Учебная работа. История и значение сланцевого газа

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

История и Введение

В настоящее время возникла необходимость в разработке новых источников энергетических ресурсов и их технологии добычи. В последнее время во всех энергозависимых странах активно развиваются технологии-заменители по производству возобновляемого топлива. Но ни одна имеющаяся технология производства возобновляемого топлива не может даже потенциально заменить ископаемые энергоресурсы, а развитие научных технологий на сегодняшний день не предполагает качественного скачка в разработке новых источников энергосырья. Очевидно, что самоорганизация рыночного механизма однозначно определяет появление товаров-заменителей, которые будут оказывать существенное влияние на структуру мирового энергетического рынка, но не приведут к его изменению из-за достаточно низкой эффективности потенциала всех современных возобновляемых технологий. Единственным энергоисточником, имеющим на сегодняшний день исключительные качества товара-заменителя, является сланцевый газ.

Целью реферата является изучение сланцевого газа, его состав, а так же экологические последствия и перспективы применения.

1. История происхождения сланцевого газа

сланцевый энергетика газ

То, что в сланцах, обогащённых органикой, есть газ, было известно ещё в XIX веке, а первая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США в 1821 году во Фредонии (Fredonia), штат Нью-Йорк. однако сланцевые пласты игнорировались многими промышленниками, так как сланец считался слишком твёрдым, чтобы вскрыть при помощи традиционных способов бурения.

Первый действующий источник для добычи газа был обнаружен на территории США. Произошло это в 1821 году, открывателем стал Вильям Харт. Активистами по изучению обсуждаемого вида газа в Америке выступают известные специалисты Митчелл и Уорд. Грандиозное производство рассматриваемого газа начала компания «Devon energy».

В 1970-х годах в США были проведены разведочные работы, в ходе которых выявлены четыре огромных сланцевых бассейна — Барнетт (Barnett), Хайнсвилл (Haynesville), Файетвилл(Fayetteville) и Марселлус (Marcellus) площадью в десятки тысяч квадратных километров и, по-видимому, содержащие гигантские запасы природного газа. На тот момент эти резервы оказались недоступными, а разработка соответствующих технологий добычи была прервана после падения цен на нефть в 1980-х годах.

В 1990-х годах ряд небольших компаний, крупнейшей и наиболее активной из которых была «Chesapeake Energy», решили вернуться к идее извлечения газа из сланцевых пластов. Исследователи предложили применить для добычи сланцевого газа технологии, которые были разработаны ещё десятилетия назад, но в то время не имели широкого применения. Одной из них было горизонтальное бурение, заключавшееся в том, что уже внутри пласта бур постепенно отклонялся от вертикали, пока это отклонение не достигало 90 градусов, а затем продолжал движение уже параллельно кровли пласта. впервые эта технология была применена ещё в 1940-х годах, но затем от неё отказались из-за дороговизны.

Благодаря разработкам ситуация стала меняться в конце 1990-х годов, когда новые технологии горизонтального бурения и более интенсивные гидравлические разрывы пластов позволили извлекать газ из сланца и схожих по твёрдости геологическим месторождениям затем от неё отказались из-за дороговизны.

Но масштабное промышленное производство сланцевого газа было начато в США компанией Devon Energy лишь в 2002 году, когда на месторождении Barnett Shale была впервые пробурена горизонтальная скважина. Резкий рост добычи этого сырья получил название «газовой революции», активно подхваченной инвесторами.

В первом полугодии 2010 года крупнейшие мировые топливные компании потратили 21 миллиард долларов на активы, связанные с добычей сланцевого газа. сейчас, с открытием новых технологий по разработке сланцевого газа, во многих странах электроэнергетическая политика меняется. В частности, в США за последние три года цена на газ упала в три раза, с 8 до 2,5 доллара,

. Состав

Сланцевый газ представляет собой разновидность природного газа, хранящегося в виде небольших газовых образованиях, коллекторах, в толще сланцевого слоя осадочной породы Земли. образуется в результате анаэробных химических процессов (процессов разложения органических веществ). Сланцевый газ состоит преимущественно из метана, но также в его состав входят и другие газы, с разным процентным содержанием. Его примерному составу отвечает следующее содержание компонентов:

H2 — 25-40%;

CH4 — 14-17%;- 10-20%;- 10-20%;H4 и другие углеводы — 4-5%;- 22-25%; O2 — не более 1%. Как и любое вещество, сланцевый газ обладает рядом свойств. Плотность газа колеблется от 0,7-0,9 кг/м3. температура газокислородного пламени составляет 2000°С. Низшая теплота сгорания 12,6-14,3 МДж/м3.

главная его особенность в том, что он залегает в горючих сланцах

Сланцевый газ — это осадочная горная порода, глинистая, низкопористая, которая выступает одновременно и источником, и органикой в «благоприятной» среде.

Сланцевый газэто экологически чистое топливо, поэтому его сжигание выпускает меньше углекислого газа в атмосферу, чем сжигание угля.

Сланцевый газ — это смесь взрывоопасных элементов, которые невозможно закачивать под высоким давлением и передавать на дальнее расстояние.

Запасы сланцевого газа сосредоточены в глинистых сланцах, это те же глины, измененные (метаморфизованные) на большой глубине под действием высоких давлений и температур. Порода теряет пластичность и становится хрупкой и трещиноватой, обладает очень низкой проницаемостью. Сланцы, содержащие газ — это особые горючие сланцы. В отличие от обычных глинистых сланцев, горючие сланцы содержат органическое вещество — кероген, похожий на уголь. Содержание керогена является качественным показателем газовой эффективности сланца. К наиболее термически зрелым сланцам относят месторождения «сухого газа» с керогеном, относящимся к типу III, менее термически зрелые месторождения, относящиеся к типу II, образующими влажный конденсат, будут давать газ с примесями конденсата. менее зрелые сланцы с керогеном типа I являются нефтеносными, то есть содержащими нефть в сланцевых депозитах. При оценке месторождений нужно понимать, что объем доступного газа в сланцевом слое прямо пропорционален толщине сланца. Очевидно, что наиболее выгодными являются толстые и термически-зрелые сланцы. запасы отдельных газовых коллекторов невелики, но они огромны в совокупности и требуют специальных технологий добычи. Сланцевые залежи встречаются на всех континентах, поэтому, практически любая энергозависимая страна может себя обеспечить необходимым энергоресурсом.

Этот энергоресурс вызывает повышенный Интерес мировой общественности по причине совмещения в себе качеств ископаемого топлива и возобновляемого источника.

. способы добычи

Для добычи сланцевого газа используют горизонтальное бурение, гидроразрыв пласта (в том числе с применением пропантов) и сейсмическое моделирование. аналогичная технология добычи применяется и для получения угольного метана.

вместо гидр разрыва пласта (фрекинга) в качестве эксперимента может использоваться более дорогой безводный пропановый фрекинг (закачивание сжиженного пропана в виде геля). Сланцевый газ содержится в небольших количествах (0,2 — 3,2 млрд м³/км²), поэтому для добычи значительных количеств такого газа требуется вскрытие больших площадей.

Способ горизонтального бурения основан на использовании особых буровых установок и является основным способом добычи газа. Создание высокопроводимой трещины в целевом пласте, чтобы добыть сланцевый газ — технология гидроразрыва пласта (позволяет «оживить» скважины, на которых добыча газа обычными методами уже невозможна).

Современная технология добычи сланцевого газа включает в себя сооружение буровой установки, в составе которой одна вертикальная скважина и несколько горизонтальных. Их длина может достигать 3 км. Они заполняются смесью воды, песка и химреагентов, создаётся гидроудар, повреждается целостность газовых коллекторов. далее высвобожденный газ откачивается.

В процессе горизонтального бурения применяется методика сейсмического моделирования. Она сочетает в себе геологические исследования и картирование с компьютерной обработкой данных, в том числе, с визуализацией.

Для этого применяют горизонтальные скважины, имеющие мультиотводы на одной глубине, или такие скважины делаются многоступенчатыми с горизонтальным отводом длиной до 2 км.

Схема добычи сланцевого газа

Проводится бурение скважин: вертикальное до глубины сланцевых залежей и далее вдоль них — горизонтальное.

1.Установка трубы в скважину.

2.Укрепление трубы цементом. В полученной конструкции специальным перфоратором проделываются отверстия.

.Закачка в трубу воды и песка, под действием которых сланец постепенно разрушается.

.Сбор газа из трещин и разломов породы и прокачка его через трубопровод.

после того, как давление газа спадёт, возможен повтор процедуры разрушения сланцевого пласта.

Переработка сланцевого газа в дизельное топливо

Рекордно низкие цены на природный газ больно ударили по производителям, но существует технология, которая может превратить дешевый газ в дизельное топливо. Сейчас галлон дизельного топлива стоит 4 доллара (примерно 30 рублей за литр), а цена на газ составляет около 2,30 долларов за миллион британских термических единиц. С 2008 газ подешевел в 7 раз.

обилие и доступность природного газа в США дает возможность использовать топливо по-новому, растет энергетическое «разнообразие», и получение от этого экономических и экологических выгод. В компании считают, что разница между нефтяными и газовыми ценами позволяет начать строительство предприятий по переработке газа в дизельное топливо и авиационный керосин. Две компании планируют сейчас строительство подобных заводов — Shell на побережье Мексиканского залива и южноафриканская Sasoil на побережье Луизианы.

правда, существуют определенные риски, связанные с колебанием цен на газ. Подобные предприятия стоят миллиарды долларов, и у них большие сроки окупаемости. И для того, чтобы производство было рентабельным, цена на газ должна оставаться низкой в течение 20 — 30 лет. Управления энергетической информации США приводит данные, в которых оптимальное соотношение цен для данных предприятий выглядит так: 100 долларов за баррель и 6 долларов за миллион БТЕ газа.

. Влияние на экологию

Потребность человечества в энергоресурсах, безусловно, является одной из первоочередных. Ограниченный запас традиционных источников энергии, растущие быстрыми темпами объемы энергопотребления, усиливающаяся зависимость ряда стран от импорта топливно-энергетических ресурсов — эти и многие другие факторы в последнее время способствовали активному изучению и развитию альтернативных возобновляемых источников энергии. В этой связи особый интерес мировой общественности вызывает сланцевый газ, совмещающий в себе качества ископаемого топлива и возобновляемого источника.

В 1821 году впервые состоялась коммерческая добыча сланцевого газа в США, а промышленная добыча была начата только в начале 2000-х годов. До этого времени скважина давала слишком мало газа, чтобы стало возможным окупить само бурение. Ситуация изменилась с внедрением новых технологий — горизонтального бурения в сочетании с гидравлическим разрывом пласта.

множество споров ведется относительно плюсов и минусов добычи сланцевого газа. С одной стороны, позитивные факторы: возможность разработки месторождений в уже густозаселенных районах и непосредственная близость от конечного потребителя. С другой стороны, ряд негативных и весомых факторов: высокая себестоимость сланцевого газа, быстрая истощаемость месторождений, невозможность транспортировать его на большие расстояния и, один из самый весомых минусов, огромные экологические риски в процессе добычи.

Чем же опасен фрекинг?

Вот лишь некоторые последствия его применения для здоровья людей и окружающей среды.

1. Загрязнение воды в результате добычи сланцевого газа

Добыча сланцевых углеводородов методом гидравлического разрыва пласта приводит к загрязнению грунтовых вод, в том числе источников питьевой воды, токсичными химическими веществами, обладающими хронической и острой водной токсичностью, а также общей токсичностью.

В результате загрязнения метаном при фрекинге вода в домах местных жителей стала «взрывоопасной». В одном из городков Пенсильвании, со сланцевыми скважинами, жители поджигают обогащенную метаном воду из-под крана.

При добыче газа в недра закачиваются миллионы тонн специального химического раствора, который разрушает пласты горючего сланца и высвобождает большое количество метана. Основная проблема в том, что сланцевый газ вместе с закачанными химикатами, который не удается выкачать, начинает выходить на поверхность из недр, просачиваясь через почву, загрязняя грунтовые воды и плодородный слой.

В ходе добычи вода загрязняется метаном и радиоактивными веществами, которые вымываются из вмещающих пород. многие жители в районах бурения теряют здоровье из-за постоянного загрязнения питьевой воды метаном.

2. Потребление большого количества пресной воды

3. Загрязнение воздуха в результате добычи сланцевого газа.

В результате добычи сланцевого газа воздух загрязняется метаном и другими газами. Загрязнение может быть настолько сильным, что местные жители вынуждены носить респираторы, чтобы не потерять сознание.

4.загрязнение почвы в местах добычи сланцевых газов.

Всегда есть риск утечки токсичных жидкостей из прудов-отстойников, а также неконтролируемых фонтанных выбросов. Добыча сланцевого газа приводит к разрушению ландшафта, несет ущерб сельскохозяйственным угодьям.

Площадь стандартного месторождения составляет порядка 140 — 400 квадратных километров, при этом территория, отведенная под собственно буровые площадки, занимает 2 — 5% этой площади. На таком участке пробурят около 3000 скважин.

. Сейсмическая активность — результат фрекинга

Загрязненные сточные воды утилизируют путем закачки под землю. Есть данные, что это может повысить риск землетрясений. Подобные случаи были зарегистрированы в штатах Арканзас, Оклахома и Огайо в США. В Арканзасе, который сам по себе отличается повышенной сейсмичностью, после начала освоения сланцев число подземных толчков увеличилось в несколько раз. Землетрясения, в свою очередь, повышают вероятность утечек из газовых скважин.

В великобритании добыча сланца привела к серии землетрясений в районе одного из курортных городков. По экологическим соображениям приостановлена добыча в трех американских штатах и двух канадских провинциях.

Выбросы парниковых газов при добыче и использовании сланцевого газа и нефти значительно выше, чем при добыче обычных газа и нефти. По данным ряда исследований, вред сланцевого сырья для климата сравним с вредом от использования угля. По данным правительства США, утечка метана при добыче сланцевого газа как минимум на треть выше, чем при добыче природного газа.

особенное внимание стоит уделить токсичным отходам, поскольку в процессе каждого гидроразрыва под землю закачивается до 300 тонн высокотоксичных химикатов, включая летучие органические соединения и нефтепродукты. Радиоактивные элементы и тяжелые металлы высвобождаются из-под земли и попадают на поверхность. Часть подобных отходов испаряется и превращается в канцерогены в воздухе, другая часть хранится в отстойниках или утилизируется.

. как показывает опыт разработки Barnett Shale, сланцевые скважины имеют гораздо меньший срок эксплуатации, чем скважины обычного природного газа

В.В. Путин о добыче сланцевого газа в россии

Россия не исключает для себя возможности добычи сланцевого газа в будущем, но на данный момент не видит в этом необходимости, заявил президент россии Владимир Путин на пресс-конференции по итогам саммита Форума стран-экспортеров газа. «Для нас это (добыча сланцевого газа) сегодня не актуально. Если будут расти технологии, то мы для себя не исключаем этой возможности»

Мировые запасы сланцевого газа

По оценкам специалистов залежи сланцевого газа в недра земли огромны, но оценка запасов считается условной и отличается в зависимости от метода оценки. Таким же спорным вопросом считается версия о возобновляемости сланцевого газа, связанная с гипотезой о водородной дегазации Земли. По этой гипотезе, метан в сланцах образуется постоянно, начиная с глубокой древности до современности, в связи с реакцией водорода, поднимающегося из глубин земли, с керогеном — органикой сланцев.

С учетом вышеприведенных фактов, учитывая негативные факторы, связанные с несовершенной технологией добычи и загрязнением окружающей среды, сланцевый газ все равно является наиболее перспективным энергоресурсом в долгосрочной перспективе. Общий объем сланцевого газа в течение прошедших 10 лет все эксперты оценивали в 456 трлн. куб. м, опираясь на работу немецкого эксперта Ганса-Холегра Рогнера, хотя сам автор считал эти цифры гипотетическими.

Самыми богатыми по ресурсам сланцевого газа странами являются Китай, Аргентина, Алжир и США. На их долю приходится 45% ресурсов сланцевого газа. несмотря на это обилие ресурсов сланцевого газа и в других странах, его активная добыча ведется только в США.

Россия мировой лидер по доказанным газовым запасам, которые составляют 44,6 трлн куб. метров, 21,4% мировых запасов. Благодаря этому, а также благодаря низкой себестоимости добычи природного газа, наша страна на сегодняшний день является монополистом на газовом рынке. однако ситуация в скором времени может кардинально измениться.

Что же касается добычи СГ в россии, то «Газпром» пока не намерен заниматься этой темой, сосредоточившись на добыче сланцевой нефти. Тем более что запасы СГ в России, по оценкам «Газпрома», не так велики, всего 83,7 млрд куб метров. учитывая огромные запасы «традиционного» газа и низкую себестоимость его добычи, разрабатывать их пока нет никакого смысла.

5. Перспективы применения сланцевого газа

марта 2010 года Комитет Госдумы по энергетике провёл круглый стол на тему «Перспективы освоения ресурсов сланцевого газа». Участники «круглого стола» рекомендовали Правительству РФ провести оценку газосланцевого потенциала россии, изучить передовые технологии добычи сланцевого газа, оценить возможность и перспективы их внедрения в россии, а также детально проработать вопросы, связанные с влиянием развития сланцевой промышленности в США, и вероятным её возникновением в Европейских странах и Китае на текущие и перспективные экспортные поставки газа из России. Газпром не планирует в ближайшие десятилетия начинать разработку месторождений сланцевого газа в россии. В начале 2012 года зампред правления Газпрома Александр Медведев отметил, что традиционные резервы компании в 10 раз более эффективны, чем разработка месторождений сланцевого газа. По словам Медведева, компания отложила добычу сланцевого газа «в долгий ящик» и к вопросу о его добыче, возможно, вернётся «лет через 50-70».

Ряд высокопоставленных чиновников и представителей «Газпрома» долгое время высказывался в том духе, что сланцевая революция — не более чем пиар-кампания, призванная подорвать интересы России. 8 апреля 2010 года министр энергетики россии Сергей Шматко заявил, что вокруг роста производства сланцевого газа в мире образовался «ненужный ажиотаж». По его мнению, развитие рынка производства сланцевого газа в США не может повлиять на энергобаланс в мире. 19 апреля 2010 года министр природных ресурсов и экологии России Юрий Трутнев заявил, что рост добычи сланцевого газа является проблемой для «Газпрома» и России. Это стало первым подобного рода заявлением от российских чиновников высокого ранга[49]. В августе 2012 года замминистра экономразвития России Андрей Клепач заявил, что ранее «Газпром» недооценивал масштабы сланцевой революции, а теперь относится к ней со всей серьёзностью. В октябре 2012 год президент россии Владимир Путин впервые признал опасность для «Газпрома» глобальных изменений на рынке энергоносителей, происходящих вследствие наращивания объемов добычи сланцевого газа, поручив в этой связи Минэнерго скорректировать генеральную схему развития газовой отрасли до 2030 года.

По мнению ряда зарубежных экспертов, ожидающиеся через несколько лет поставки сланцевого газа из США в Евразию не создадут угрозы для поставок трубопроводного газа от «Газпрома», поскольку российский газ более конкурентоспособен по сравнению с американским из-за того, что расходы по добыче и транспортировке газа из россии намного ниже аналогичных расходов для сланцевого газа из США. однако, один из крупных российских предпринимателей Олег Дерипаска полагал, что на 2012 год у России осталось 3-4 года «сытых лет» до реального прихода сланцевого газа и сланцевой нефти, после чего она не сможет быть конкурентной в условиях ВТО. Он вместе с главой медиахолдинга «эксперт» Валерием Фадеевымсчитает, что внутренний кризис неизбежен.

По мнению академика РАН Анатолия Дмитриевского (2010), в россии использование сланцевого газа целесообразно лишь для местных нужд на территориях в удалённости от газотранспортных систем, там, где разведка и добыча сланцевого газа будут экономически более выгодными, чем строительство газопроводов.

По оценкам специалистов залежи сланцевого газа в недра земли огромны, но оценка запасов считается условной и отличается в зависимости от метода оценки. Таким же спорным вопросом считается версия о возобновляемости сланцевого газа, связанная с гипотезой о водородной дегазации Земли. По этой гипотезе, метан в сланцах образуется постоянно, начиная с глубокой древности до современности, в связи с реакцией водорода, поднимающегося из глубин земли, с керогеном — органикой сланцев.

С учетом вышеприведенных фактов, учитывая негативные факторы, связанные с несовершенной технологией добычи и загрязнением окружающей среды, сланцевый газ все равно является наиболее перспективным энергоресурсом в долгосрочной перспективе. Общий объем сланцевого газа в течение прошедших 10 лет все эксперты оценивали в 456 трлн. м3. По данным годового отчета Energy Information Administration (EIA), объем запасов сланцевого газа США на 2011 год составляет 72 трлн. м3, из них технически-извлекаемые запасы — 24 трлн. м3. В то же время по данным Международного энергетического агентства (МЭА) на основании исследований нетрадиционные запасы газа составляют всего 4% от доказанных запасов природного газа.

В России, по данным отчета компании ОАО «Газпром», нетрадиционные запасы газа составляют 83,7 млрд. м3. В осадочных породах, на Восточно-Европейской платформе, широко представлены сланцы разной мощности и зрелости, которые могут быть перспективными для разработки. Стоит выделить на русской платформе Балтийский щит и Польско-Литовскую впадину, находящуюся на территории Польши и Западной Украины, и Днепровско-Донецкую впадину — на территории Украины, обладающие запасами зрелого сланца. На российской части Балтийского щита в Южно-Скандинавской области имеются незрелые сланцы возрастом 2,8 млрд. лет, более зрелые сланцы расположены в Центрально-Кольском блоке. По информации Shell, сланцы Швеции, находящиеся в этом районе, бесперспективны.

В январе 2011 года, заместителем директора Института энергетической стратегии российской Федерации А. Громовым были названы следующие цифры прогноза добычи сланцевого газа в мире: к 2018 году объем добычи сланцевого газа составит 180 млрд. м3 в год, а к 2030 году добыча сланцевого газа в США будет не более 150 млрд. м3 в год.

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.

Изучено: Состав сланцевого газа, способы добычи, экологические последствия и перспективы применения.

Установлено: Перспективы перехода с обычного топлива на сланцевый газ еще не полностью изучены, но специалисты данной области двигаются в правильном направлении и многого уже добились.

Рекомендуется: Дальнейшее исследование сланцевого газа как топлива, так как добыча его небезопасна.

список литературы

1. Дмитриевский А.Н., Высоцкий В.И. Сланцевый газ — новый вектор развития мирового рынка углеводородного сырья // Газовая промышленность, №8, 2010.

. Высоцкий В.И. Перспективы освоения ресурсов сланцевого газа // приложение к журналу «ТЭК. Стратегии развития», №2, 2010.

. Хрюкин В. Оценка перспектив разработки месторождений сланцевого газа на территории России // Приложение к журналу «ТЭК. Стратегии развития», №2, 2010.

. Галицын М.В., Галицын А.М., Пронина Н.В., Архипов А.Я., Богомолов А.Х., Цикарев Д.А. Газоугольные бассейны россии и мира. 2002.

5. Ru.wikipedia.org

6. Ru.energy.revolution.ru

Учебная работа. История и значение сланцевого газа