Перспективы развития добычи сланцевого газа в России

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

«Калининградский государственный технический университет»

 

 

Факультет судостроения и энергетики

 

Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Введение в профессию»

Тема: «Перспективы развития добычи сланцевого газа в России»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила

студентка группы 14 ВСТ-3

Кирюхина Мария Геннадьевна

 

 

 

Проверил

Профессор Герасимов А.А.

Оценка  (  )

                                        подпись

 

 

 

 

 

Калининград – 2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Природный сланцевый газ, как перспективный вид ископаемого топлива

1.1 Краткая характеристика  ресурса

1.2 История формирования  производства

1.3 Месторождения сланцевого  газа в мире и перспективы  его 

      разработки

2. Деятельность газодобывающих  предприятий

2.1 Технология добычи сланцевого  газа

2.2 Переработка сланцевого  газа в дизельное топливо

2.3 Сланцевый газ на  мировом рынке

2.4 Структура и тенденции  газового рынка

2.5 «Сланцевая революция»

3. Проблемы, связанные с  добычей и транспортировкой сланцевого  газа

3.1 Экологические проблемы

3.2 Производственные проблемы

Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Сланцевый газ транспортировка добыча

 

В настоящее время возникла необходимость в разработке новых источников энергетических ресурсов и их технологии добычи. В последнее время всеми энергозависимыми странами 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.

Цель: ознакомление с новым направлением в добыче природного газа, выявление тенденций его развития и выявление различного рода проблем, связанные с разработкой и добычей сланцевого газа.

 

 

1. ПРИРОДНЫЙ СЛАНЦЕВЫЙ ГАЗ, КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ВИД

ИСКОПАЕМОГО ТОПЛИВА

 

1.1 Краткая характеристика  ресурса

 

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%; CO - 10-20%; CO2 - 10-20%; C2H4 и другие углеводы - 4-5%; N2 - 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.

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.

 

1.2 История формирования  производства

 

Первая коммерческая газовая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США в 1821 году Вильямом Хартом, который считается в США «отцом природного газа». Первое месторождение сланцевого газа было создано в штате Техас (США), которое использовалось как полигон для испытаний технологии. Первые экспериментальные разработки в области газодобычи из сланца начали проводиться компанией Mitchell Energy&Development во главе с Д. Митчеллом с 1980 года в США.

Масштабное промышленное производство сланцевого газа было начато в США вначале 2000-х на месторождении Barnett Shale. Высокая себестоимость добытого газа из сланца первоначально была связана с тем, что для поиска бурились многочисленные вертикальные скважины, проводился гидроразрыв пласта и откачивался газ. Сочетание вертикального и горизонтального бурения начали использовать только с 2002 года. Применение горизонтального бурения значительно сократило себестоимость добытого газа.

Благодаря резкому росту его добычи, названному «газовой революцией», в 2009 году США стали мировым лидером добычи газа (745,3 млрд куб. м), причём более 40 % приходилось на нетрадиционные источники (метан из угольных пластов и сланцевый газ). С помощью метода стратосферного анализа оценивают местоположения сланцевых месторождений газа. По оценке Energy Information Administration (EIA) месторождения сланцевого газа разрабатываются в 48 странах мира.

В настоящее время сланцевый газ добывается практически во всех развитых и развивающихся странах и экспортируется в другие страны или используется в собственной промышленности.

 

1.3 Месторождения сланцевого  газа в мире и перспективы  его 

      разработки

 

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.

 

 

2. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ГАЗОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

2.1 Технология добычи сланцевого  газа

 

Сланцевый газ является разновидностью природного газа, образовавшегося в недрах земли. Современная технология добычи сланцевого газа подразумевает бурение одной вертикальной скважины и нескольких горизонтальных скважин длиной до 2-3х км. В пробуренные скважины закачивается смесь воды, песка и химикатов, в результате гидроудара разрушаются стенки газовых коллекторов, и весь доступный газ откачивается на поверхность. Процесс горизонтального бурения проводится посредством инновационной методики сейсмического моделирования 3D GEO, которая предполагает сочетание геологических исследований и картирования с компьютерной обработкой данных, включая визуализацию. При бурении горизонтальной скважины важно соблюдать правила бурения, к чему относится, например, выбор правильного угла бурения, соответствующего углу наклона сланцевого пласта. Скважина должна пролегать сугубо в толще сланцевого пласта на достаточном расстоянии от его границ, в противном случае метан мигрирует через трещины и другие отверстия в верхний слой осадочных пород. Газовые коллекторы в сланцевом пласте также имеют свои отличия и сконцентрированы: в порах сланца аналогично хранению газа в плотном песке; в виде скоплений возле источника органических веществ подобно метану в угольных пластах; в виде скоплений в природных переломах.

Как и в других газовых месторождениях, газ мигрирует из области высокого давления в область низкого давления, поэтому технология газодобычи основана на создании областей с переменным давлением. Используется: горизонтальное бурение с мультиотводами на одной глубине, а также многоступенчатые горизонтальные скважины с длиной горизонтального отвода до 2-х км.

Технология гидроразрыва пласта была разработана в 1953 году академиком С.А. Христиановичем совместно с Ю.П. Желтовым в Институте нефти АН СССР. Для разработки эффективной технологии горизонтального бурения с гидроразрывом пласта понадобилось около 20 лет экспериментов.

Существует целый набор геохимических параметров, которые обуславливают условия добычи сланцевого газа, а, соответственно, определяют себестоимость и стоимость результирующего продукта. Прежде всего, существенно влияет на себестоимость добычи содержание глины в жестких песках, которая поглощает энергию гидроразрыва, что требует увеличения объема используемых химикатов. Каждое месторождение имеет уникальный объем диоксида серы, поэтому, чем ниже этот показатель, тем выше цена реализации газа.

Наиболее выгодными считаются «хрупкие» сланцы с большим содержанием диоксида кремния, эти месторождения содержат естественные переломы и трещины. Одна из причин, что месторождение является продуктивным, связана с высоким содержанием кварца в сланце -- 29-38%, порода сланца становится очень хрупкая, поэтому требуется меньшая мощность гидроразрыва.

Наиболее сложным для бурения считается месторождение, с высоким давлением в породах, а также его значительными скачками. При глубине бурения 3200-4100 м давление составляет 675 атмосфер при температуре более 15000 С. Горизонтальные скважины имеют длину до 1500 м, поэтому добыча газа требует более мощных гидроразрывов.

 

2.2 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.

Новая технология аналогична получению жидкого топлива из угля (процесс Фишера - Тропша). Метод был разработан в Германии 90 лет назад, как способ компенсировать дефицит нефти большими запасами угля. Последние разработки ученых позволили применить этот метод к газу. В общих чертах процесс переработки выглядит так: природный газ, кислород и вода подаются в реактор. Там под действием катализаторов, температуры и давления происходит процесс перегонки. Результатом является дизельное топливо, авиационный керосин и ряд других нефтепродуктов, но, к сожалению, пока такой процесс получения бензина из газа очень дорог.