Сланцевая нефть, сланцевый газ, горючие сланцы

Горючие сланцы - полезное ископаемое из группы твердых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти).
Сланцы в основном образовались 450 млн лет назад на дне моря из растительных и животных остатков.
При сгорании горючие сланцы выделяют тепло, а при термическом разложении - сланцевое масло (этот продукт является аналогом тяжелой нефти и используется как топливо вместо мазута), горючие газы и подсмольные воды.
Оба процесса сопровождаются образованием золы.

Сланцевая нефть - нефть 2^х видов (по принятой в США классификации):

• Shale oil - высоковязкая сланцевая смола, по плотности и вязкости значительно отличается от традиционной нефти. Получают из горючих сланцев после термического воздействия;
• Tight oil - легкая нефть, содержащаяся в плотных, низкопористых и низкопроницаемых коллекторах

Поиск сланцевой нефти требует новых технологий, потому что углеводороды присутствуют без видимой покрышки, не приурочены к поднятию и без классического газо-нефте-водяного контакта.

Легкая нефть

Легкая нефть (также известная как сланцевая нефть, сланцевая нефть или легкая нефть низкопроницаемых коллекторов), представляет собой легкую сырую нефть, содержащуюся в нефтеносных пластах со сверхнизкой проницаемостью, часто в сланцах или плотных песчаниках, но высокой нефтенасыщенностью.

Промышленная добыча из низкопроницаемых нефтеносных пластов требует того же гидроразрыва пласта (ГРП) и часто использует ту же технологию горизонтальных скважин, что и при добыче сланцевого газа.

Хотя сланцевую нефть иногда его называют «сланцевым маслом», в последнее время горючие сланцы и сланцевые углеводороды стали различать

Горючие сланцы - это горная порода, пропитанная керогеном, предшественником нефти.

Ныне Международное энергетическое агентство (МЭА) рекомендует использовать термин «легкая нефть в плотных породах» для нефти, добываемой из сланцев или других пластов с очень низкой проницаемостью.
Ранее, в отчете Мирового энергетического совета за 2013 г. использовались термины «плотная нефть» и «сланцевые породы».

Нефтегазоносные сланцевые пласты неоднородны и сильно различаются даже на относительно небольших расстояниях.

Низкопроницаемые коллекторы после ГРП можно разделить на 4 группы:

• имеют небольшую пористость и проницаемость матрицы, что приводит к трещинам, доминирующим как в емкости хранения, так и в путях потока жидкости;
• имеют низкую пористость и проницаемость матрицы, но матрица обеспечивает емкость, в то время как трещины обеспечивают пути потока жидкости.
• имеют микропористость коллектора с высокой пористостью матрицы, но низкой проницаемостью матрицы, что обеспечивает преобладание индуцированных трещин в путях прохождения жидкости;
• имеют макропористые коллекторы с высокой пористостью и проницаемостью матрицы, что обеспечивает как емкость, так и пути потока, а трещины только увеличивают проницаемость.

Из-за изменчивости дебита скважин, затруднена оценка результатов и принятия решений относительно рентабельности скважин.
Для добычи нефти из низкопроницаемых коллекторов требуется не менее 20 % природного газа в поровом пространстве коллектора, чтобы направить нефть к стволу скважины.
Трудноизвлекаемые запасы в резервуаре, содержащем только нефть, могут быть нерентабельны для добычи.
Образования, которые сформировались в морских условиях, содержат меньше глины и являются более хрупкими, и поэтому более подходят для ГРП, чем образования, образованные в пресной воде, которые могут содержать больше глины.
Образования с большим количеством кварца и карбоната более хрупкие.

По разным оценкам, запасы горючих сланцев и сланцевой нефти в мире оценены в 650 трлн т, в которых содержится 550 - 630 млрд т сланцевой смолы (искусственной нефти), что даже больше, чем разведанные запасы натуральной нефти.

Горючие сланцы

Горючие сланцы (ГС) - пиробитуминозные сланцы - осадочные породы карбонатно-глинистого (мергелистого), глинистого или кремнистого состава, содержащие 10-50%, редко до 60% сингенетичного осадконакоплению органического вещества керогена.

ГС имеют коричневую, коричнево-желтую, серую, оливково-серую окраску, листоватую или массивную текстуру.

Сланцевые толщи - это горные породы, состоящие из глинистых известняков и кремнезема, которые насыщены органическим веществом (ОВ).
Это основные нефтематеринские породы практически во всех нефтегазоносных бассейнах мира.

Tермин «Горючие сланцы» иногда применяют для обозначения всех высокозольных твердых каустобиолитов, содержащих органические вещества различного происхождения и различных условий преобразования (углистых, битуминозных и липтобиолитовых сланцев).

Kероген-сингенетичное осадконакоплению органическое вещество c высоким выходом смол при сухой перегонке, при ограниченном выходе битумов, экстрагируемых органическими растворителями при низкой температуре.
Он богат водородом и по его содержанию ближе к нефти, чем к углю.

Геологически кероген - это протонефть, его содержание в горючих сланцах составляет от 10% до 60-80%.

Исходным материалом органического вещества горючих сланцев служила биомасса преимущественно низших водорослей (сапропелевые компоненты), в меньшей степени - высших растений (гумусовые компоненты) и частично животных организмов.
Пo соотношению сапропелевых и гумусовых компонентов ГС подразделяются на:
сапропелиты (ГС Прибалтийского сланцевого бассейна, Bолжского бассейнов и Болтышского месторождения), сапрогумиты (менилитовые сланцы Карпат).

Oтличительная генетическая особенность органических вещества большинства ГС - его накопление в донных осадках при нормальном кислородном режиме.

Oрганическое вещество ГС характеризуется высоким содержанием водорода (7-10%), большим выходом летучих при термической переработке (до 90%), высокой удельной теплотой сгорания (Qbdaf = 29-37 МДж/кг).

Oсновные минеральные компоненты ГС - кальцит, кварц и глинистые минералы, подчинённое значение имеют полевые шпаты, пирит, акцессорные минералы.

Основные провинции сланцевой нефти:

• формация Баккен, формация Ниобрара, Барнетт и Игл-Форд в США,
• формация Р'Мах в Сирии,
• формация Саргелу в северной части Персидского залива,
• формация Атель в Омане,
• бассейн Аркаринга в Австралии,
• формация Чиконтепек в Мексике,
• нефтяное месторождение Вака Муэрта в Аргентине.

В России аналогом сланцевых отложений tight oil являются толщи:

• Баженовская свита в Западной Сибири,

• Аачимовские отложения в Западной Сибири,
  

• Доманиковые отложения Волго-Уральской нефтегазоносной провинции,

• Хадумская свита Предкавказья и др.

Российские сланцевые толщи:

• также представлены кремнисто-глинисто-карбонатными породами, обогащенными органикой и другими компонентами нефти в рассеянном состоянии (микронефть).

• органическое вещество в породах относится к категории «слабо- и умеренно концентрированного» и составляет 2,5-10 %, достигая 20-40 %.

Применение традиционных технологий добычи, традиционных технологий вывода углеводородов из нефтегазоматеринской породы в традиционные ловушки нефти и газа не дает результата. Более 70% от сгенерированных углеводородов остается в матрице генерирующей толщи.

Сланцевый газ

Из сланцевых месторождений добывают также сланцевый газ.

Лидером как в промышленной добыче и переработке ГС в СССР, так и локомотивом научных разработок и инноваций сланцевой отрасли промышленности была Эстония.
Вся энергетика Эстонии базировалась на технологии переработки горючих сланцев: при прямом сжигании получают тепло и электроэнергию, при глубокой переработке - нефтепродукты: сланцевое масло, а также высококалорийный газ, и химическое сырье, из которого производили сорбенты, фенолы, тиофеновые соединения, нефтеполимерные смолы и другую высоколиквидную продукцию.
Сланцевый газ в последнее время стал более популярен, чем ГС в связи с со стремительным развитием его добычи, особенно в США.

Локомотивом добычи сланцевой нефти и газа стали США после промышленного внедрения технологий гидравлического разрыва пластов (ГРП).
Преимуществом добычи сланцевых углеводородов является короткий жизненный цикл до7 лет при полной окупаемости.
Обычно в 1^й год добывается до 75% нефти, что невероятно для традиционных месторождений, где добыча в 1^й год составляет до 6% запасов.
Быстро окупаемые проекты привлекли малый бизнес, который и совершил сланцевую революцию в США на кредитные средства.

Основные сланцевые отложения в США:

• формация Баккен - нефтематеринские сильно битуминозные карбонатно-терригенные породы, с подчиненными прослоями глин. Осадки формировались в глубоководных, бескислородных толщах, с ограниченной циркуляцией воды, с обильным развитием планктонных водорослей. Такие условия сложились в результате некомпенсированного прогибания впадины Уиллистон. Погружение впадины, замедлившееся в позднедевонское время, сохранилось в центральной части впадины до начала пермского времени, с накоплением осадков идентичных формации Баккен.

• формация Игл Форд - нефтематеринские сильно битуминозные карбонатно-глинистые породы, сформированные в условиях окраины шельфа и континентального склона в меловой период. На территории Примексиканской впадины преобладающими были нисходящие движения. Также в это время произошла активизация вулканической деятельности, которая обогатила откладывающиеся породы железом и магнием. Привнос терригенного материала происходил в виде илов, как продукт разрушения из центрального Техаса.

Влияние сланцевой нефти на экономику

С 2014 г. добывающие компании сланцевой нефти увеличили производительность.
Это позволило им сохранить бизнес, несмотря на снижение цен на нефть, и продолжить бурение.
Когда они прекращают добычу, они хранят нефть в коллекторах.
Когда цены на нефть вернутся к равновесным 60 - 70 долл США/ баррель, компании могут начать добычу нефти из уже пробуренных скважин.
Так уже бывало, и это предотвращает дальнейший рост стоимости нефти.

Это важно, потому что цены на нефть определяются не только законами спроса и предложения.
Настроения инвесторов больше влияют на цены на нефть.
Они торгуют нефтью на мировых товарных биржах.
Трейдеры могут предлагать цену на нефть вниз или вверх, в зависимости от их предположений о факторах, влияющих на нефть.
В 2008 г. они создали нефтяной пузырь на рынке активов, подняв цену нефть сорта West Texas Intermediate до 145 долл США/ барр, а потом опустив до 30 долл США/ барр просто из-за страха, а не из-за значительного изменения спроса или предложения.

В 2011 г. цены на нефть выросли до 100 долл США/ барр, и добывающие сланцевую нефти компании снова активизировали начали бурение скважин и добычу.
Это привело к снижению цен в 2014 г.
Но сланцевые компании смогли удешевить добычу нефти, внедрив все более инновационные технологии.
Это сначала вызвало бум добычи сланцевой нефти в США, а потом привело к стагнации этой отрасли промышленности.