Экологические проблемы сланцевого газа

В последнее время в мире возник чрезвычайный интерес к использованию в качестве топлива природного газа, получаемого из горючих сланцев.

Некоторые ученые считают, что сланцевый бум возник из-за политизации мировой энергетики и соответствующего ажиотажа вокруг этой проблемы, другие - считают, что использование природного сланцевого газа (ПСГ) может полностью вытеснить из рынка природного газа газ - метан, запасы которого существенно ограничены.

Что собой представляют горючие сланцы, почему они привлекли такое повышенное внимание мировой общественности?

Горючий сланец - полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Сланцы в основном образовались 450 миллионов лет тому назад на дне моря из растительных и животных остатков.

Горючий сланец состоит из преобладающих минеральных (кальциты, доломит, полевые шпаты, кварц, пирит и др.) и органических частей, составляющих 10-30% от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50-70%.

Органическая часть является био- и геохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение или потерявшим его.

Основные ресурсы - около 21,8% сланцевого газа сосредоточены в США и Канаде. Большие запасы есть в Южной Америке -13,1%, КНР и Индии -22%. Австралии -16%, Ближнем Востоке -14%, России-5%, меньшие - в Болгарии, Украине, Великобритании.

На востоке Европы добыча и переработка горючих сланцев развита в Эстонии, где действуют шахты и работает Кохтла-Ярвеский музей сланца. Российская часть того же месторождения не разрабатывается.

По разным оценкам, в мировых запасах сланца содержится от 550 до 630 миллиардов тонн сланцевой смолы (искусственной нефти), то есть в 4 раза больше, чем все разведанные запасы натуральной нефти.

В России запасы Волжского бассейна представляют 16,8 трлн. м³ сланцевого газа, не менее 5,6 млрд. тонн жидких углеводородов (сланцевой нефти), более 39 млрд. тонн сырья для производства цемента.

Среди разведанных российских месторождений можно выделить:

Ленинградское

Яренгское и Айювинское (Республика Коми)

Кашпирское под Сызранью, Озинкское в Саратовской области и Общесыртовское в Оренбургской области

Месторождения на востоке Мордовии, в Чувашии, Кировской и Костромской областях.

В США в больших объемах осуществляется добыча сланцевого газа из сланцевых месторождений. Для его выделения из них применяется горизонтальное бурение и гидравлический разрыв пласта.

Благодаря сланцевой революции начала XXI века США стали крупнейшим производителем сланцевого природного газа в мире, что повлекло падение мировых цен на этот энергоноситель.

Горючие сланцы содержат 2,8-3,3 трлн баррелей извлекаемой нефти. Согласно исследованию компании RAND, производство нефти из сланцев в США станет прибыльным при цене 70-95 долларов за баррель. Этот порог пройден в 2007 году.

Серьёзной проблемой является неэкологичность производства нефти из сланцев. Так, австралийский проект по производству нефти из сланцев был закрыт в 2004 году благодаря усилиям "зеленых».

В России установка по производству сланцевого бензина и газа была построена в начале 70-х годов на сланцеперерабатывающем заводе в Ленинградской области в городе Сланцы, но дальше экспериментов дело не пошло.

Полученный на установке сланцевый газ имел, как правило, большое содержание негорючих балластных компонентов - диоксида углерода, азота и сероводорода. Выпускались также две марки сланцебензинов: газовый и тяжелый.

Первый термохимически выделяли из газа камерных печей, второй -из фракций сланцевой смолы. Но они нуждались в дальнейшей дорогостоящей переработке, чтобы достичь сходства с обычными бензинами.

В России из сланцев делают около 70 полуфабрикатов и готовых товаров, но сланцевую нефть и нефтепродукты практически не выпускают.

Добыча нефти из сланцев оказалась экономически невыгодной из-за дорогостоящей переработки и загрязнения среды обитания. Добыча нефти из угля оказалась более целесообразной. Но отказ в 70-е годы от дальнейших исследований по получению газа из сланцев в городе Сланцы Ленинградской области привел к серьезному вакууму в теории получения газа из сланцев - самой распространенной в мире осадочной породы с небольшой глубиной залегания.

Сейчас представляется целесообразным возобновить недостаточно обоснованное прекращение опытных работ по получению ПСГ в этом знаменитом городе Сланцы - детище Сергея Мироновича Кирова, еще тогда обратившего внимание на преимущества добычи газа с небольших глубин залегания.

Особое развитие этих работ получило в США в настоящее время, когда была разработана технология горизонтального бурения в сланцевом пласте и осуществления в нем так называемого гидроразрыва пласта (ГРП) с высоконапорной закачкой в пласт песка и воды со специальными реактивами и производства серии гидравлических ударов по длине пласта.

Указанная технология позволила существенно увеличить дебит газовой сланцевой скважины и после освоения технологии очистки сланцевого газа от диоксида углерода и сероводорода в США добыча сланцевого газа (практически метана) достигла в 2012 году 214 млрд кубических метров (35% от добычи природного газа в России).

Это привело к серьезному разбирательству вокруг сланцевого вопроса и падению цены на природный газ. Однако исследования успешно продолжались и, несмотря на опасность загрязнения грунтовых вод при ГРП, дороговизну технологии очистки газа и быструю истощаемость скважины после ряда ГРП, американцы рассчитывают через 10 лет догнать и перегнать Россию по добыче природного газа. Хотя стоимость транспортировки сланцевого газа из США в Европу может существенно превысить стоимость прокачки природного из России по Северному и Южному потоку.

Этот вопрос выходит за рамки содержания статьи, однако его развитие может отразиться на всей энергетической доктрине нашей страны.

Рассчитывать на то, что, как заявил министр энергетики России Шматко, разработка сланцев является«ненужным и ажиотажным» делом говорит о слабости и недальновидности.

Пока американцы занимаются совершенствованием сланцевой техники и доведением технологического процесса до достигнутых в добыче природного газа экономических характеристик, необходимо в течение 2 - 3 лет восстановить и развить опытные работы на сланцеперерабатывающем заводе в г. Сланцы Ленинградской области для того, чтобы убедиться прав или неправ министр природопользования Трутнев, заявивший, что возникший «сланцевый ажиотаж», это проблема для Газпрома.

Завод Сланец сегодня в основном занимается прокалкой кокса для нужд металлургической промышленности. Восстановление сланцевого производства на этом заводе видимо является самым коротким путем для подтверждения или отрицания американской информации о так называемом природном сланцевом газе ( Natural shale gas).

Американские ученые считают, что ресурсы сланцевого газа неисчерпаемы, так как идет дегазация глубинного водорода и, прямо сейчас, водород, реагируя с углеводородами, образует метан. При разрыве пласта метан по вертикальной скважине собирается в наземные хранилища (технология фрекинга).

Американские специалисты предполагают, что цена на сланцевый газ может упасть до $60 за баррель - это катастрофа для Газпрома. Особый интерес в связи с нарастающим дефицитом нефти представляет производство из сланцев авиационного керосина по разработанной в России академиком В.Н. Ипатьевым в 1935 году технологии парофазной гидрогенизации. При Сталине Ипатьев был лишен советского гражданства и звания академика. Полностью реабилитирован в 1989 году, через 37 лет после смерти.

Американская технология добычи сланцевого газа предусматривает следующие этапы. С помощью буровой установки разрабатывают вертикальную скважину на глубину залегания сланцевого пласта. Затем бур отклоняют от вертикали и осуществляют горизонтальное бурение вдоль сланцевого пласта, после чего бур вытаскивают и в пласт под давлением 50 - 100 МПа впрыскивают смесь воды, песка и специальных реагентов.

Гидроразрыв пласта осуществляется с помощью гидравлического удара, образующегося за счет воздействия высоконапорной водосодержащей струи, разрывающей возникшие в пласте газовые карманы. Сланцевый газ по вертикальной скважине направляется в наземные хранилища.

Теория гидроразрыва сланцевого пласта разработана советским академиком С.А.Христиановичем в 1953-м году. Он предложил также осуществлять ГРП плазменным или инфразвуковым воздействием на пласт. Наш ученый разработал, а использовали американцы. Разве это не разгильдяйство? Описанным выше способом американцы разработали более 4000 скважин.

Применение сланцевого газа в быту и промышленности имеет не только преимущества, но и недостатки.

Главное преимущество сланцевого газа состоит в том, что горючих сланцев на планете так много, что природный газ глубокого залегания (3,5 - 6,5 км) не может с ними конкурировать: их запасов хватит на несколько сот лет.

Сланцевый газ представляет определенную опасность для экологии, Дело в том, что технология ГРП требует поддержания заданной пористости пласта. Для этого используются различные химикаты, содействующие раскрытию пор. Сюда относятся соли органических кислот, отходы нефтепереработки и даже соляровое масло (дизельное топливо).

Кроме этого, сами сланцы в своем составе содержат небезопасные примеси сероводорода, аммиака и диоксида углерода. Все эти вещества загрязняют атмосферу и артезианскую воду, являющуюся источником питьевого водоснабжения.

Особое внимание нужно уделить технологии ГРП, которая требует для своего осуществления создание ударного воздействия газа сверхвысокого давления (до 100 МПа). Такое давление особо опасно для неглубоко залегающих горючих сланцев.

В связи с необходимостью бурить примерно в 100 раз больше скважин, чем обычных - метановых, мощные гидравлические удары могут повредить артезианские скважины и, в связи с образованием огромных каверн, фундаменты близко расположенных высотных зданий.

При осуществлении гидравлического удара используется большое количество пресной воды, которую можно считать безвозмездно потерянной. И, наконец, учитывая строгие требования Гринпис к чистоте атмосферного воздуха, придется разработать более эффективные средства его очистки с использованием последних достижений нанотехнологии.

По сравнению с обычными газовыми скважинами скважины сланцевого газа из-за снижения пористости образовавшегося после ГРП конгломерата быстро истощаются и время их эксплуатации измеряется не годами, а месяцами.

Последнее, что надо иметь в виду для европейских стран, где плотность населения весьма высокая, разработка огромного количества скважин потребует выделения больших открытых площадей, имея в виду, что с каждого квадратного километра площади можно получить в год от 0,2 до 3,2 млрд кубических метров сланцевого газа.

Особую осторожность при использовании сланцевого газа проявляют Гринпис и Корнелльский университет в США.

В Австралии в 2011 году наложен запрет на добычу сланцевого газа на 20 лет. Во Франции использование ГРП с июля 2011 года является незаконным. Фрекинг запрещен также в Румынии и Болгарии.

Интересно отметить, что проведенные тестовые проверки ГРП нефтяного пласта на месторождении имени В.Филановского в северной части Каспийскаого моря прошли успешно: приток нефти вырос в 20 раз. Но это только для нефтяных пластов.

Остается только сожалеть, что Министерство энергетики Российской Федерации, Газпром и Росимущество необоснованно закрыли производство сланцевого газа и бензина на заводе Сланец, несмотря на возражение коллектива завода выставили его на торги, то есть на распродажу. И никого за это не привлекли к ответственности.

В заключение отметим, что современный бум вокруг сланцевого газа, конечно, может быть вызван и политическими мотивами - недоброжелателей у России хватает.

Но нужно иметь в виду, что запасы природного метана глубокого залегания видимо в этом веке подойдут к концу и каким бы не был плохим сланцевый газ, придется его использовать еще много лет, приняв меры по его облагораживанию и обеспечению экологической безопасности населения.
А далее последует водородная энергетика.

Поскольку Россия немного запоздала в этом вопросе, необходимо в кратчайшие сроки восстановить экспериментальную базу в городе Сланцы и постараться приблизиться к технологическому уровню добычи сланцевого газа, достигнутому американцами.