CC BY
84
АСТРАХАНСКИЙ ВЕСТНИК ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
№ 1 (23) 2013. с. 128-132.
УДК: 622.279
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И СОЦИАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ РЕСУРСОВ СЛАНЦЕВЫХ ПОРОД
Валентина Сергеевна Мерчева, к.т.н.
ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет»
экология, сланцевые породы, природный сланцевый газ, синтетический сланцевый газ, термическое воздействие, гидроразрыв, энергетические ресурсы, нетрадиционные ресурсы
Следуя современным теориям происхождения углеводородов, на всех имеющиеся месторождениях кроме основного горючего ископаемого имеются и другие сопутствующие виды. Например, попутный газ нефтяных месторождений, газы угольных месторождений и т.д. К таковым можно отнести и сланцевый газ (shalegas) -природное сырье, преимущественно состоящее из метана (СН4) и его гомологов с примесями сероводорода (H2S), углекислого газа (CO2), азота (N2), водорода (H2) и гелия (He), добываемое из одноименной горной породы. Но мировой финансовый кризис и рост цен на углеводородное сырье обусловили необходимость расширения промышленного освоения нетрадиционных энергоресурсов. В связи с этим перспективы развития направления добычи сланцевого газа очень высоки.
GEO-ECOLOGICAL AND SOCIAL ASPECTS OF USE OF NON-TRADITIONAL RESOURCES OF SHALE ROCK
Valentina Sergeevna Mercheva Federal State Budget Educational Institution «Astrakhan State University»
mercheva@mail .ru
ecology, shale rock, shale natural gas, synthetic shale gas, thermal effect, hydro, energy resources, non-traditional resources
According to modern theories of the origins of hydrocarbons, on all available fields in addition to the main fossil fuel are available and other associated species. For example, the associated gas of oil fields, gas coal deposits, etc. Can be attributed to such and shale gas (shale gas) -from natural raw materials, mainly composed of methane (CH4) and its homologues with admixtures of hydrogen sulphide (H2S), carbon dioxide (CO2), nitrogen (N2), hydrogen (H2) and helium (He), produced from the same rock. But the global financial crisis and rise in prices of hydrocarbon raw materials necessitated the expansion of the industrial development of unconventional oil and gas resources. In connection with the prospects of development of shale gas production is very high.
Ранее все породы, независимо от состава и происхождения, отличающиеся тонкослоистой текстурой и хорошо выраженной сланцеватостью, сформировавшиеся вследствие метаморфизма называли сланцами. В последующем под сланцами стали подразумевать только кристаллические сланцы, среди которых различают: парасланцы -образовавшиеся из осадочных пород и ортосланцы - из магматических пород [1, 15].
Сланцы обладают характерной особенностью раскалываться или распадаться на тонкие параллельные слои. Различают послойную сланцеватость, параллельную напластованию, и диагональную сланцеватость (кливаж), направленную под некоторым углом к напластованию, а зачастую даже не совпадающую с направлением общей слоистости [16].
Следуя современным теориям происхождения углеводородов, на всех имеющиеся месторождениях кроме основного горючего ископаемого имеются и другие сопутствующие виды. Например, попутный газ нефтяных месторождений, газы угольных месторождений и т.д. [13, 15].
К таковым можно отнести и сланцевый газ (shalegas) - природное сырье, преимущественно состоящее из метана (СН4) и его гомологов с примесями сероводорода (H2S), углекислого газа (ТО2), азота (№2), водорода (И2) и гелия (Ш), добываемое из одноименной горной породы.
Существует теория образования газа в залежах сланца еще тогда, когда они изначально были в виде илистой глины, в которой «прела» органика, как это происходит в современных болотах. При этом допускается (по сути невероятное), что метан сохранялся в осадке, несмотря на то, что эта илистая глина превратилась в битуминозный сланец, на который на протяжении многих миллионов лет воздействовали внешние факторы в виде изменения температуры, давления, водного баланса и смещения пород. По этой версии сланцевого газа должно быть ровно столько, сколько его вмещают сланцы. В плотных же сланцах отсутствует пористость, что исключает его присутствие [5].
Существует гипотеза Лариных (2011г), согласно которой «в свете водородной дегазации планеты метан в сланцах образуется прямо сейчас вследствие реакции глубинного водорода с углеродсодержащей органикой сланцев» Теория основывается на множестве экспериментальных данных изучения глобального характера дегазации глубинного водорода и несоответствии соотношения количества атомов углерода и водорода в составе нефти, горючего природного газа, газового конденсата и нефтематеринских пород. В составе молекул перечисленных горючих ископаемых на один атом углерода приходится от 2,5 до 4-х атомов водорода, тогда как в составе органических остатков нефтематеринских пород содержится не более одного водорода на один углерод [10].
Учитывая структуру залежей сланца, совершенно очевидно, что газ находится в ячейках, его концентрации в «рассеянном» состоянии в плотных сланцах невелики, что усложняет процедуру подсчета его запасов и извлечения. Установлено, что значение «газонасыщенности» сланцевых залежей может меняться в пределах от 0,2 до 3,2 млрд. м3/км2 или до 0,4 м3/м3[11].
По принципу добычи сланцевого газа различают две его разновидности: природный сланцевый газ (ПСГ) и синтетический сланцевый газ (ССГ).
Синтетический сланцевый газ - газ, получаемый путем термического воздействия на залежь сланца с содержанием горючего вещества в диапазоне от 0,5% до 25%.
С начала ХХ века существовали технологии сланцедобычи и термической переработки сланца. В СССР опытные работы по подземной термической переработке сланца, по инициативе АН СССР, были проведены в Эстонии с 1948 по 1958 годы и дали положительные результаты (под руководством д.т.н. М.Я. Губергрица, д.т.н. С.И. Файнгольда). Это позволило получить промышленные объемы сланцевого газа, для чего был построен первый газопровод «Кохтла -Ярве - Ленинград» [14].
Новые технологии XXI века позволяют совершенствовать добычу СПГ, например, осуществляя подземную термическую переработку сланца путем электрического нагрева, и др. [3, 4, 6, 8, 9].
Стоит отметить, что при глубоком залегании сланца, применяя фрекинг, можно получить уже не сланцевый газ, а сланцевую нефть или сланцевое масло (жидкие углеводороды), производство которых является уникальным, а из -за уменьшения нефтяных запасов - более перспективной технологией при производстве топлива и масел. Сущность процесса (ЕР1СС) заключается в нагреве сланца в скважинах для выделения жидких и газообразных углеводородов и разделения их на полезные вещества и отходы. При этом температура постоянно ниже той, при которой происходит выделение углекислоты.
Природный сланцевый газ - газ, добываемый через систему скважин с комбинированными подземными стволами вертикально -горизонтальных направлений (рис.). Посредством закачки водного раствора химических реагентов в смеси с песком в процессе гидроразрыва разрушаются перегородки газовых карманов, что позволяет собрать запасы ПСГ и откачать их через вертикальный ствол по технологии фрекинга (от англ. «йгаск^» - разлом пласта).
Схема добычи природного сланцевого газа (по материалам ELA)
Мировые объемы месторождений сланцев, из которых можно добывать сланцевый газ, многочисленны и позволяют организовать экономически-обоснованную его добычу в промышленных масштабах. Месторождения сланца расположены во многих странах: Австралия, Индия, Китай, Канада, Россия, США. Среди европейских стран это Австрия, Англия, Венгрия, Германия, Польша, Швеция, Франция и др. Глубина залегания сланцевых пород месторождений Европы ~ 3 км., Америки ~ 1,5 км.
Однако специалисты отмечают недостатки добычи и использования природного сланцевого газа, в том числе геоэкологические:
-Более низкая теплотворная способность сланцевого газа по сравнению с природным (0,57 и 1,17 - соответственно);
-У сланцевого газа высокое содержание вредных примесей - углекислого газа, азота, аммиака, сероводорода, что не позволяет прокачивать его через газопроводы
высокого давления по причине взрывоопасности;
-Низкое давление в пластах создает ситуацию, при которой коэффициент
извлекаемости сланцевого газа крайне низок - (0,1 - 0,2);
-Использование сланцевого газа экономически эффективно в небольшом радиусе
вокруг мест добычи, но невыгодно для обеспечения теплоэлектростанций или других промышленных объектов;
-По причине необходимости проведения широкомасштабных операций по разрушению сланцевого пласта методом гидроразрыва рассматриваются экологические аспекты: возможность возникновения сейсмической нестабильности региона добычи и загрязнения подземных вод компонентами рабочего раствора.
Мировой финансовый кризис и рост цен на углеводородное сырье обусловили необходимость расширения промышленного освоения нетрадиционных ресурсов нефти и газа. В связи с этим перспективы развития направления добычи сланцевого газа очень высоки.
Уже в 2010 г. мировая добыча сланцевого газа составила 137 млрд. м3, при этом объем добычи за 10 лет возрос в 14 раз и составил около 15 % от мировой добычи (485 млрд. м3). По данным Международного энергетического агентства, к 2035 г доля нетрадиционного газа в мировой добыче может составить более 20 %, а нефти - около 10 %.
В настоящее время добыча нетрадиционного газа производится главным образом в США и Канаде, а нефти - в Канаде и Венесуэле. Во многих странах Европы, Азии и Латинской Америки начаты исследовательские и геологоразведочные работы, направленные на оценку ресурсного потенциала сланцевого газа и газа угольных пластов. И это свидетельствует о неуклонном развитии нового направления добычи природного сланцевого газа [12].
Подводя итоги сказанному необходимо вспомнить историческую действительность: уровень научных достижений позволяет постоянно совершенствовать технологии и устранять существующие ее недостатки начального периода развития новых направлений в поиске нетрадиционных и альтернативных энергоносителей для удовлетворения потребностей человечества. Обязательным условием, требующим неукоснительного выполнения при этом, является сохранение геоэкологической обстановки Земли [2, 7].
Литература
1. Баженова О.К., Бурлин Ю.К., Соколов Б.А. и др. Геология и геохимия нефти и газа:
Учебник / О.К. Баженова, Ю.К. Бурлин и др.; под ред. Б.А. Соколова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Московского университета; Издательский центр «Академия», 2004. - 415 с., илл. -(Классический университетский учебник). КВМ 5-211-04888-1 (Изд-во Московского ун-та), КВМ 5-76952080-9 (Издательский центр «Академия»).
2. Белоусов В.В. Очерки геохимии природных газов Л., ОНТИ, 1937. 143 с.
3. Виноградова О. Сланцевый газ: миф или бум? // «Нефтегазовая вертикаль», 2009, № 25-26
(226-227), ноябрь 2009. С. 24-28.
4. Высокие торфяные технологии / Электронный ресурс: www.taxpavers.ru. Орган российского союза налогоплательщиков (дата обращения: 05.08.2010.
5. Высоцкий И.В. Основы геологии природного газа. М., Гостоптехиздат, 1954г. 384 с.
6. Гафаров Н.А., Глаголев А.И. Освоение нетрадиционных УВ-ресурсов в США: современное состояние и перспективы.// «Газовая промышленность», 2012, № 11, С. 48-53
7. Геология и геохимия природных горючих газов: Справочник / В.И. Ермаков, Л.М. Зорькин, В.А. Скоробогатов, В.И. Старосельский; Под ред. И.В. Высоцкого.- М.: Недра, 1990.- 315 с.: ил. КВМ 5247-00799-9;
8. Зиберт Г.К., Запорожец Е.П., Зиберт А.Г. Направления научно-технического развития в газодобыче и переработке. // «Газовая промышленность», 2012, № 11, С. 86-87.
9. Кисилев К. Сланцевый газ не греет нас. // Общественно-политическая газета Пульс Аксарайска. - 05.10 2012.
10. Ларин В., Ларин Н. Теория: Сланцевый газ в свете водородной дегазации Земли. [Электронный ресурс] http://oko-planet.su (дата обращения: 07.11.2012).
11. Остроумова Е.Г. Сланцевая революция продолжается. // «Газовая промышленность», 2012, № 11, С. 54.
12. Немов В.И. Системы ценообразования на глобальном газовом рынке: региональные различия и их причины // «Газовая промышленность», 2012, № 11, С. 10-14
13. Рагозина Е.А. Состав, зональность и масштабы генерации газов при катагенезе органического вещества гумусовых углей//Нефтегазовая технология. Теория и практика. [Электронный ресурс] http://www.ngtP.rU/rub/1/38 2008.pdf (дата обращения: 22.11.2012);
14. Развитие сланцевой промышленности. // Общественно-политическая газета Ленинградской области «Санкт-Петербургские Ведомости». Санкт-Петербург, № 158(4441). - 26.08.09.
15. Соболева Е.В., Гусева А.Н. Химия горючих ископаемых: Учебник / Е.В. Соболева, А.Н. Гусева. - М.: Издательство Московского университета, 2010. - 312 с. КВМ 978-5-211-05559-9.
16. Химия горючих ископаемых [Текст]: учебник / авт.-сост.: О.И. Серебряков, В. С. Мерчева, А. О. Серебряков, Т. С. Смирнова. - Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2010. - 357 с.
