Перспективы добычи и использования трудноизвлекаемых углеводородов

Хьюстонский миллиардер Джордж П. Митчелл (George P. Mitchell) предоставил университету Texas A&M University 35 миллионов долларов на строительство двух зданий для  физического факультета - George P. And Cynthia W. Mitchell Institute for Fundamental Phases and Astronomy, и George P. Mitchell ‘40 Physics Building. Миллиардер надеется, что его вклад поможет упрочению  репутации университета в развитии фундаментальных наук.

Новую технологию бурения и гидроразрыв  впервые опробованы на североамериканских газовых сланцах. Эту технологию бурения пока освоили немногие компании. Она достаточно сложная и дорогая, поэтому добыча альтернативного  газа в США датируется (льготное налогообложение).

В 2007 году в стране имелось 4185 сланцевых  газовых скважин. Ожидается, что  в 2010 году будет добыто 51 млрд. куб. м. ПСГ или 10% от общей добычи газа, к 2015 году объем добычи ПСГ в США  составит более 180 млрд. куб. м. в год, а к 2020 году - половину добычи природного газа. ПСГ дает две трети всех технически извлекаемых газовых  резервов, достаточных для того, чтобы обеспечить потребности страны в течение 90 лет. По прогнозам добыча ПСГ в США возрастет а 4 раза. США ежегодно наращивают добычу ПСГ, что позволит вскоре полностью отказаться от импорта газа. Белый Дом возлагает  большие надежды на ПСГ, который  может повысить энергетическую безопасность страны и уменьшит выделение парниковых газов.

Крупнейшим источником ПСГ является залежи Marcellus Shale, охватывающие большую  часть Пенсильвании и Западной Вирджинии, а также часть штатов Огайо  и Нью-Йорк. Объемы этого гиперместорождения составляют 489 трлн. куб. м. газа. Прогноз  по ПСГ в США очень оптимистичный (стоимость сланцевого газа втрое  ниже европейских цен на природный  газ.

Его добывают вблизи от места потребления, что является главным его достоинством. Это очень важно, поскольку при  сжигании газа парниковых газов будет  значительно меньше, чем от других энергоносителей. Природный газ  порождает на треть меньше выбросов, чем нефть и наполовину меньше, чем уголь. Газ также снижает  выбросы двуокиси серы и оксида азота. Переход на газовую энергетику, используя  огромный потенциал сланцевого газа, позволит США решить проблему с парниковыми  газами в стране. При добыче сланцевого газа нужно учитывать и экологическую  безопасность новых технологий. Возможно загрязнение подземных питьевых вод при гидроразрыве, поскольку  используются химикаты. Однако уже  разработаны и применяют нетоксичные  буровые растворы. Противником использования  гидроразрыва выступает Джордж Сорос. Однако фактически особой опасности  нет.

В целом на производство сланцевого газа расход воды меньше, чем при  производстве энергии другими способами. Указывают даже на возможность сейсмической опасности от гидороразрвыва.  В  Европе плотность населения выше, поэтому труднее получить лицензию на бурение. Однако горизонтальное бурение  позволяет безопасно бурить скважины даже в густонаселенных регионах. По последним данным запасы ПСГ в Marcellus Shale оценивают в пять раз  меньше, чем ранее.

Нынешняя "сланцевая лихорадка" только начинается, отмечает New York Times. Однако энергетические эксперты уже  прогнозируют, что сланцы могут уменьшить  зависимость Европы от российского  газа.

Это порыв, который изменит всю  газовую геополитику

Нетрадиционный газ будет оказывать  снижающее влияние на энергетические цены на протяжении многих лет - и в  США, и всюду. И поскольку сланцевый  газ поступит на рынок в ближайшие  пять лет, скорее всего, европейские  цены сократятся наполовину

Традиционный природный газ  будет вытесняться нетрадиционным сланцевым. Доля сланцевого газа в общем  объеме добычи может увеличиться  до 75-90 процентов уже в ближайшие  несколько лет.

Большинство западных нефтяных и газовых  компаний теперь принимают участие  в разведки сланцевого газа в Европе, после того как они своевременно не заметили пика сланцевого газа в  США.

В свете водородной дегазации планеты  метан в сланцах образуется прямо  сейчас из-за реакции глубинного водорода с углеродсодержащей органикой  сланцев. Соответственно, нет никаких  оснований надеяться на скорое исчерпание сланцевого газа. Напротив, этот метан, как утверждают Ларины, будет генерироваться в сланцах до тех пор, пока идет дегазация глубинного водорода, а  дегазация продлится, по всей видимости, тысячи лет.

1. 3.1. Термическая переработка горючих сланцев

Широкое производство ПСГ увеличивает  также интерес и к термической  переработке сланца там, где для  этого есть подходящие технические, экологические и экономические  предпосылки. Сам факт проведения масштабных геологоразведочных работ на сланцевых  месторождениях будет этому способствовать. Важно также отметить, что целесообразно  перерабатывать сланец под землей, после удаления из него природного ПСГ, поскольку при добыче ПСГ  пласты подвергаются гидроразрыву, формируется  трещиноватость, поэтому можно вести  подземную газификацию, добывая  окись углерода и водород. Эти  газы вполне пригодны для дальнейшей химической переработки на метанол  или синтетический биодизель.

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, АН ЭССР).

Полевые работы по подземному полукоксованию горючего сланца проводятся в США. Ученый и бизнесмен Михаил Сомин (Израиль) разработал и опробовал способ термической  переработки горючих сланцев  путем подземного нагрева смесью воздуха и циркулирующего газа (1980 - 2005 гг.). Процесс осуществлялся на глубине до 75 метров. Установка проработала  в течение полугода на сланцевой  залежи в Израиле. На установке получали сланцевую смолу и синтетический  сланцевый газ. Производительность установки была до 3 баррелей смолы  в час. Этот метод подземной термической  переработки будет использоваться в Марокко и, возможно, также в  Иордании. Всего из сланца в Израиле  методом Сомина можно по официальной  оценке произвести около 12 млрд. баррелей, по ориентировочной оценке - 40 млрд. баррелей (в Иордании - 28 млрд. баррелей). Sell предполагает осуществить подземную  термическую переработку сланца путем его электрического нагрева.

Ученые из Стэнфордского университета нашли способ добывать горючий газ  и нефть из сланцев, не высвобождая  при этом углекислый газ. Суть процесса (EPICC) 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, чем та, при которой  происходит выделение углекислоты.

Интересно отметить, что при глубоком залегании сланца, применяя фрекинг, можно получить уже не ПСГ, а сланцевую  нефть (жидкие углеводороды).

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

По оценкам Мирового энергетического  совета, содержание нефти в мировых  запасах горючих сланцев составляет 441 млрд. т., из которых 370 млрд. считаются  извлекаемыми (происходит загрязнение  окружающей среды тяжелыми металлами  – ртутью, кадмием и свинцом...).

Производство сланцевого масла  является уникальным, а из-за уменьшения нефтяных запасов – более перспективной  технологией при производстве топлива  и масел.

По разработанной ТТУ технологии из породы сланца можно получать в  больших количествах мел (белый  известняк).

Сланцедобыча и термическая  переработка сланца имеет давнюю историю в Эстонии и России. Сланец – одно из важных национальных богатств Эстонии, в которой его  добывают c 1919 г., а перерабатывают с 1924 г. Сланцеперерабатывающая отрасль  вносит существенный вклад в экономику  Эстонии - около 85% продукции идет на экспорт. Из сланца производят топочный мазут, синтетический СГ, различные  химические продукты. Большая часть  электроэнергии в Эстонии производится также из сланца, причем используется современная технология сжигания, которая  пригодна и для углей. Большой  вклад в технологию сжигания топлив внес эстонский ученый-энергетик  с мировым именем, эстонский и  финский академик Аво Отс (Avo Ots). За эти достижения он в 2010 году стал лауреатом  государственной премии Эстонии  в области науки.

В 2009 году пущен завод сланцевого масла "Petroter I" в Кохтла-Ярве (Эстония) по технологии ЭНИНа «Галотер» (авторы И. С. Галынкер, Б. И. Тягунов, В. И. Чикуль). Начато строительство завода "Petroter II". Для получения дизельного топлива  из сланцевой нефти планируется  построить третий завод. Планируется  расширение термической переработки  мелкозернистого сланца по этой же технологии и в Нарве. Новый завод  по производству сланцевого масла (Технология "Enefit-280") предусмотрено пустить  в эксплуатацию в 2016 году (Эстонская "Eesti Energia" и финско-германская инжиринговая фирма "Outotec"). Завод  будет производить 290 тыс.т. сланцевого масла и 75 млн. куб.м. полукоксового  газа и перерабатывать 2,26 млн.т. сланца за год (20 тыс. баррелей масла в сутки). Сланцевое масло с 2016 года будет  подвергаться глубокой переработке. На заводе будет 80 рабочих мест. В дальнейшем будет построено еще два таких  завода.

В июне 2010 года на сланцехимическом производстве в г. Кивиыли (Эстония) пущена установка  с твердым теплоносителем по производству сланцевого масла из сланцевой мелочи. Опыт Эстонии полезно использовать в России, а также и других странах. Производство сланцевого масла окупается  при цене нефти 60-65 долларов за баррель. Из сланцевого масла можно производить  и дизельное топливо, если это  будет экономически оправдано. Концерн "Ээести Энергия" планирует c 2016 г. выпускать моторное сланцевое дизельное  топливо, а также легкое топочное масло и бензин-сырец.

Мировые ресурсы нефти (млрд. баррелей):

* Легкие нефти              300 – 500

* Тяжелые нефти            500 – 700

* Битуминозные пески           2000

* Горючие сланцы       2000 – 3000

Мировой потенциал топлива: нефть (на 30-35 лет), уголь (на 350 лет), природный  газ (на 50 лет), газ в гидратах (очень  большие), биомасса (неограниченны).

Иран — вторая страна в мире по объемам запасов природного газа. По оценке ОПЕК на конец 2009 года, его  запасы составили 29,6 триллиона кубических метров топлива.

ЭНИН участвует в строительстве "Галотера" в Иордании, а также  ведет переговоры о строительстве  таких установок в Израиле, Марокко, Соединенных Штатах. Академик РАН  Э. П. Волков (директор ЭНИНа) и профессор  Клемент Боуман (Канада) удостоены  престижной Международной энергетической премии "Глобальная энергия"-2008 за теоретическое обоснование, создание и внедрение в промышленную эксплуатацию эффективных технологий выработки  синтетического топлива из битуминозных сланцев и нефтяных песков, восполняющих часть мировой потребности в  энергоресурсах.

В течение последних десяти лет  на мировом энергетическом ландшафте  произошло два довольно больших  бума. Это использование канадских  маслосодержащих песков и сланцевого газа. Можно предположить, что следующим  бумом станет производство разных видов  топлива из сланца.

По данным за 2009 год термическая  переработка сланца ведется в  Эстонии, Бразилии и Китае, где используются разного типа установки. Подготовительные работы проводятся в Австралии, США, Канаде, Иордании и Марокко. Переработка  сланца на жидкое топливо выгодна  при ценах на нефть 70-100 дол. за баррель. В штате Юта к 2016 году будет  построен завод по переработке сланца к 2016 г. эстонский концерном "Ээести энергия".

Следует напомнить, что с 1948 по 1987 годы сланцевый газ в больших объемах  получали в СССР в камерных печах, где осуществлялся процесс коксования сланца. Сырой сланцевый газ очищали  и по газопроводам подавали в Ленинград  и Таллинн. После освоения природных  газовых месторождений производство искусственного сланцевого газа было прекращено.

В России полукоксование может стать  одним из головных процессов комплексной  энерготехнологической переработки  твердых горючих ископаемых. Предусмотрено  на базе бурых углей (Канско-Ачинский топливно-энергетич. комплекс) и горючих  сланцев (Ленинградская и Самарская  области) создать энерготехнологические  комбинаты (ЭТК). Из бурых углей будет  организовано производство жидкого  топлива, полукокса, газа-восстановителя в металлургических процессах, стройматериалов, электроэнергии и др. ЭТК для сланца будут включать установки полукоксования мелких фракций в кипящем слое, парокислородную газификацию полукокса  и сланцевой пыли, а также полукоксование кускового топлива в мощных газогенераторах  с получением химических продуктов, электроэнергии и водяного пара. Из золы и полукокса можно производить  цемент. В России сланцевая зола уже используется вместо доменного  шлака, что повышает прочность цемента. Этот продукт получил знак "Инновация  в строительстве-2010". В рамках программы ЕС "Life Plus" предусмотрено  за счет использования сланцевой  золы в бетонных смесях, сохранять  природные ресурсы (щебень, песок, глина). Предусмотрено также использовать сланцевую золу при строительстве  портов, для улавливания двуокиси углерода и серы при производстве электричества на Нарвских электростанциях. VKG (Кохтла-Ярве) является крупнейшим в  Эстонии предприятием по переработке  горючих сланцев, основанным на частном  капитале. Основной сферой деятельности VKG является производство сланцевого масла, а так же тепловой и электрической  энергии. На предприятии работает свыше 1 600 чел.

Около Эстонской электростанции (30 км. от Нарвы) консорциумом Alstom Power будет  построена новая электростанция с двумя блоками, работающими  на сланце и биотопливе с использованием технологии кипящего слоя (2x 300 MW). Строительство  первого блока планируется завершить  в 2015 году, решение о строительстве  второго блока принято в 2012 году, 120 раб. мест. Стоимость новой электростанции с двумя блоками – около 950 млн. евро.

1. 3.2. Метан угольных пластов (МУП)

Несомненно, предшественником производства ПСГ была отработка технологии добычи альтернативного угольного метана (метан угольных пластов - МУП) в США. Там создана отрасль промышленности по добыче МУП. В этой отрасли работает около 200 американских фирм. За последние 10 лет добыча угольного метана из специальных скважин возросла до 60 млрд. куб.м/год. Для добычи МУП  пригодны далеко не все угли, а лишь занимающие промежуточное положение  между бурыми углями и антрацитом. В метаноугольных месторождениях метан  сорбирован углем или защемлен в  мельчайших трещинах (подобно сланцу!). Для извлечения МУП необходима специальная  технология: гидроразрыв угольного  массива и откачка пластовых  вод. Метан собирается и подается на поверхность через специально пробуренные скважины. Глубина скважин - от 150 до 1000 метров. Средний период от обезвоживания пласта до выхода на максимальную добычу метана - один-два  года. В целом на планете запасы метана составляют 120 трлн. куб. м. (260 трлн. куб. м.) МУП зачастую лучше природного, содержит меньше примесей и на 92–95% состоит из чистого метана. США  занимают лидирующее положение в  мире по добыче МУП, которая началась в США в начале 1980-х годов. В 2005 году его добывали 50 млрд. куб. м, что соответствует 8% от традиционного  газа в США. Бассейн Сан-Хуан является ведущим добывающим регионом США. Он дает 60% угольного метана в стране. В общей сложности месторождения  этого бассейна дают более 60% всей добычи метана из угольных пластов в США. Число скважин для дегазации  угольных пластов в бассейне превышает 20 тыс.