Горючие сланцы и сланцевая нефть

О сланце

Сланец – это твердая горная порода, строение которой характеризуется параллельным расположением, входящих в её состав минералов, расположенных своеобразными пластами. В этом и кроется главное преимущество сланца – возможность раскалываться на плиты с ровной и достаточно гладкой поверхностью. Полученные плиты, учитывая слоистую структуру и твердость, имеют превосходные прочностные показатели и способны выдерживать высокие нагрузки на изгиб. Еще одним преимуществом сланца является его способность сохранять цвет практически неизменным, на протяжении всего срока эксплуатации.

Можно с уверенностью сказать, что из всех отделочных материалов из натурального камня – сланец будет самым универсальным.

Подтверждением этому служит повсеместное использование сланца на протяжении многих столетий в качестве основного отделочного материала. Наиболее яркий пример, подтверждающий долговечность данного материала, это сланцевая кровля. Под кровлей из сланца надежно сохранились такие известные памятники архитектуры как Букингемский дворец в Лондоне, Парижский Лувр и Пражский град. Срок службы сланцевой кровли составляет не менее 100 лет, что, порой, превосходит срок эксплуатации многих зданий.

Область применения

Область применения сланца практически не ограничена. У плитки из сланца очень малое (для натурального камня) водопоглощение: не более 1%, поэтому он отлично подходит для использования в самых суровых климатических условиях.

Также сланец может выдерживать и высокие температуры, поэтому его часто применяют для облицовки каминов и печей.

Кроме этого, из сланца получаются превосходные слэбы, доходящие в длину до 3 метров. Благодаря гладкой и твердой поверхности, сланец часто выбирается в качестве материала для изготовления уникальных изделий – столешниц, подоконников и ступеней.

Сланец идеально подходит для облицовки поверхностей, как внутри, так и снаружи. Особенно часто его применяют для облицовки уличных фасадов. Как упоминалось выше, в отличие от других натуральных материалов, сланец не выгорает на солнце, сохраняя свой первоначальный цвет, и вместе с низким влагопоглощением, ему не страшны значительные перепады температуры.

Месторождения сланца

Этот уникальный, исторически зарекомендовавший себя материал добывается по всему миру. Наша компания поставляет сланец с месторождений Индии и Бразилии.

Бразильские карьеры известны своим сланцем Montauk Black, с «шелковистой» поверхностью и классическим серо-графитовым цветом, а также сланцем Rusty, с «ржавыми» пятнами. Эти два вида сланца являются самыми популярными, среди всех добываемых в мире. Кроме превосходных эстетических показателей, они выделяются такими качественными характеристиками, как натуральная и гладкая поверхность, в совокупности с высокой твердостью и отличной геометрией плитки.

В свою очередь сланцы, добываемые из индийских карьеров, обладают самой богатой цветовой палитрой из всех сланцев. В отличие от бразильских, индийские сланцы будут иметь не такую ровную поверхность и геометрию, зато выбор цветовых оттенков впечатляет воображение. Разнообразие цветов и неповторимость рисунка в каждой плитке покорит даже самого взыскательного покупателя.

Области применения

Натуральные сланцы применяют не один десяток лет в строительстве и отделке домов, ландшафтном дизайне. Алевролитовый сланец применяли при строительстве Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге. Кристаллические породы отлично переносят низкие температуры и действие ультрафиолетовых лучей, сохраняя эстетический вид, обладают хорошей звукоизоляцией и способностью удерживать тепло, устойчив к разрушению и обладает особой прочностью, пожаробезопасны, не подвержены коррозии.

Горючие сланцы используют в качестве топлива, источника углеводородов и сырья для химической продукции. Из них получают:

• газ;
• нефть;
• клеевые вещества;
• фенолы;
• пластификаторы;
• вещества для борьбы с сорняками и эрозией почвы;
• из отходов производства получают строительные материалы(цемент и др.).

Процесс добычи газа

Горючие сланцы добывают для получения газа метана. Но есть одно но-слишком высокая себестоимость получения. Чтобы его извлечь нужна большая площадь земли и большое количество скважин из-за низкой концентрации на 1 км2. Добывают его в случае больших запасов и для снижения зависимости от импортируемого газа.

Получают сланцевый газ путем гидравлического разрыва пласта:

1. Производят вертикальное бурение до достижения искомого пласта.
2. Производят горизонтальное бурение.
3. Вводят воду или ее смесь с песком и химвеществами под высоким давлением.
4. Когда происходит растрескивание породы-выходит газ.

Получение нефти

Из горючих сланцев получают нетрадиционную(сланцевую) нефть.  Ее используют как топливо или перерабатывают на бензин, дизельное топливо или мазут.

При их нагреве получается газ и масло, которое по составу похоже на нефть. Это масло называют сланцевая нефть.

Но более интенсивное использование останавливает трудоемкий способ добычи, который до сих пор совершенствуется.

В России 80% добываемых горючих сланцев используют в качестве дешевого топлива для электростанций. Из-за низкой рентабельности производства лишь из 20% получают нефть и газ.

Целесообразность добычи, с экономической точки зрения, возможна в местах больших залежей сланца, где толщина пласта составляет 30 метров и больше, а с 1 тонны сланца получают не менее 90 литров нефти.

Получить сланцевую нефть можно при помощи установки-реактора из породы полученной любым способом. При помощи пиролиза без доступа воздуха эти установки получают сланцевую нефть. Метод получения чересчур затратный с высокой себестоемостью полученного продукта.

Еще один способ получения-горизонтальное бурение скважин путем гидроразрыва пласта. Он также очень затратный, уже через год резко на 80% снижается объем получаемого сырья.

Оба способа сопряжены с большими выбросами углекислого газа, который необходимо утилизировать для избежания экологической катастрофы.

Наиболее активно разработки по добыче горючих сланцев идут в странах в которых отсутствуют залежи нефти и газа.

Немного истории или сланцевое масло

Первые исследования возможностей добычи, переработки и употребления сланцевого масла делались на территории Российской империи. Лидирующее положение в данном направлении удерживала Эстляндия – северная часть Эстонии, располагающая огромными запасами горючих сланцев.

Там и сейчас продолжается разработка и переработка самого большого объёма сланцев, предназначенных для получения сланцевого масла и выработки электрической энергии. Так, в 2015-м году страна продала 315 тыс. т масла, а международный концерн АО «Ээсти Энергия» в первом квартале того же года произвёл 85 тыс. т сланцевого масла.

Перспективы

Экологические риски — не единственная причина, останавливающая страны развивать добычу сланцев. Дело в том, что существующие технологии находятся на самой начальной стадии развития. Наибольших успехов в этом плане добились только США и Канада, однако используемые ими методы в связи с геологическими различиями могут быть применены далеко не для всех месторождений.

Кроме того существует некоторый порог рентабельности разработки сланцевых пород, что особенно актуально учитывать при нынешней нестабильности цен на нефть.

Однако в случае технологического прорыва, сланцевая нефть может существенно пошатнуть как нефтяной рынок, так и мировую экономику в целом, а кроме этого затормозит вопрос о развитии альтернативной энергетики. По мнению экспертов, сланцевая нефть обладает гигантским потенциалом. Остается вопрос, сможет ли он реализоваться.

Что такое сланцевая нефть простыми словами

Сланцевая нефть (в оригинале «Light Tight Oil») — это маслянистая жидкость со смесью углеводородов, добываемая из плотных коллекторов (сланцев).

Википедия говорит, что сланцевая нефть — это углеводородные ресурсы, состоящие из лёгкой нефти, находящейся в коллекторах с низкой проницаемостью (плотных), таких как сланцы, плотные песчаники, известняки.

В широком смысле, сланцы — это плотные горные породы, которые располагаются ниже, чем ловушки с обычной нефтью. Можно кратко резюмировать, что сланцевая нефть простыми словами — это та нефть, которую добывают глубоких плотных горных пород.

Отличие от обычной

Из вышеуказанных определений можно с лёгкостью догадаться, что основное отличие сланцевой от обычной нефти именно в источнике добычи, но есть несколько нюансов.

1. Во-первых, в плане качества конечного продукта, т.е. «товарной» нефти, они значительно не различаются по каким-либо характеристикам. Получается, что товар идентичен, но сама процедура переработки иная.
2. Во-вторых, их главное различие в способе добычи. Сланцы имеют иную плотность, требуется совершенно другая технология для работы с месторождением (более подробно об этом в следующих разделах). Наглядно слои видно на примере расположения сланцевых пород.

Пример расположения сланцевых пластов.

1. В-третьих, можно выделить разнообразное положение по следующим направлениям:

• Себестоимость за баррель — сланцевую добывать сложнее и дороже, как следствие, стоимость за баррель выходит выше, чем у традиционной;
• Экологическая безопасность — при добыче путём гидроразрыва пласта происходит химическое загрязнение грунтовых вод и почвы, которые в дальнейшем попадают в водоёмы и среду обитания, нанося непоправимый вред всем её обитателям.

Схема загрязнения окружающей среды при разрушении сланцевых пластов.

1. В-четвёртых, заключительное отличие — имеющиеся запасы сланцевой нефти. По оценкам некоторых экспертов они составляют 3 трлн. баррелей по всему миру против 1,3 трлн. баррелей обычной нефти.

Таким образом, сланцевая нефть — это пока что дорого и экологически вредно в сравнении с обычной, но, к сожалению, данные факторы в большинстве стран не останавливают нефтедобывающие компании, в частности, в США. Со временем при разработке новых экологичных технологий добычи она действительно может стать революционным энергетическим источником для человечества.

Сланцевая революция

Широкую известность сланцевая нефть получила благодаря так называемой «сланцевой революции». Термин стал часто применяться в СМИ с 2012 года при описании технологий добычи сланцевой нефти и газа в США

Обратим внимание на краткую хронологию событий:

1. Первое масштабное событие, связанное со сланцевой революцией, относится к началу XXI века (примерно 2002 г.), когда компания Devon Energy на месторождении Барнетт применила наклонно-направленное бурение с протяженными линиями и гидроразрывом пласта;
2. В течение следующих 10 лет активно разрабатывались следующие месторождения сланцев (Eagle Ford, Antrim, Bakken и т.д.) с применением аналогичной технологии;
3. За 6 лет (2007-2013) добыча сланцевого газа в США выросла почти в 6 раз (с 54 млрд. кубометров до 319 млрд. кубометров), при этом США также удалось обогнать Россию по объёмам добычи и на короткое время существенно снизить стоимость на газ;
4. На 2016 год уже добыча газа в США — 751 млрд. кубометров, а в России — 642 млрд. кубометров;
5. Сегодня американцы предлагают свой газ на европейском рынке и фактически становятся конкурентоспособным игроком на рынке экспорта газа, а за счёт своего политического положения они продают газ ещё и дороже российского.

Идея сланцевой революции заключается в том, что США желает стать энергетической империей и экспортёром газа, а также нефти.

Тем не менее, в большей степени революционность явления применима именно к газу, нежели к нефти, с которой всё намного сложнее. Согласно недавним сообщениям экспертов The Financial Times, большинство американских нефтедобывающих проектов терпят серьёзный спад даже на месторождениях-гигантах (Eagle Ford), а некоторые компании уже подали заявку на банкротство (WBH Energy).

Месторождения в России и мире

На земном шаре обнаружено примерно 550 месторождений горючих сланцев. Основные запасы расположены:

Запас сланца

• в Америке, в штатах Колорадо, Вайоминг, Юта;
• 21% сланцев добывают в Бразилии;
• Россия добывает 11% от всего мирового объёма этих ископаемых.

На сегодняшний день не могут быть разработаны все залежи. Причинами невозможности разработки горючих сланцев являются экономическая невыгодность работ, а также необходимость обеспечения экологической безопасности при добыче этих горючих ископаемых.

В Европе добычу сланцевого газа трудно осуществить из-за высокой плотности населения и глубокого залегания пластов. Наиболее перспективной была возможность добычи сланцевого газа у Польши. Этому способствовало обнаружение крупных месторождений, и желание властей покончить с зависимостью от России в части поставок газа. Однако проекты были признаны нерентабельными, и от планов пришлось отказаться, несмотря на все усилия и проводимую рекламную кампанию со стороны США.

Запасы сланцевого газа

Залежи такого газа на Украине находятся в Донецкой области, в зоне масштабных вооружённых столкновений, и в Одесской области. Власти Украины считают разработки этих месторождений способом избавления страны от импорта газа из России.

В России обнаружено крупное месторождение сланцев в Саратовской области. В регионе найдено 6 месторождений, одно из которых, самое крупное, расположено в Перелюбском районе. Планируется обработка на месте добычи с установкой реактора для получения одновременно сланцевого газа, сланцевой нефти и сланцевого цемента. Выявлено присутствие в этом горючем сланце рения и кокса, которые являются стратегическими продуктами.

[править] Себестоимость

По мнению генерального директора Фонда национальной энергетической безопасности Константина Симонова, себестоимость извлечения сланцевой нефти в основных проектах составляет $70-80 за баррель. Таким образом, если учесть маржу производителей, то в настоящее время интерес к рынку сланцевой нефти нужно подогревать ценой хотя бы $100-110 за баррель. И поскольку США заинтересованы в росте производства добычи нефти на своей территории, этот показатель они будут удерживать. По крайней мере, ниже $80 она упасть не сможет, иначе это станет серьёзнейшим ударом по собственным производителям нефти.

Как добывают сланцевую нефть

1. Добыча открытым или шахтным способом с дальнейшей переработкой на установках-реакторах, где горючие сланцы подвергают пиролизу без доступа воздуха, что приводит к выделению из породы смолы. Этот способ активно использовался в СССР, применяется в Бразилии, Китае. Главный его недостаток – высокая затратность, что приводит к высокой цене конечной продукции. К тому же при использовании данного варианта добычи нефти возникает проблема выделения большого количества углекислого газа во время извлечения из породы сланцевой смолы. Выпуск в атмосферу больших порций углекислого газа грозит значительным ухудшением экологической ситуации, а вопрос его утилизации до сих пор не решен;
2. Добыча нефти напрямую из пласта. Происходит это посредством бурения горизонтальных скважин, что приводит к многочисленным гидроразрывам пласта. Часто возникает необходимость проведения термического или химического разогрева пласта. Это приводит к значительному удорожанию добычи данного вида нефти по сравнению с традиционной, независимо от развития и усовершенствования применяемых технологий. Важная проблема, возникающая при использовании данного способа, – это быстрые темпы снижения объемов добываемого продукта (за 400 дней работы объемы могут снизиться на 80 %). Для решения данной проблемы скважины на месторождениях вводят поэтапно.

Технология добычи имеет ряд нюансов, которые необходимо учитывать:

• месторождение должно находиться поблизости от потребителей, поскольку сланцевый газ не транспортируется по газопроводам высокого давления;
• возможно проведение разработок сланцевых месторождений в густонаселенных районах;
• при добыче сланцев не происходит потеря парникового газа, но теряется метан, что в итоге все равно приводит к усилению парникового эффекта;
• использование способа гидроразрыва подразумевает наличие большого количества воды вблизи месторождений. Чтобы совершить один гидроразрыв, делают смесь из воды, песка и химикатов массой 7500 тонн. После проведения работ вся отработанная грязная вода скапливается в районе месторождений и приносит ощутимый вред экологии;
• сланцевые скважины имеют небольшой срок эксплуатации;
• использование химикатов при приготовлении смесей для гидроразрыва несет за собой тяжелые экологические последствия;
• добыча данного сырья будет рентабельна только в условиях спроса на продукцию, если мировая цена нефти находиться на достаточно высоком уровне.

Процесс добычи газа

Из горючих сланцев извлекается сланцевый газ, представляющий собой природный ресурс с содержанием метана. Себестоимость извлечения из таких источников на порядок выше в сравнении с обычным, так как предусматривает оборудование многочисленных скважин на широкой площади, что обусловлено его малой концентрацией. В связи с этим данный ресурс добывается зачастую только в том случае, если на территории государства запасы довольно значительны, а власти при этом хотят использовать все имеющиеся у них способы для того, чтобы сократить свою зависимость от импорта зарубежного топлива.

Так как его добыча сопровождается ущербом, наносимым окружающей среде, разработка источников не может производиться на большом количестве разведанных месторождений. Сама процедура извлечения ресурса предусматривает использование технологии фрекинга, а именно:

1. Скважина бурится вертикально, после чего начинается горизонтальное бурение при достижении пласта.
2. В скважину вводится вода или различные ее смеси под давлением 500–1500 атмосфер.
3. Под воздействием водного напора порода трескается, после чего из нее выходит горючее.
4. Чтобы исключить возможность обратного смыкания трещин после сокращения давления, в скважину подается жидкость, к которой примешан крупнозернистый песок.

На сегодняшний день найдено приблизительно 550 месторождений, из которых добываются горючие сланцы. Среди стран с наибольшим количеством запасов можно выделить следующие:

• Америка;
• Бразилия;
• Россия.

В России расположено только 11 % от общего объема горючих сланцев. При этом стоит отметить, что разработка всех обнаруженных залежей пока еще невозможна, так как на данный момент это не имеет экономической выгоды, а также требует соблюдения множества мер для достижения экологической безопасности в процессе выполнения работ.

Добыча горючих сланцев на территории Европы затруднительна по той причине, что там плотность населения значительно выше в сравнении с большинством других регионов, а пласты залегают на достаточно большой глубине. Наиболее перспективным государством в этом направлении являлась Польша, так как там были обнаружены массивные месторождения, а власти стремились к тому, чтобы перестать сотрудничать с Россией и освободиться от газовой зависимости. Но в итоге было признано, что проекты разработки этих месторождений являются нерентабельными, в связи с чем от них решили полностью отказаться.

Сланцевый газ добывается также на территории Украины, в Донецкой и Одесской областях. На данный момент власти страны считают, что эти месторождения являются ключевым способом избавиться от потребности в поставках газа из РФ.

В России крупнейший источник этих ресурсов был обнаружен на территории Саратовской области. На данный момент там шесть месторождений, и власти планируют приступить к их разработке посредством установки реактора, с помощью которого будет осуществляться одновременная добыча сланцевых цемента, газа и нефти. При этом стоит отметить, что в составе сланцевого газа есть рений и кокс, также представляющие собой довольно важные стратегические продукты.

Терминология

Сланцы (shale, англ.) — это горные породы, структура которых представляет собой наслоение различных минералов.

Горючие сланцы (oil shale, англ.) — это сланцы, сформировавшиеся главным образом в водных условиях, и содержащие как сформировавшуюся легкую нефть, так и аквагенное органическое вещество – остатки морских и озерных организмов, и водорослей, еще не успевших превратиться в нефть – кероген или «протонефть».

Кероген как раз и служит исходным сырьем для получения той самой «сланцевой нефти» (shale oil или «сланцевое масло»). Для этого горючие сланцы подвергают специальной обработке — пиролизу, термическому растворению и гидрированию, в результате чего образуются жидкие и газообразные углеводороды с выходом 20 – 70% по массе.

Таким образом, сланцевая нефть — это вещество, близкое по составу к традиционной нефти, получаемое в определенных условиях из керогена, содержащегося в горючих сланцах.

Однако этот термин часто употребляют (особенно в США) и по отношению к традиционной легкой нефти, извлекаемой из тех же сланцевых пластов или прилегающих к ним других низкопроницаемых коллекторов, без проведения каких-либо изменяющих состав добытого вещества процессов, что не совсем корректно.

Для отличия такой нефти от аутентичной сланцевой нефти, Международное Энергетическое Агентство рекомендует использовать термин «light tight oil» (LTO, легкая нефть низкопроницаемых коллекторов), а Мировой Энергетически Совет использует термин «tight oil».

Тем не менее, даже не смотря на все различия этих двух видов сырья, как по составу, так и по технологиям извлечения, оба они все же относятся к нетрадиционным ресурсам, извлекаемым из горючих сланцев. Поэтому, в частности, оценка запасов, приведенная ниже, объединяет весь объем углеводородных ресурсов, который можно получить из сланцевых пород.

Последствия сланцевой добычи

Гринпис на протяжении многих лет ведет агитацию за прекращение добычи сланцевого газа и сланцевой нефти. Это связано с тем, что во время сланцевой добычи используются опасные и малоизученные технологии гидравлического разрыва. В результате экологических исследований был выделен ряд факторов, являющихся свидетельством того, сланцевая добыча негативно влияет на человека и на окружающую среду. К ним относятся:

1. Загрязнение воды. Гидравлический разрыв пласта влечет за собой загрязнение токсичными химическими веществами грунтовых вод, а также источников питьевой воды. При фрекинге используются колоссальные объемы воды, что представляет собой опасность для регионов, страдающих от засухи и водного дефицита.
2. Загрязнение воздуха. Во время сланцевой добычи в атмосферу выделяется метан и другие газы. Иногда загрязнение настолько сильно, что жители, живущие вблизи мест, где добываются сланцы, вынуждены носить респираторы.
3. Загрязнение почвы. Токсичные жидкости, используемые при добыче сланцев, могут проникнуть в почву.
4. Землепользование. Сланцевая добыча влечет за собой сильное разрушение ландшафта, в результате чего также наносится вред и сельскохозяйственным угодьям. На территории площадью 140-400 км2 формируется порядка 3000 скважин.
5. Шумовое загрязнение. Относится, главным образом, к фрекингу. Наносит вред местным жителям, домашним и диким животным.
6. Сейсмическая активность. Утилизация загрязненной воды осуществляется путем ее закачивания под землю, что существенно повышает риск возникновения землетрясений.
7. Изменение климата. Парниковые газы, которые выбрасываются в атмосферу в процессе сланцевой добычи, во много раз превышают количество выделяемых парниковых газах при добыче традиционных полезных ископаемых. Было проведено множество исследований на этот счет, в результате чего ученые пришли к выводу, что во время добычи сланцевого газа происходит утечка метана, втрое превышающая его утечку во время извлечения природного газа.
8. Социально-экономические проблемы. Добыча таких ископаемых, как сланцевый газ, может стать причиной экономического бума в том регионе, где происходит его добыча. Однако, это явление очень кратковременное, а нанесенный от такой добычи ущерб колоссальный.

Таким образом, сланцевая добыча может нанести серьезные необратимые последствия, как для экологии, так и для человечества в целом.