Технология прорыва

Схема представлена автором

В области разработки месторождений сланцевого газа за последнее десятилетие наблюдался экспоненциальный рост, в США, стране – лидере на рынке, это стало следствием главным образом развития технологий и поддерживающих нормативных требований со стороны государства. Помимо этих были и другие факторы, например, благоприятная геология и удобная логистика. Сланцевый газ занял важнейшее место в энергетическом балансе США. Его добыча за последние пять лет достигла таких масштабов, что оказала существенное влияние на стоимость нефти и газа, вызвав резкий спад цен на природный газ. Темпы добычи сланцевого газа в США значительно выросли за последнее время (см. схему). На сегодняшний день США наряду с Канадой являются крупнейшим производителем сланцевого газа в мире.

Развитие технологий позволило добывать сланцевый газ из нетрадиционных месторождений с низким коэффициентом проницаемости. Огромные запасы газа стали доступными в основном благодаря двум технологиям: гидравлическому разрыву пласта (ГРП) и горизонтальному бурению. США были главным инноватором в области технологий добычи сланцевого газа. Между тем следует отметить, что только США и Канаде удалось использовать ресурсы сланцевого газа в значительных масштабах, что обусловлено рядом факторов и также может свидетельствовать о нисходящем тренде в мировой отрасли. Преодоление данного тренда возможно только при благоприятном вмешательстве государства и оптимальном развитии технологий.

ГРП является хорошо моделируемой технологией, при которой после бурения в пласт закачивается жидкость под высоким давлением, разрушая горные породы сланца для выпуска газа. Базовые жидкости для ГРП могут быть различными, включая воду, пену, масло и кислоту. Наиболее распространенной жидкостью для ГРП при добыче сланцевого газа является «скользкая вода» («slickwater»), где почти 99,5% составляют вода и песок, а остальное – ряд химических добавок, понижающих трение. 

Новой тенденцией в ГРП может стать сдвиг в сторону безводных технологий, таких как технологии на основе LPG-геля, которая сведет на нет потребности в воде. Еще одна интересная технология, которая пока находится в стадии предварительной оценки, – разрыв пласта с помощью ударной волны. Ее изучает индийская компания Super Wave Technology (SWTPL). Эта технология также является безводной, но в отношении нее существует ряд других параметров, которые необходимо учесть, прежде чем делать какие-либо заключения.

Технология бурения горизонтальных скважин на определенной глубине особенно полезна в случае формаций сланцевого газа в виде тонких горизонтальных образований, поскольку позволяет извлечь больше газа из скважин меньшего размера. К концу 1980-х годов она стала коммерчески целесообразной и наряду с ГРП сделала возможной экономичную добычу сланцевого газа из сланцевых пластов. Данные Службы энергетической информации США (US Energy Information Administration, USEIA) продемонстрировали четкую тенденцию быстрого внедрения горизонтальных скважин вместо вертикальных в период с 2004 по 2010 год на сланцевом месторождении «Барнетт Шейл». В 2010 году горизонтальные скважины составляли 70% всех добывающих скважин. Две вышеупомянутые технологии незаменимы для добычи сланцевого газа как такового, однако существуют и другие инновации, которые позволяют повысить безопасность и эффективность добычи сланцевого газа. Это, например, микросейсмические технологии и технологии очистки пластовой воды. Их актуальность постоянно растет, поскольку они способны снизить негативное воздействие на окружающую среду во время разработки сланцевых месторождений.

Микросейсмический мониторинг дает возможность лучше понять реакцию на ГРП благодаря контролю роста трещины. Микросейсмические данные, интегрированные с основными инженерными данными, позволяют получить более точные характеристики месторождения и эффективнее спроектировать процесс добычи газа. Кроме того, отслеживается любая сейсмическая активность, которая может быть вызвана различными операциями в ходе разработки месторождения. Это очень важно, в том числе с точки зрения общественного мнения. Например, закачка пластовой воды может привести к потенциальной сейсмической активности. Разумеется, чтобы расширить или полностью использовать преимущества микросейсмического мониторинга, необходимо реагировать в режиме реального времени.

Пластовая вода и обратный приток являются отходами продуктов, которые образуются при высвобождении давления в скважинах. Для одного только ГРП требуется от 10 тыс. до более чем 20 тыс. куб. м воды, значительная часть которой вытекает обратно на поверхность (до 50%, некоторые источники приводят значение до 85%). Технологии очистки пластовой воды привлекли к себе пристальное внимание после того, как стало известно, насколько большие объемы воды используются для добычи сланцевого газа.

Кроме того, существует ряд технологий сенсорных датчиков, а также информационных и коммуникационных технологий (ИКТ), обеспечивающих важные функциональные возможности, которые приобретают все большее значение и, как ожидается, станут незаменимы в будущем.

В текущих условиях падения цен на газ и нефть акцент делается на более эффективной и экономичной разработке месторождений сланцевого газа.

География инноваций 

Во всем мире появляются инновации, которые будут играть важную роль в существенном повышении эффективности и рентабельности.

Исследователи из Университета Дьюка предложили новый метод идентификации разливов и загрязнений с помощью геохимической дактилоскопии. Это исследование было поддержано грантом Национального научного фонда в размере 100 тыс. долл.

Компания GE Oil & Gas разрабатывает новые элементы управления с регулируемой скоростью и алгоритмы, которые будут определять поток в скважинах. Эти технологии помогут снизить расходы.

Компания KCF Technologies Inc., работающая в Пенсильвании, создала Smart Diagnostics® Vibration Monitoring System (VMS), систему беспроводных датчиков, которая позволяет инженерам визуализировать эксплуатационное состояние вращающегося нефтегазового оборудования. Это помогает прогнозировать оптимальное время для выполнения критически важного техобслуживания, оптимизировать эффективность добычи сланцевого газа и снизить негативное воздействие на окружающую среду. Компания Glass Technology Services из Шеффилда, Великобритания, представила бурты на основе стекла, которые удерживают сланцевые разрывы в открытом состоянии. Это устранило бы необходимость в использовании больших объемов воды для сохранения разрывов пласта открытыми.

В США и Великобритании существуют программы финансирования инноваций в области добычи сланцевого газа. В США центр Ben Franklin Technology Partners Shale Gas Innovation and Commercialization Center проводит конкурс таких инноваций в Пенсильвании или Западной Виргинии, ежегодно награждая четырех победителей. Спонсорами этого конкурса также выступают партнеры центра. В Великобритании организация Innovate UK выделяет 2 млн фунтов стерлингов на финансирование ряда проектов, нацеленных на повышение безопасности и экологичности добычи сланцевого газа и нефти.

Реакция предприятий по добыче сланцевого газа на технологические инновации 

В 2011 году произошел ряд слияний и поглощений, обусловленных «сланцевым бумом». Некоторые компании на рынке сланцевого газа упрочили свое положение за счет формирования различных видов партнерства с инноваторами, включая приобретение и лицензирование их разработок. Все основные игроки в настоящее время предлагают более экологичные инновационные технологии. Продолжающееся падение цен на сланцевый газ может вызвать повышенный интерес к приобретению фирм, которые предлагают инновационные и экономически эффективные методы, позволяющие удешевить добычу газа.

Китай, по оценкам экспертов, обладает технически извлекаемыми залежами сланцевого газа в объеме приблизительно 31,6 трлн куб. м. Это значительно выше, чем предполагаемые запасы в США, которые в настоящее время являются лидером по добыче сланцевого газа. Но сланцевые ресурсы Китая значительно труднее извлекать из-за относительно сложной геологии, огромного дефицита пресной воды и высокой плотности населения. Следовательно, для этой страны ГРП с использованием большого количества воды – далеко не идеальный вариант. Упомянутые три основных отличия от ситуации в США требуют разработки собственных экологичных технологий или применения существующих методов с их оптимизацией в соответствии с конкретными требованиями. Кроме того, в Китае на сегодняшний день отсутствуют широкая поддерживающая инфраструктура и надежная цепочка поставок.

В Европе существуют аналогичные проблемы сложной геологии и более высокой плотности населения. Кроме того, в некоторых странах ГРП запрещен.

Недавно Аргентина и Россия заключили соглашение о совместной разработке месторождения сланцевого газа в аргентинской провинции Неукен. Обе эти страны входят в первую десятку по объемам технически извлекаемых запасов сланцевого газа (по данным USEIA).

Учитывая турбулентность в отрасли и волатильность цен, можно предположить, что газодобывающие предприятия будут активно разрабатывать и использовать более интеллектуальные и эффективные системы добычи сланцевого газа. «Умные» системы должны быть взаимосвязанными и иметь встроенные функции обратной связи. Тогда они смогут обеспечить рост эффективности добычи и снижение эксплуатационных расходов. Ожидается, что ИКТ-технологии, такие как средства обработки Больших Данных и технологии упреждающего анализа, станут критически важными компонентами подобных систем. Для поддержания развития отрасли в долгосрочной перспективе и ее экономической эффективности приоритетными будут и другие факторы, такие как экологичность и более интеллектуальные технологии добычи сланцевого газа.