Сланцевый газ, основы технологии и экологические проблемы

В настоящий момент наносимый вред экологии региона сланцевого бассейна в Пенсильвании носит характер экологической катастрофы. Именно экологическая проблема наряду с использованием большого количества воды для осуществления гидроразрыва является наиболее острой для развития сланцевой добычи в густонаселенных районах. Несмотря на то, что гидроразрывы проводятся гораздо ниже уровня грунтовых вод, токсичными веществами заражен почвенный слой, грунтовые воды и воздух. Это происходит за счет просачивания химических веществ через трещины, образовавшиеся в толще осадочных пород, в поверхностные слои почвы. В некоторых районах Пенсильвании в колодцах можно поджечь воду. В результате действий экологов согласно Закону о чистой воде США от 2005 года вышло предписание для всех газодобывающих компаний из сланцевых месторождений раскрыть формулу химических коктейлей, а также снизить химическую нагрузку на экологию региона.

Также отметим, что наиболее успешные сланцевые месторождения относятся к палеозойской и мезозойской эре, имеют высокий уровень гамма-излучения, который коррелирует с термической зрелостью сланцевого месторождения. В результате гидроразрыва радиация попадает в верхний слой осадочных пород, в районах сланцевой добычи газа наблюдается повышение радиационного фона.

В 2010 году режиссер Джош Фокс выпустил документальный фильм GasLand, посвященный экологическим проблемам сланцевой добычи в Пенсильвании. Этот фильм стал отправной точкой для многих экологических исследований.

 
Рис.4.Мужчина держит плакат с надписью «Нет ядерной энергетике, нет сланцевому газу, нет чуме, нет холере» во время акции протеста, организованного известной французской сетью антиядерного движения в Париже

Центр Tyndall Манчестерского университета в Великобритании опубликовал отчет о своих исследованиях, которые подтвердили факты, освященные Джошем Фоксом. Многие газовые компании в Великобритании инициировали процессы добычи сланцевого газа на побережье Северо-Западной Англии.Отчет поднимает серьезные вопросы об экологическом риске и здоровье человека. Кроме того, предполагается, что гидроразрывы привели к возникновению двух небольших землетрясений в Ланкшире. Отмечается, что Великобритания имеет высокую плотность населения, поэтому газовые скважины будут находиться вблизи населенных пунктов, где с высокой степенью вероятности будут загрязнены колодцы. Также значительное беспокойству населению будет причинено за счет использования тяжелого транспорта, необходимого для работы скважины. Данный отчет может стать причиной наложения моратория на добычу сланцевого газа в Великобритании.

1 сентября 2011 года в  Брюсселе опубликован отчет последних исследований Агентства по охране окружающей среды США. В результате приведены неоспоримые факты, что выбросы парниковых газов при добыче сланцевого газа больше, чем у угля, нефти и обычного газа, общий объем потерь метана при добыче газа составляет 3,6-7,9%.

Исследования подчеркивают необходимость дальнейшего усовершенствования технологии добычи сланцевого газа с целью контроля выбросов метана, загрязнения почвы и грунтовых вод, учитывая высокий уровень неопределенности в оценочных цифрах. К сожалению, на фоне картины истощения традиционных запасов газа сланцевый газ не сможет стать в ближайшее время достойной альтернативой природному газу, так как не соответствует современным экологическим требованиям к энергоресурсу. Перспективы крупной добычи сланцевого газа в настоящее время имеются только в слабозаселенных районах и в странах, которые согласны на снижение экологической безопасности.

 

3. Проблемы, связанные с добычей и транспортировкой сланцевого газа.

3.1. Экологические  проблемы

Технология добычи сланцевого газа, как любая промышленная технология, подразумевает позитивные и негативные стороны. Существовало мнение, что разработку сланцевых месторождений с использованием глубинного гидроразрыва пласта в горизонтальных скважинах можно проводить в густозаселенных районах, единственной проблемой будет использование тяжелого транспорта; что значительные сланцевые месторождения газа находятся в непосредственной близости от конечных потребителей; что добыча сланцевого газа происходит без потери парниковых газов. Однако после 10 лет эксплуатации скважин были выделены следующие проблемы:

1. технология гидроразрыва пласта требует крупных запасов воды вблизи месторождений, для одного гидроразрыва используется смесь воды (7500 тонн), песка и химикатов. В результате вблизи месторождений скапливаются значительные объемы отработанной загрязненной воды, которая не утилизируется добытчиками с соблюдением экологических норм;
2. как показывает опыт разработки Barnett Shale, сланцевые скважины имеют гораздо меньший срок эксплуатации, чем скважины обычного природного газа;
3. формулы химического коктейля для гидроразрыва в компаниях, добывающих сланцевый газ, являются конфиденциальными. По отчетам экологов добыча сланцевого газа приводит к значительному загрязнению грунтовых вод толуолом, бензолом, диметилбензолом, этилбензолом, мышьяком и др. Некоторые компании используют соляно-кислотный раствор, загущенный с помощью полимера, для одной операции гидроразрыва используется 80-300 тонн химикатов;
4. при добыче сланцевого газа имеются значительные потери метана, что приводит к усилению парникового эффекта;
5. добыча сланцевого газа рентабельна только при наличии спроса и высоких цен на газ.

Химическая смесь компании Halliburton составляет около 1,53% от общего раствора и включает: соляную кислоту, формальдегид, уксусный ангидрид, пропаргиловый и метиловые спирты, хлорид аммония. В целом, газодобывающими компаниями для добычи газа используется около 85 токсичных веществ, некоторые из них имеют следующее предназначение: соляная кислота способствует растворению минералов; этиленгликоль противостоит отложениям на внутренних стенках труб; изопропиловый спирт, гуаровая камедь и борная кислота используются в качестве загустителей и веществ, поддерживающих вязкость; глютаральдегид и формамид противостоит коррозии; нефть в лёгких фракциях используется для снижения трения; пероксодисульфат аммония противостоит распаду гуаровой камеди; хлорид калия препятствует химическим реакциям между жидкостью и грунтом; карбонат натрия или калия — для поддержки баланса кислот.

В настоящий момент наносимый вред экологии региона сланцевого бассейна в Пенсильвании носит характер экологической катастрофы. Именно экологическая проблема наряду с использованием большого количества воды для осуществления гидроразрыва является наиболее острой для развития сланцевой добычи в густонаселенных районах. Несмотря на то, что гидроразрывы проводятся гораздо ниже уровня грунтовых вод, токсичными веществами заражен почвенный слой, грунтовые воды и воздух. Это происходит за счет просачивания химических веществ через трещины, образовавшиеся в толще осадочных пород, в поверхностные слои почвы. В некоторых районах Пенсильвании в колодцах можно поджечь воду. В результате действий экологов, согласно закону о «Чистой воде США» от 2005 года вышло предписание для всех газодобывающих компаний из сланцевых месторождений раскрыть формулу химических коктейлей, а также снизить химическую нагрузку на экологию региона. Также отметим, что наиболее успешные сланцевые месторождения относятся к палеозойской и мезозойской эре, имеют высокий уровень гамма-излучения, который коррелирует с термической зрелостью сланцевого месторождения. В результате гидроразрыва радиация попадает в верхний слой осадочных пород, в районах сланцевой добычи газа наблюдается повышение радиационного фона.

Возникают серьезные вопросы об экологическом риске и здоровье человека. Кроме того, предполагается, что гидроразрыв может привести к возникновению небольших землетрясений. 1 сентября 2011 года в Брюсселе опубликован отчет последних исследований Агентства по охране окружающей среды США. В результате приведены неоспоримые факты, что выбросы парниковых газов при добыче сланцевого газа больше, чем у угля, нефти и обычного газа, общий объем потерь метана при добыче газа составляет 3,6-7,9%.

3.2. Производственные  проблемы

Как и другие природные газы, сланцевый газ это смесь газов, в различной пропорции. В состав сланцевого газа может входить сероводород, что делает его невозможным транспортировку и сжигание без очистки. Выделить из газа сероводород легко только в лабораторных условиях. В промышленных масштабах это неимоверно сложно. Проще построить нефтеперерабатывающий завод и дешевле раза в три-четыре.

Дело в том, что сероводород это яд, со специфическим запахом, к тому же повышенной взрывоопасности. Но он еще и горит, причем склонен к самовоспламенению. Так что может рвануть в любой момент. Потому его ни по трубам, ни в цистерне нельзя транспортировать. А ведь, для того чтобы его на газоочистительный завод его доставить необходимо по трубам доставлять.

Более 80 процентов извлекаемых запасов сланцевого газа, из любой скважины, добывается в течение первого года, поэтому требуются многие сотни скважин на каждом месторождении.

Первым свойством, снижающим полезность сланцевого газа, является его низкая теплотворная способность. У него она равна 0,57, а у природного газа, с которым сланцевый газ вроде бы собирается конкурировать, теплотворная способность - 1,17. Поэтому все компании держат в секрете состав своих месторождений. Добываемый в США газ, на месторождении Олбани, с низким содержание сероводорода. Польский и, особенно, украинский явно содержат сероводород, постепенно переходящий в H2SО4, а возможно и с содержанием радона.

При операциях гидроразрыва между скважинами циркулирует множество грузовиков-цистерн, ведь для вытеснения газа требуются огромные объемы воды с примесью химикатов. Поднимающийся из скважины загрязненный обратный приток надо очищать.

3.3. Экономические

Скептики считают, что сланцевая тема искусственно раздута, поскольку добывать сланцевый газ экономически невыгодно. Себестоимость бурения скважины на месторождении газовых сланцев составляет $2,5—4 млн, а срок её эксплуатации лишь около 10 лет, тогда как при добыче газа традиционным способом скважина служит 30—40 лет. Чтобы сохранять объёмы газодобычи при быстро падающих давлениях в скважинах, приходится бурить их снова и снова, повторяя операцию гидроразрыва. Директор российского Института национальной энергетики Сергей Правосудов считает, что при рыночных ценах на уровне $150 за тыс. мі добывать сланцевый газ невыгодно:

До кризиса, когда цена импортного СПГ в США доходила до $500—600, это было нормально, но сегодня выгода под вопросом.

Рост котировок акций компаний, добывающих сланцевый газ, эксперты считают результатом спекулятивной игры, в ходе которой участники фондового рынка не учли, что технология добычи сланцевого газа требует постоянных затрат. «Не думаю, что сланцевый газ сумеет создать конкуренцию природному, — считает министр природных ресурсов России Юрий Трутнев. — Но часть рынка он займёт. Таким образом, альтернатива уже есть, и это потенциальная угроза». Директор департамента НКГ «2К Аудит — деловые консультации» Александр Шток напоминает:

С одной стороны, уже сегодня сланцевый газ повлиял на перераспределение сил на газовом рынке. США, увеличив объёмы добычи газа как раз за счёт сланцевых месторождений, смогли практически отказаться от импорта СПГ. С другой стороны, прирост добычи газа в США обеспечили инвестиции в разработку сланцевых месторождений, сделанные на пике стоимости газа на мировом рынке.

 

 

 

 

Заключение

Добыча сланцевого газа в XXI веке еще только набирает свои обороты в производстве, но, несмотря на короткий производственный цикл, пагубно отражается на экологии районов. Этот вид топлива активно заменяет традиционные энергетические источники, такие как природный газ, уголь и даже дизельное топливо. Но технология добычи сланцевого газа требует более безопасного и экологически чистого методов разработки, т.к. оказывается огромное воздействие на биосферу. Для того чтобы начать добычу топлива требуются большие затраты, связанные как с природными ресурсами (вода, песок), так и химическими веществами, которые закачиваются в недра Земли и «отравляют» районы вокруг района добычи.

Исследования подчеркивают необходимость дальнейшего усовершенствования технологии добычи сланцевого газа с целью контроля выбросов метана, загрязнения почвы и грунтовых вод, учитывая высокий уровень неопределенности в оценочных цифрах. К сожалению, на фоне картины истощения традиционных запасов газа сланцевый газ не сможет стать в ближайшее время достойной альтернативой природному газу, так как не соответствует современным экологическим требованиям к энергоресурсу. Перспективы крупной добычи сланцевого газа в настоящее время имеются только в слабозаселенных районах и в странах, которые согласны на снижение экологической безопасности. Иногда стоит задуматься над тем, что важнее: окружающая нас природа или экономическое развитие страны.