Разрыв шаблонов
Словосочетание «сланцевый газ» на слуху у широкой публики. Всего за десятилетие эта нетрадиционная технология превратили США из импортера в экспортера газа, а также снизила цены на него для миллионов североамериканских домохозяйств. В научной литературе сланцевая революция вызвала резкий рост публикаций, посвященных методам искусственного разрыва пород, содержащих углеводороды. Недавний обзор в журнале «Energies», сделанный тремя учеными Университета тектонологии малайзийского штата Перак, дает краткое, но исчерпывающее описание сложившейся на сегодня ситуации с методами гидроразрыва пласта при добыче самых разных подземных флюидов (газов, нефти, воды и других). Обзор также знакомит читателя с историей вопроса, приводит мировую статистику, а те, кто особенно интересуется проблемой, получают в свои руки впечатляющий список литературы.
Сланцевая революция стала результатом долгой эволюции. Способ гидроразрыва, или фрекинга, породы (коллектора), накопившей углеводороды, вполне себе традиционен: в позапрошлом веке в США стали создавать вокруг скважины дополнительные трещины и тем самым увеличивать суммарную проницаемость коллектора для притока к ней добываемых газов и жидкостей. На первых порах использовали динамит или нитроглицерин: так стимулировали скважины с незначительными дебитами добычи и оживляли старые. Метод развивался, и уже в середине прошлого века добыча фрекингом метана из угольных пластов была отнюдь не экзотикой; например, так делали на Донбассе.
Современный гидроразрыв пласта стал симбиозом трех новейших технологий. Во-первых, сорок лет назад появилось прецизионное бурение, наклонное и горизонтальное; оно позволяет точно, буквально параллельно границам пласта, проходить километровые расстояния в сравнительно тонких (сотни метров) слоях осадочных пород. Такая скважина собирает урожай с гораздо больших объемов, чем вертикальная, прошивающая пласт. Во-вторых, были отработаны методы массовых, но дозированных разрывов в горизонтальной скважине. Сегодня на километр скважины их приходится с десяток. В-третьих, новые способы компьютерного моделирования по данным геологоразведки, микросейсмического контроля изнутри скважины и мониторинга снаружи позволили точно отслеживать формирование трещин вокруг бура и объем стимулированной фрекингом области.
Слабопроницаемые сланцевые породы — это самый знаменитый, но далеко не единственный объект новых технологий. Гидроразрыву подвергают и плотные песчаники, и карбонаты, и другие осадочные породы. За счет того, что трещины соединяют микропоры с флюидами, фрекинг способен извлечь их даже из непроницаемых пород. С его помощью увеличивают добычу традиционных газа и нефти, активируют законсервированные скважины. Чаще всего разрыв проводят, закачивая под высоким давлением в скважину жидкость, основу которой составляет вода. Около десятой ее доли приходится на расклинивающий материал (его называют «проппант»), например песок. Он не позволит новым трещинам закрыться после снятия избыточного давления. При фрекинге карбонатов используют и кислоты, протравливающие трещины. Примерно сотую долю веса жидкости составляют примеси различных химикатов для ее эмульгирования и придания других нужных свойств. Часто добавки ядовиты и опасны для окружающей среды; их нужно запечатать в скважине.
На основе фрекинга рождаются новые концепции извлечения традиционных и нетрадиционных углеводородов. В зависимости от характеристик коллекторной породы вместо воды или в смеси с ней в скважины закачивают кислоты, сырую нефть, керосин, спирты, взрывающиеся эмульсии. Применяют пропан, углекислый газ, азот, которые могут быть сжижены, и даже жидкий гелий. Созданы методы плазменной стимуляции трещин, импульсно-дуговых электрогидравлических разрядов, электрического нагрева породы, термического криогенного разрыва и многие другие.
Основные проблемы фрекинга: рост выброса метана из скважин, загрязнение региона бурения отработанными растворами, колоссальные расходы воды, попадание химикатов в подземные воды, колодцы и источники питьевой воды. Гидроразрыв может активировать геологические трещины и разломы, а это приведет к перераспределению подземных вод, выходу на поверхность флюидов, сейсмичности. Не случайно Евросоюз ввел ограничения на технологию, а Франция и Болгария вообще запретили ее применять.
Главный вывод обзора в том, что технологии разрыва пласта способны стать основными в мировой добыче газа. Однако пока такая добыча требует развитой промышленности, сложной инфраструктуры и серьезных вложений каптала. Все это могут позволить себе только самые развитые страны.
(Energies, 2020, 13, 13, 3326)