Сланцевая нефть и сланцевый газ

Сланцевая нефть и сланцевый газ

СЛАНЦЕВАЯ РЕВОЛЮЦИЯ США И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ РЕСУРСОВ НЕФТИ И ГАЗА РОССИИ

Публикация в научно-техническом журнале «Нефть. Газ.» №4/2014


Автор: Михаил Толкачев, Владимир Толкачев, 04 ноября 2013

Поиски месторождений нефти и газа, руд черных, цветных и благородных металлов, алмазов, урана и золота, а также других видов природного сырья производятся сегодня практически на всех континентах, на шельфе и дне Мирового океана. Их разработка все чаще осуществляется в экстремальных географических и климатических условиях. Глубина карьера для открытой добычи меди и золота достигла уже 1 200 м (Каньон Бингхем, США), отдельные шахты подошли к рубежу в 4 км (золоторудная шахта Таутон, ЮАР), Кольская вертикальная скважина в России пробурена на глубину 12 262 м. Соизмеримую с ней длину горизонтальных стволов достигли скважины сахалинских нефтегазовых проектов. Бурение на нефть и газ в морях и океанах проводится сквозь толщу воды в несколько километров.

Рост потребностей в минеральном сырье и современный уровень развития науки и техники создали условия для рентабельного использования новых ресурсов, которые ранее учитывались лишь для отдаленной перспективы. С недавних пор они получили наименование нетрадиционных (альтернативных, необычных) ресурсов. К ним относятся различные виды топливно-энергетических ресурсов – тяжелая высоковязкая нефть, битуминозные породы, метан, содержащийся в углях, растворенный в подземных водах, залегающий в газогидратной форме, а также многочисленные виды твердых полезных ископаемых и минеральных вод. В их числе железо-марганцевые конкреции Мирового океана (комплексное сырье для получения марганца, железа, никеля, меди, кобальта, ванадия, хрома, титана, молибдена и др.), морские конкреции фосфоритов, некимберлитовые алмазы, ванадийсодержащие нефти, битумы с промышленным содержанием титана, циркония и урана, оловянные и золотоносные россыпи шельфовой зоны, а также различные виды рассолов и минеральных новообразований глубинных разломов морского дна и многие другие.

По мере совершенствования знаний о геологическом строении Земли, под воздействием спроса и достижений научно-технического прогресса ежегодно неуклонно увеличивается не только масса вовлекаемых в производство полезных ископаемых, но и увеличивается их ассортимент. На объективный характер этого процесса обращал внимание Владимир Ленин*, который писал: «Не только открытые уже источники сырья имеют значение для финансового капитала, но и возможные источники, ибо техника с невероятной быстротой развивается в наши дни, и земли, непригодные сегодня, могут быть сделаны завтра пригодными, если будут найдены новые приемы, … если будут произведены большие затраты капитала. То же относится к разведкам относительно минеральных богатств, к новым способам обработки и утилизации тех или иных сырых материалов и пр.». В приложении к нефтегазодобыче таким новым революционным приемом интенсификации притока газа и нефти стал гидроразрыв продуктивного пласта.

Россия по-прежнему обладает значительными ресурсами нефти, которые составляю примерно десятую часть мировых запасов. По сообщению министра природных ресурсов и экологии Сергея Донского, по состоянию на начало 2012 года разведанные по промышленным категориям А, В и С1 запасы нефти составляли 17,8 млрд т и предварительно оцененные по категории С2 – 10,9 млрд т.

 

На этой базе в 2012 году добыча нефти с конденсатом в России составила 518 млн т, что на 1,3% выше, чем в 2011 году. Основной вклад в положительную динамику добычи нефти внесла разработка новых местрождений в Красноярском крае – Ванкорского, в Иркутской области – Верхнечонского, в Республике Якутия – Талаканского и Алинского, на юге Тюменской области – месторождений Уватской группы. Среди российских нефтедобывающих компаний на первом месте «Роснефть» (122 млн т), далее следуют компании «ЛУКОЙЛ» (84,2 млн т), ТНК-BP (72,9 млн т).

Вместе с тем, начальные запасы нефти уже в значительной мере выработаны, в том числе, например, в Урало-Поволжье – более, чем на 70%. Дебиты нефтяных эксплуатационных скважин опустились в среднем до 10 т в сутки, обводненность добываемой продукции близка к 80%. Постоянно возрастает доля трудно извлекаемых запасов, составляющая в основных нефтедобывающих районах от 30 до 65%.

Прогнозные ресурсы газа оцениваются в России в 164 трлн м³ (из них на шельфе – около 64 трлн м³). Разведанные запасы природного газа составляют 48,8 трлн м³, в том числе на шельфе – 6 трлн м³ (примерно треть мировых запасов).

Добыча газа в 2012 году составила 655 млрд м³. Крупнейший из независимых операторов – компания «НОВАТЭК»в 2012 году добыла 57,32 млрд м³, что на 7,1% больше, чем в 2011 году.

Структура запасов газа в России более благоприятная, чем у нефти. Однако, и здесь нарастает доля сложно построенных залежей и трудно извлекаемых ресурсов. Основные газовые месторождения Западной Сибири (Уренгойское, Медвежье, Ямбургское) выработаны на 65-75% и вошли в стадию падающей добычи.

В сложившихся условиях Россия уже не может (как это было раньше) игнорировать итоги произошедшей в США сланцевой революции.

25 марта 2010 года Комитет Государственной Думы по энергетике провел круглый стол на тему «Перспективы освоения ресурсов сланцевого газа» и по его итогам рекомендовал правительству РФ провести оценку газосланцевого потенциала России, изучить передовые технологии добычи сланцевого газа, определиться с возможностью их внедрения в России, а также оценить влияние добычи сланцевого газа в США и в других регионах на перспективные экспортные поставки газа из России.

В октябре 2012 года серьезность глобальных изменений на рынке энергоносителей, происходящих в результате роста объемов добычи сланцевого газа в США, признал президент России Владимир Путин. Он поручил Министерству энергетики соответственно уточнить генеральную схему развития газовой отрасли до 2030 года и рассмотреть возможность эффективной разработки трудноизвлекаемых ресурсов углеводородного сырья.

Промышленная добыча сланцевого газа сегодня проводится пока только в США и Канаде. В 2011 году в США было добыто 194 млрд м³ (это составляло треть общего объема добычи газа в стране). В 2012 году добыча сланцевого газа выросла до 260 млрд м³.

 

Ныне более 40% потребляемого в США природного газа добывается из нетрадиционных источников (газоносных сланцев, слабо проницаемых песчаников, угольных пластов). Ресурсы только пяти из разведанных месторождений газа (Марселлус в Пенсильвании, Барнетт и Вудфорд в Техасе, Фейетвилл и Хейнсвилл в Луизиане) оцениваются более чем в 17 трлн м³.

Вслед за США разработкой сланцевых запасов углеводородного сырья начали заниматься другие страны. В Азии наиболее перспективной на сланцевый газ страной является Китай. Из соседних с Россией гоударств наиболее продвинулась в этой сфере Украина, выдавшая ExxonMobil, Shell и Chevron лицензии на разведку сланцевого газа на территории Харьковской, Донецкой и Львовской областей. 25 октября 2012 года Shell начала бурение первой поисковой скважины на газ в слабо проницаемых песчаниках в Харьковской области. 24 января 2013 года в Давосе Shell и «Надра Юзовская» в присутствии президента Украины Виктора Януковича подписали соглашение о разделе продукции при добыче сланцевого газа на Юзовском участке в Донецкой области. Отметим, что Управление энергетической информации Минэнерго США (EIA) оценивает общие украинские запасы сланцевого газа в 1,2 трлн м³.

Необходимо отметить, что добыча газа из сланцев несет в себе ряд экологических рисков, т.к. связана с необходимостью бурения большого количества скважин и закачкой в пласт больших объемов воды в смеси с химическими реагентами и материалами для фиксации трещиноватости, создаваемой в процессе гидроразрыва пласта. При этом существует реальная угроза загрязнения подземных и поверхностных вод и территории.

В США вслед за сланцевым газом закономерно реализуется очередной нефтяной этап рожденной в США сланцевой революции.

Технология, опробованная при добыче сланцевого газа теперь успешно применяется для добычи нефти в зоне Monterey (Калифорния), Eagle Ford (Техас) и, главным образом, – в зоне Bakken (Северная Дакота). Геологическая служба США оценивает технически извлекаемые запасы нефти Баккена в 4,3 млрд барр.

Характерно, что «сланцевый интерес» в США постепенно смещается от зоны добычи сухого метана в области, перспективные на жирный газ и конденсат. Возрос интерес к зоне развития Utica Shale и Eagle Ford Shale. Продуктивный коллектор Utica Shale расположен прямо под мощными залежами газосодержащих сланцев Marcellus (на несколько тысяч футов глубже).

Целесообразность перехода к сланцевой нефти диктуется реальными экономическими условиями. В 2012 году на американском рынке цена нефти марки Brent в долларах за тепловую единицу оказалась дороже газа почти в 12 раз. Это стимулировало переход к разработке Utica Shale и Eagle Ford Shale, содержащих жирный газ и газоконденсат.

По данным BP Energy Outlook 2030, добыча сланцевой нефти в США в 2012 году составляла 2,1 млн барр./сут – четверть общей нефтедобычи.

По прогнозам ВР, в 2013 году США станет крупнейшим производителем жидкого топлива (нефти и биотоплива) в мире, обойдя Россию и Саудовскую Аравию. Добыча сланцевой нефти в Китае достигнет 2030 году 0,5 млн барр./сут, заметных успехов добьются Аргентина и Колумбия. Общие мировые запасы сланцевой нефти оцениваются в 345 млрд барр.

Специалисты ВР полагают, что Россия, которая почти не представлена сегодня на рынке сланцевых нефти и газа, будет также постепенно наращивать объемы их добычи. Для этого в стране имеется достаточно крупная сырьевая база. По данным EIA, Россия занимает первое место в мире по извлекаемым запасам сланцевой нефти, которые составляют 75 млрд барр. (около 10 млрд т), опережая по этому показателю США (58 млрд барр.) и Китай (32 млрд барр.).

Средняя стоимость добычи нефти в России составляет сегодня $22 за баррель. Стоимость извлечения сланцевой нефти намного выше – около $70 за баррель. Чтобы стимулировать разработку сланцев российское правительство приняло решение ввести для трудноизвлекаемой нефти с 1 января 2013 года льготную экспортную пошлину в размере 10% от стоимости сырой нефти. Минэнерго предложило также ввести скидку по НДПИ для месторождений трудно извлекаемой нефти в размере 40% и более. В том числе для нефти баженовской и ачимовской свит ввести нулевые ставки.

По расчетам Минприроды России, результаты которых привел в своем интервью министр Сергей Донской, эффективную разработку нефтеносных песчаников (с рентабельностью в 15%) можно вести в условиях, когда цена на нефть не опускается ниже $100 за баррель.

В России к нетрадиционным источникам нефти и газа относятся не только глинистые сланцы (shale), но и другие породы, содержащие высокие концентрации ископаемого органического вещества. В том числе нефтесодержащие глинистые, карбонатные и кремнистые породы (бажениты, доманикиты, хадумиты и др.), а также слабо проницаемые песчаники, битумы, тяжелая нефть и нефтесодержащие пески (аналогичные пескам tar send канадской Атабаски), метан угольных пластов и растворенный в подземных водах, газовые гидраты. Всех их в технологическом плане и в экономическом смысле объединяет термин – «трудно извлекаемые ресурсы углеводородного сырья».

Бажениты

Бажениты – верхнеюрские отложения (глубоководные глины и тонкозернистые алевриты) баженовской свиты или ее возрастных аналогов. Они относятся к классическому типу черносланцевых нефтематеринских формаций, аналогичных свите «Баккен» США, «киммерийским глинам» бассейна Северного моря, породам «Грин Ривер» бассейна Юинта, свите «Монтеррей» (кремнистые глины) Калифорнийского бассейна, свите «Араб» Аравийско-Иранского бассейна, свите «Ла Луна» Маракаибо (Венесуэла). В Западной Сибири к этому же типу отложений относятся породы куломзинской и тогурской свит. Бажениты залегают на глубине более 2 км и распространены на территории площадью более миллиона квадратных километров. Бажениты обладают необычными коллекторскими свойствами. Они пронизаны тонкими, меньше одного миллиметра, параллельными горизонтальными трещинками между тончайшими пластинками глин. Необходимо отметить, что они залегают в регионе с высокоразвитой инфраструктурой нефтедобычи.

В Ханты-Мансийском автономном округе открыто около 60 месторождений баженитов с геологическими извлекаемыми ресурсами в 20 млрд т. Разведанные запасы нефти в баженовской свите составляют порядка 500 млн т, в том числе по категориям А+В+С1 – 284 млн т и С2 – 217 млн т. В 2011 году из баженитов добыто 512 тыс. т. За все годы разработки из отложений баженовской свиты добыто около 6 млн т нефти.

Доманикиты

Доманикиты – отложения верхнего девона и турнейского яруса, широко распространенные в Урало-Поволжье и Тимано-Печорской провинции, представлены обычно глинисто-кремнистыми известняками и доломитами, кремнистыми мергелями и силицитами. Они содержат органическое вещество сапропелевого типа с содержанием 3-5% органического углерода. Ресурсы нефти доманикитов распределены по нефтедобывающим районам России следующим образом: Башкирия – 33%, Татарстан – 24%, Самарская и Оренбургская области – 14%, Пермский край – 15%, и Удмуртия – 14%. Промышленная нефтеносность доманикитов установлена в процессе опробования вертикально пробуренных скважин – получены дебиты от 1 до 100 т нефти в сутки. Нефтеотдача доманикитов во многом определяется трещиноватостью коллектора. В этом смысле горизонтальное бурение и последующий гидроразрыв пласта гарантируют рост дебитов.

Целесообразно отметить, что горизонтальное бурение в России (за исключением сахалинских проектов СРП) развито пока относительно слабо. В 2010 году, например, из 16,5 млн м эксплуатационных скважин горизонтальное бурение составляло всего 10,8%.

Полагаем, что следующим нетрадиционным ресурсом вовлекаемым в разведку и разработку станет метан глубоких горизонтов угольных бассейнов и газовые гидраты метана.

Метан угольных пластов

В недрах России залегает треть мировых запасов угля. В них вместе с другими газами содержится от 80 до 100% метана. По нашим расчетам, общее количество метана сконцентрированного в каменных углях четырех крупнейших бассейнов СНГ (Печорский, Донецкий, Кузнецкий и Карагандинский) порядка 20,3 трлн м³. Метаноносность углей увеличивается по мере повышения метаморфизма углей: от длиннопламенных (не более 10 м³/т) к наиболее тощим каменным углям (до 35 м³/т). Максимальная концентрация метана (до 45 м³/т) зафиксирована для низко метаморфизованных антрацитов.

Мировые ресурсы газа (в основном, метана) в угольных пластах, по оценке специалистов, сопоставимы с ресурсами традиционного природного газа. В угольных шахтах и разрезах мира при добыче угля ежегодно выделяется порядка 30 млрд м³ метана. Утилизируется только небольшая его доля (до 10-15%).

Метан подземных вод

Более 90% растворенных в воде газов представлены метаном. Присутствуют также диоксид углерода, азот, этан и другие высшие гомологи метанового ряда. Природные газы наблюдаются во всех нефтегазоносных бассейнах в концентрации от долей до 9 м³ на 1 м³ пластовой воды. В зонах АВПВ при температуре менее 120° концентрация газа увеличивается до 19-20 м³ на 1 м³. В зоне Мексиканского залива наблюдаются концентрации до 27 м³ на 1 м³. По данным Л.М. Зоркина, суммарные ресурсы растворенных в поде газов составляют 1 016-1 018 м³. Из них только в водах нефтегазоносных бассейнов сконцентрировано около 4 тыс. трлн м³. Только в осадочном бассейне Техаса и Луизианы в подземных водах содержится порядка 85 трлн м³ метана.

Этот нетрадиционный источник природного газа разрабатывается только в Японии (бассейны Канто и Ниигата), где рентабельность добычи повышается за счет промышленного извлечения йода. Добыча растворенного в подземных водах метана в разные годы проводилась в Италии и Непале.

Газовые гидраты

Гидраты газа представляют собой твердые растворы, так называемые клатраты (соединения – включения), в которых молекулы газа при определенных давлениях и температуре заполняют структурные пустоты кристаллической решетки, образуемые молекулами воды с помощью водородных связей. Установлено, например, что гидраты метана могут образовываться при атмосферном давлении и отрицательной температуре в 80 °С. Внешне они похожи на непрозрачный лед. Плотность их колеблется в зависимости от состава газов от 0,8 до 1,8 г/ см³; 1 м³ метаногидратов вмещает до 160 м³ метана.

Анализ термодинамических условий земной коры показывает, что примерно четверть территории материков и почти 90% дна акваторий морей и океанов удовлетворяют условиям образования газогидратов. По экспертным оценкам, ресурсы метана в залежах газовых гидратов многократно (примерно на три порядка) превышают количество разведанных запасов и прогнозных ресурсов традиционного природного газа.

На сегодняшний день только Япония приступает к добыче газовых гидратов метана (метаногидратов). Исследовательское судно «Тикю» бурит в Тихом океане в 70 км от полуострова Ацуми, неподалеку от города Нагойя, расположенного на восточном берегу острова Хонсю.

В заключение необходимо отметить, что приводимые в настоящем обзоре сведения о состоянии традиционной минерально-сырьевой базы Российской Федерации позволяют надежно планировать и обеспечивать как текущее, так и перспективное развитие добычи нефти и газа, а также последующей нефте- и газопереработки.

В соответствии с утвержденной 13 ноября 2009 года правительством «Энергетической стратегией на период до 2030 года» российские компании будут устойчиво наращивать добычу нефти с нынешних 518 млн т до 530-535 млн т.

Добычу природного газа в России к 2030 году намечено увеличить до 885-940 млрд м³.

Решение этих задач потребует вовлечения в разработку недостаточно используемых сегодня месторождений сланцевой нефти и природного газа, залегающего в горючих сланцах, слабо проницаемых песчаниках угленосных отложениях, а также освоения других нетрадционных ресурсов углеводородного сырья (баженитов, доманикитов, газовых гидратов, растворенного в подземных водах метана и т.п.).

Все это в совокупности свидетельствует об эффективной возможности долговременного позитивного развития ТЭК России, в деятельности которого в сегментах добычи и разработки, а также транспортировки и сбыта есть достаточно места для приложения сил отечественных и зарубежных компаний и инвесторов.

alt : NGN_4_2014_tolkachev_vm-tolkachev_mv-slantsevaya-revolutsiya.pdf