канадские компании-конкуренты на рынке гидроразрыва пласта производят несколько десятков гидроразрывов в день! Более семи тысяч в год! И это, только две компании. Правда каждая из них стоит по несколько миллиардов долларов.
Так какие же технологии являются «новейшими в сфере добычи нетрадиционных углеводородов»? Это технология задейстования рыночных рычагов, бирж, привлечения частных инвесторов, модернизация оборудования – именно те технологии, которые у нас не работают, и у нас нет опыта по их применению.
А если говорить о технических новинках – еще раз повторю, что сейчас Россия и Беларусь производит более двух тысяч гидроразрывов ежегодно.
В заключении, хотел бы привести две цитаты из последнего журнала Спилки Буровиков Украины, это выдержки из замечательной статьи Николая Филимоненко:
«В 1976 г., после окончания Донецкого политехнического института по специальности «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых», я был направлен Макеевскую геологоразведочную экспедицию производственного объединения «Укруглегеология». В то время в Донбассе велись масштабные работы по эксплуатационной разведке и переоценке запасов угольных месторождений. Поскольку тогда страна ориентировалась только на собственные энергетические ресурсы, которые должны были гарантированно обеспечивать потребность постоянно расширяющихся энергоемких базовых отраслей промышленности, дефицита энергоносителей нельзя было допустить.
Чтобы снизить вероятность внезапных выбросов угля и газа при разработке угольных пластов, в Донбассе начались промышленные испытания метода направленного гидравлического расчленения угольных пластов в целях предварительной их дегазации. Идея метода принадлежала доктору технических наук, профессору Московского государственного горного университета Ножкину Н. В. Она заключалась в закачивании через скважину в предварительно вскрытый выбросоопасный угольный пласт большого количества жидкости, содержащей наполнитель (например, опилки), с последующим ее удалением из пласта. Вначале за счет горного давления, а затем за счет откачки с помощью погружных насосов. Таким образом, пласт под действием несжимаемой жидкости должен был деформироваться. В нем должны были развиться старые и образоваться новые трещины, что привело бы к снятию напряжений в пласте, которые, по мнению ученых, являлись одной из вероятных причин внезапных выбросов угля и газа [1, 2, 3]. При этом в трещинах оставался наполнитель, препятствующий полному их закрытию после откачивания жидкости. Это должно было повысить проницаемость образовавшегося пористо-трещинного коллектора и способствовать лучшему выходу газа…»
«Вскоре появились и первые положительные результаты работы нашего участка, подтверждающие перспективность гидроразрыва угольных пластов. В 1979 г. лава подошла к предварительно разорванному выбросоопасному пласту на поле шахты имени А. А. Скочинского. Зона, подвергнутая гидроразрыву, была благополучно отработана. Конечно, гидроразрыв не мог не повлиять на состояние угольного пласта. Это создало серьезные проблемы горнякам во время отработки зоны влияния гидроразрыва. Но на-гора выдавался уголь, а не тела погибших от внезапного выброса шахтеров.
К этому времени участок мог проводить большие объемы работ. Если раньше Макеевская ГРЭ арендовала насосные и пескосмесительные агрегаты в Полтавской тампонажной конторе, то теперь были куплены четыре новеньких насосных агрегата 4АН-700, пескосмесительный агрегат и многое другое оборудование. На базе Полтавской тампонажной конторы были подготовлены свои машинисты насосных установок. Застой, о котором мы узнали позже, как-то не ощущался. Честно сказать, головы поднять было некогда.
На тот период были подвержены гидроразрыву пологие выбросоопасные угольные пласты на полях шахт им. М. И. Калинина и А. А. Скочинского (Донецк), шахты №21-бис (г. Макеевка), шахты им. 18 партсъезда (г. Шахтерск), крутопадающие пласты поля шахты Румянцева (г. Горловка).»

Миф Третий. Экологическая катастрофа, землетрясение и отравленная вода. Много отравленной воды!

Начну с «огромного количества воды» необходимого для  бурения скважины и гидроразрыва пласта.
Скважина представляет собою горную выработку, диаметр которой намного меньше его длины. То есть – отверстие круглого сечения, в которое потом вставляются трубы.
При бурении, берут порородоразрушающий инструмент, буровое долото, крепят к концу бурильной трубы, и с помощью вращательных механизмов разного типа (двигателей сверх и снизу, специальных турбин), передают вращение на долото и оно «сверлит» породу. Долото нагревается и его надо охлаждать. Кроме того, надо как-то выносить на поверхность выбуренную породу. Кроме того, стенки скважины осыпаются, и их надо укреплять. Для этого используется буровой раствор, основой которого служит вода.
Сколько же надо этой воды?
Для того, чтобы начать бурить глубоко, надо вначале поставить первую колонну труб, она служит для того, чтобы не размывалось устье скважины и не происходило загрязнение верхнего, водоносного слоя. Глубина установки такой колонны труб в среднем 300 метров, диаметр отверстия  - 700 мм. Буровой раствор предоставляет собой простую воду, в которую, иногда, добавляют глину. Итак, по формуле «площадь круга умноженная на высоту» находим объем воды, пи, умножаем на квадрат радиуса, 0,35 метра и умножаем на 300 метров. Получаем 115 кубометров воды. Запомним эту цифру. На самом деле используются немного другие формулы основанные на постепенном расходе, но понятно, что общий объем раствора в скважине не больше ее размера.
Вы, вероятно, обращали внимание на то, что, чем выше аквариум – тем толще у него стенки, так и при бурении столб жидкости давит на стенки скважины. Что происходит с аквариумом, если стенки его недостаточно прочны для столба давящей воды? Правильно! Стекло лопается! То есть – происходит гидроразрыв аквариума.
Конструкция скважины. Презентация компании Shell
Во время бурения скважины часто встречаются участки, в которых могут происходить вот такие гидроразрывы, поэтому стенки укрепляются трубами, а трубы цементируются от самого нижнего конца и до самого верха.
Значит, наши 115 кубов воды, вынесли наверх 115 кубометров грунта в специальные бассейны – отстойники. Порода отстоялась, а вода с глиной пошла бурить участок под следующую колонну, обычно длинной около 1000 метров. При этом раствор у нас все та же глина и вода. Но так как внутренний диаметр трубы меньше наружного, то и расход воды у нас меньше. Оставим пару сантиметров на каверны, и видим уже цилиндр радиусом 0,2 метра и высотой километр, получаем 163 кубометра воды. Но постойте, наши 115 никуда не девались! Значит всего 50-60 кубов дополнительно.
Снова вставляется колонна труб, снова она цементируется сверху донизу. А теперь внимание! По требованиям строительных норм и правил, эта колонна, должно быть проверены на герметичность и на избыточное давление. Это правило существует уже десятки лет. Если колонна и заколонное пространство первых двух труб не герметичны, дальнейшее бурение не осуществляется. Опресовывают трубы  от пяти мегапаскалей и выше. В любом случае это давление на 10% выше, чем может быть при любых условиях эксплуатации.
Я надеюсь, что вам было интересно узнать, как бурится скважина, потому что, если вы поняли о чем я написал, вы теперь можете быть уверены, что ни одна нефтяная или газовая скважина не бурится так, чтобы внутрь ее, или из нее что-либо перетекало. Эти перетоки ведут к тому, что ни бурить, ни добывать из нее – невозможно. Если такое происходит, миллионы долларов попросту заливаются бетоном, и все!
Давайте подытожим: мы с вами пробурились до глубины в 1300 метров, имеем две (иногда три) трубы вложенных друг в друга, и зацементированные снизу доверху, и использовали, но не израсходовали 165 тонн воды. Потому что она у нас никуда не далась, и все также находится в амбарах-отстойниках.
Диаметр труб, используемых для строительства скважины глубиной четыре километра, редко превышает девять дюймов, значит объем воды, задейстованный для бурения, не превышает 250 кубометров.
Если вы приедете на скважину, вы увидите эти амбары-остойники, в которых накапливается выбуренная порода. В некоторых случаях используется безамбарный способ бурения -  тогда вся очистка и рециркуляция происходит в закрытых емкостях.
Теперь перейдем к гидроразрыву пласта. Мировая тенденция его применения такова, что сейчас гораздо продуктивнее делать несколько малообъемных гидроразрывов пласта вдоль горизонтального участка скважины. Объем таких закачек от 3 до 20 тонн.
Встречаются и крупнообъемные гидроразрывы. Например, Полтавская газонефтяная компания, PPC, провела разрыв объемом 1200 тонн. До этого, и я принимал в нем участие, самым крупным был разрыв объемом в 600 тонн кислотного геля.
Что представляет собой гель, и насколько это опасно для окружающей среды и для вас лично?
Состав жидкостей гидроразрывов пласта
Первое, как мы уже с вами установили, колонны труб, из которых состоит скважина - герметичны. Более того, если бы они не были таковыми – скважина бы не могла быть пробурена.
Перед тем как производить разрыв пласта это наново проверяется. Водой. Далее, проверяется, может ли пласт порваться, для этого проводят миниразрыв, по нему уточняют, какая получится трещина и получится ли закачать необходимый объем.
Одна из «страшилок» состоит в том, что «мы не знаем, что нам закачивают» - знаем, потому что часто заказчик сам закупает химреагенты. Продвинутые компании скрывают «секретные рецепты под собственным брендом», допустим. Белорусы, например, не скрывают – сейчас были получены специальные КДОФы – карты опасных факторов, на рецептуры Сервис Ойл – они предоставляются в комиссии, да и просто идут в комплекте с другой разрешительной документацией. Реагенты закупаются не на «черном рынке биологического оружия», а у обычных поставщиков химреагентов и они, практически все,  не сильно отличаются от состава шампуней и жидкого мыла. Пить, конечно, я бы их не стал, но и в обморок не упал бы. Просто смыл бы водой при попадании на кожу и все.
Вернемся к 1200 тоннам кислотного геля, который мы закачали на глубину в четыре километра. Может ли он попасть к нам в огород, или в реку?
Самая «высокая» трещина, которая была получена во время гидроразрыва пласта была получена на месторождении Барнетт – ее «высота» составила 600 метров. Значит жителям Полтавской и Харьковской областей бояться нечего.
Теперь о величине трещин и о землетрясениях – проблема гидроразрыва в том, что трещины схлопываются, и это значит, что их надо как-то закреплять. Крепятся они песком диаметром около одного миллиметра. По сравнению с горными шахтными выработками, на которых все еще стоит Донецк – и говорить нечего! Или, например, если мы сравним скважину, с сооружением превышающем по величине и по экологической опасности скважину, которую бурит Shell  в несколько раз. Я говорю о ливневой канализации небольшого села.
Мы уже говорили, что скважина – это труба вместимостью в 200 тонн жидкости, говорили про то, что самый крупный гидроразрыв на Украине составил 1200 тонн, а теперь давайте посмотрим на райцентр после  майского дождя:
  • Ливневая канализация, диаметром 500 мм вокруг центральной площади, длинной 200 метров – переполнена. В образовавшуюся промоину, в небольшой овраг, сливаются ливневые воды объемом 4 тонны в минуту. Эта вода представляет раствор солей и масел, выхлопных газов, которые накопились за зиму в пыли и грязи га поверхности асфальта.
  • Дальше по улице, после дождя, моют свои машины четыре домовладельца
  • В конце улицы, на частной мойке, скопилась очередь еще из нескольких автомобилей, в том числе и владельца автомойки – председателя села.
  • Из сообщений гидрометцентра, мы узнали, что выпало 20 мм осадков за прошедшие сутки – треть месячной нормы.
  • А на рынке, с большой кучи мусора, которая всегда образовывается после «базарного» дня, весело сбегают ручейки дождевой воды и попадают во все ту же ливневую канализацию, которая несет свои воды в ближайший овраг.
Постойте, если длина дорог в райцентре составляет 10 километров, а центральная площадь – 100 на 100 метров, значит, только дождь три раза в месяц производит гидроразрыв пласта! А что говорить о сливных ямах, и об удобрениях, которые, не всегда, но часто, применяются на полях и огородах? И происходит это не на глубине в четыре тысячи метров.
О землетрясениях. Тут вообще все очень печально, я говорю о здравом смысле. Закон сохранения энергии утверждает, что она – энергия – ниоткуда не берется, и никуда – не исчезает. Значит землетрясение от гидроразрыва пласта равно ровно такому же количеству энергии, который производит насосный агрегат вверху, на земле. Он, конечно, очень мощный, но перевернуть землю - не в состоянии. Сейсмические волны при гидроразрыве пласта обнаруживаются только специальными датчикам, а сам момент гидроразрыва заметен только по работе приборов.
Многие думают, что землетрясение может быть из-за проседания породы. Это было, но, к сожалению, возможно только в пластах очень большой емкости и не у нас. Максимальный толчок был амплитудой в три бала, кажется это произошло в районе угольных шахт в Великобритании.
 

В заключении, я хотел бы сказать, что всем должны заниматься специалисты, даже антисланцевой пиар-компанией и почаще пользуйтесь здравым смыслом и калькулятором!