Сланец добыча открытым способом

Сланцевая добыча

Сланцами называют широко используемый в качестве строительного и отделочного материала камень. Однако, некоторые разновидности сланцев нашли свое широкое применение и в энергетике. Сланец может быть использован при производстве графита кварца, граната, бумаги, а также в качестве источника магния и кремния. В зависимости от условий образования сланцы подразделяются на:

• глинистые;
• аспидные;
• кристаллические;
• углистые;
• хлоритовые;
• горючие;
• вельдские;
• тальковые и другие.

Образованные на достаточно больших глубинах в условиях высокого давления и температуры сланцы имеют кристаллическую структуру, которая имеет четко выраженные слои.

В связи с такой востребованностью, сланцевая добыча ведется на территории многих стран, среди которых Мексика, США, Колумбия, Венесуэла, Новая Гвинея, Россия, Северная Африка и т.д.

Во многих странах сланцевые месторождения используются в качестве источника для добычи нефти и газа.

Добыча сланцевой нефти

Сланцевой нефтью принято называть нефть, основным источником для добычи которой выступают сланцевые залежи, находящиеся в твердом или жидком состоянии и образованные в течение достаточно длительного времени растительными и животными остатками.

Такая нефть находится в пластах породы, для которой характерна низкая плотность и проницаемость. Кроме того, порода, содержащая сланцевую нефть, также имеет огромное количество примесей, которые называются нефтяными песками или тяжелой битумной нефти. Переработать такой продукт представляет собой очень дорогостоящую процедуру, в результате которой образуется материал в несколько раз дороже, чем обычная нефть. Это связано с тем, что технология сланцевой добычи до сих пор остается несовершенной и проходит только свою начальную стадию развития. В связи с этим, сегодня сланцевая нефть больше является перспективным резервом на будущее и никоим образом пока не может повлиять на существующий нефтяной рынок.

Не смотря на дороговизну продукта, сланцевая нефть продолжает добываться. Существует два метода, которые пользуются преимуществом во время добычи данного продукта:

1. Открытый (шахтный) способ. В данном случае порода после изъятия из земных недр попадает на дальнейшую переработку в специальные установки-реакторы. Данные установки используются для пиролиза сланцев без доступа воздуха. Этот процесс приводит к выделению сланцевой смолы. Стоит отметить, что открытый способ отличается своей дороговизной и, соответственно, дорогим конечным продуктом.
2. Добыча из пласта путем гидравлического разрыва (или фрекинга). При данном способе бурятся горизонтальные скважины, и производится множественные гидроразрвы пласта. Часто перед этим существует необходимость проведения термического или химического разогрева пласта. Не смотря на дороговизну открытого способа добычи сланцевой нефти, данный метод является еще более сложным, и, соответственно, более дорогостоящим.

Кроме того, во время извлечения сланцев для получения нефти вторым способом возникает серьезная проблема, заключающаяся в очень быстром падении дебитов пробуренных скважин. Если в самом начале работы скважины характеризуются достаточно высоким дебитом, что связано с горизонтальным закачиванием и множественными гидроразрывами, то спустя 400 рабочих дней наблюдается резкое падение количества добываемого сырья (до 80%). Во избежание подобной ситуации во время сланцевой добычи введение скважин в эксплуатацию осуществляется поэтапно.

Добыча сланцевого газа

Стоит отметить, что сланцевые отложения содержат достаточно низкую концентрацию газа. Он собирается, как правило, в коллекторах, которые разбросаны по всех толще породы. Таким образом, в каждом отдельном коллекторе содержится очень малое количество газа. Но, если их все собрать воедино, то получаются даже очень большие его запасы.

Сланцевый газ добывается несколькими способами:

1. Горизонтальным бурением. В основе данного метода лежит применение специальных буровых установок. Данный способ наиболее распространен и считается приоритетным во время добычи сланцевого газа.
2. Гидроразрывами пласта. Суть способа заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте с целью выделения из него сланцевого газа. Данный метод используют тогда, когда обычные способы уже неэффективны.
3. Сейсмическим моделированием. В данном методе сочетаются геологические исследования с картированием и компьютерной обработкой данных, в том числе и с визуализацией.

Стоит отметить, что сегодня существуют современные технологии добычи сланцевого газа, при которых конструируется специальная буровая установка, содержащая одну вертикальную скважину и несколько горизонтальных, длина которых может составлять порядка 3 км. Скважины заполняются специальной смесью, в состав которой входит вода, песок и химреагентов, благодаря чему происходит гидроудар. В результате этого повреждаются газовые коллекторы и, содержащийся в них газ, высвобождается и откачивается.

При добыче сланцевого газа, как и при разработке стандартных газовых месторождений, создаются области переменного давления. Таким образом, газ перемещается в зависимости от давления. С этой целью используются горизонтальные скважины, которые имеют несколько отводов на одной глубине. Также допустимо формирование многоступенчатых скважин, имеющих горизонтальный отвод протяженностью 2 км.

Наибольший опыт в разработке сланцевых месторождений характерен для США. Так, он показывает, что каждое отдельное такое месторождение имеет свои уникальные геологические параметры, которые влияют на эксплуатацию и добычу материала. Таким образом, в каждом отдельном случае необходим индивидуальный научный подход при добыче газа.

Таблица 1. Различия сланцевого и природного газа

Добывается из газоносных залежей, газовых «шапок» нефтяных месторождений, газогидратов

Добыча предполагает бурение скважин с горизонтальными участками с применением гидроразрыва пласта (реже — пропанового фрекинга)

Добыча по наиболее распространенной схеме предполагает бурение вертикальных скважин без гидроразрыва пласта

Сланцевый газ	Природный газ
Добывается из осадочных пород
Добыча чаще всего предполагает бурение нескольких сотен скважин на одном месторождении	Добыча предполагает бурение, как правило, нескольких десятков скважин на одном месторождении
Ресурс одной скважины — 1-2 года	Ресурс одной скважины — 5-10 лет
Как правило, требует достаточно глубокой обработки после извлечения в целях приведения к потребительским стандартам	Обычно требует минимальной обработки после извлечения
Характеризуется относительно высокой себестоимостью добычи	Характеризуется относительно невысокой себестоимостью добычи

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 км 2 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.

Источник

Современные способы добычи сланца

Нефть и газ — основные энергетические ресурсы человечества, благодаря которым обеспечивается отопление и освещение современных помещений, передвижение на удобном транспорте и еще множество других полезных вещей. Но эти ресурсы ограничены, а восстанавливаются на протяжении довольно продолжительного промежутка времени, в связи с чем, рано или поздно, возникнет такая ситуация, когда они окажутся минимальными, из-за чего их станет недостаточно для того, чтобы удовлетворить все необходимые потребности.

Предвидя такую ситуацию, по всему миру ученые работают над тем, чтобы найти какие-то альтернативные источники энергии, среди них горючие сланцы, из которых также извлекаются нефть и газ. Главным преимуществом этого ресурса на сегодняшний день является то, что его в недрах нашей планеты находится намного больше в сравнении с традиционными источниками.

Горючие сланцы — полезное ископаемое, входящее в группу твердых каустобиолитов. Ключеая особенность этого источника энергии — то, что при сухой перегонке он дает достаточно большое количество смолы, состав которой схож с нефтью.

Разновидности горючих сланцев

Есть всего два основных вида горючих сланцев:

• гумито-сапропелитовый, содержащий останки мелких животных и водорослей, оставшиеся на морском дне;
• сапропелитовые кукерситы, в их составе высшие растения, которые отмерли много тысяч лет назад.

Способы добычи

Есть две ключевые технологии, в соответствии с которыми осуществляется добыча этого ресурса — подземная и карьерная. Последняя представляет собой оборудование шахт. На данный момент этот способ считается наиболее выгодным с экономической точки зрения и предусматривает добычу ресурсов, расположенных вблизи земной поверхности. Преимуществом этого метода является не только его выгодность, но и большая экологическая безопасность.

Подземный способ предусматривает необходимость крупных финансовых вложений, необходимых для оборудования крупных сланцевых скважин, использования специализированной техники и высококвалифицированных специалистов. При этом такая добыча несет в себе потенциальный вред для экологии, в связи с чем она не может производиться вблизи населенных пунктов или различных водных объектов.

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:

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.

Отличия сланцевого и природного газа

Когда будет выполнена обработка сланцевого газа, его технические характеристики станут идентичными с обычным. В связи с этим главным их отличием является специфика месторождений.

Влияние добычи на экологию

Как говорилось ранее, добыча сланцевого газа неизменно наносит вред экологии, так как жидкость подается с разнообразными химическими веществами, включая канцерогенные составы, вследствие чего грунтовые воды и достаточно крупные площади земли оказываются загрязненными. В частности, из-за этого власти Нью-Йорка полностью запретили разработку таких месторождений на территории штата.

Среди наиболее выраженных последствий разработки таких месторождений можно выделить следующие:

• загрязнение окружающей среды всевозможными токсинами, содержащимися в составе подаваемого раствора;
• проседание почвы;
• возникновение разрушительных процессов в грунте;
• загрязнение грунтовых вод.

Большинство специалистов отмечает, что ключевая экологическая проблема заключается в том, что водные пласты, находящиеся под землей, загрязняются, помимо метана, также множеством канцерогенных веществ, которые поступают в них вместе с раствором, использующимся для раскола пласта. При этом после разрыва химические соединения возвращаются на поверхность, из-за чего на территории, где осуществляется добыча, умирают животные и птицы, возникают кипящие ручьи, а ядовитые продукты отравляют людей и животных, живущих неподалеку от установленных вышек. Помимо этого, может воспламеняться питьевая вода.

Получение нефти

Уменьшение нефтяных запасов, извлекаемых традиционными способами, привело к тому, что исследователям пришлось начать разработку сланцев, потому что количество их запасов значительно выше. Горючие сланцы нагреваются без доступа воздуха и формируют сланцевое масло и газ, состав которых приближен к нефти, в связи с чем их принято называть условно сланцевой нефтью.

Преимущества

Среди преимуществ такой нефти можно выделить ее большое содержание в недрах, что позволяет извлекать ее в нужных количествах для удовлетворения любых потребностей.

Среди недостатков данного ресурса можно выделить то, что дебит скважины достаточно быстро падает, из-за чего объем поступающей нефти сокращается на протяжении первого года приблизительно на 60–80 %. Помимо этого, все технологии, которые используются для добычи, предусматривают необходимость утилизации отходов.

Способ добычи

Добыча этого ресурса отличается рядом своих особенностей, но ее экономическая целесообразность относится только к тем участкам, где в составе нефти содержится, как минимум, 90 л/т сланца.

Сланцевая нефть добывается с использованием специализированных реакторов, с помощью которых сланцевая порода перерабатывается шахтным способом. Еще один способ ее извлечения — это использование горизонтальных скважин, которые предусматривают использование описанного выше способа раскола пласта, но эту технологию также характеризует повышенная себестоимость.

Применение и переработка сланца горючего

Горючие сланцы применяются в качестве топлива и сырья, из которого изготавливаются:

• пластификаторы;
• фенолы;
• клеевые вещества;
• строительные материалы;
• химикаты, предназначенные для борьбы с сорняками и почвенной эрозией.

Сланцевый газ после очистки будет иметь идентичные с обычным технические характеристики, а нефть может применяться как топливо сразу или же после переработки на специальном оборудовании. В процессе обработки нефти удаляют азотные и серные примеси, а также добавляют водород к углеводородам, тем самым производится дизельное топливо, мазут и бензин.

На территории России практически все горючие сланцы используются для переработки электростанциями, так как представляют собой дешевое топливо с низкой теплотворной способностью.

Источник