ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА НЕКОНВЕНЦИОНАЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ РЕСУРСОВ • • • • • • СЛАНЦЕВЫЙ ГАЗ СЛАНЦЕВАЯ НЕФТЬ ГАЗ (МЕТАН) УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ БИТУМИНОЗНЫЕ НЕФТЯНЫЕ ПЕСКИ ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ ГАЗОГИДРАТЫ К. С. Дегтярев, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет, научно-исследовательская лаборатория возобновляемых источников энергии г Москва, Россия [email protected] 8-985-774-97-82 Актуальность темы • • • • Огромные запасы, потенциально на порядки превосходящие запасы конвенционального углеводородного сырья; при этом степень изученности пока недостаточна, включая отсутствие точных данных о ресурсах Неопределённость и путаница в терминологии, смешение понятий; Недостаток информации об экономических и экологических аспектах разработки неконвенциональных углеводородов; Высокая степень политизированности вопроса Ресурсы углеводородных энергоносителей включают, помимо «обычных» месторождений нефти и газа, нетрадиционные, или неконвенциональные (unconventional) углеводороды, отличающиеся от конвенциональных (conventional) условиями залегания, составом и, соответственно, требующие других (на данный момент, более сложных и дорогостоящих) технологий извлечения. Разновидностей неконвенциональных углеводородов много, провести чёткую границу между конвенциональными и неконвенциональными углеводородами трудно, в связи с чем нередко возникает путаница в определениях, смешение понятий, ошибки и несоответствия в оценках. Виды и условия залегания конвенционального и неконвенционального углеводородного сырья Вид Условия залегания Конвенциональные углеводороды газ Природный газ, залегающий в виде скоплений в крупных пустотах и трещинах пористых горных пород, преимущественно осадочных, либо в виде газовых шапок над нефтяными месторождениями, либо в растворённом виде в нефти нефть Нефть, залегающая в виде скоплений в крупных пустотах и трещинах пористых пород, преимущественно осадочных – песчаников, известняков, доломитов уголь Залегает в виде пластов мощностью от сантиметров до метров, местами на небольшой глубине, что позволяет разрабатывать его открытым способом Неконвенциональные углеводороды сланцевый газ Природный газ, залегающий в порах и трещинах сланцевых пород shale gas сланцевая нефть Нефть, залегающая в порах и трещинах сланцевых пород shale oil, tight oil, light tight oil (LTO) метан в угольных пластах Природный газ, сопутствующий угольным месторождениям, содержащийся coal bed methane в естественных трещинах угля битуминозные (нефтеносные) Рыхлые пески или частично консолидированные известняки, насыщенные пески, битуминозная нефть нефтью с преобладанием вязких и тяжёлых фракций oil sands, tar sands, bituminous sands горючие сланцы oil shale, kerogenic shale, coal slate, petroliferous shale газогидраты, газовые гидраты, гидраты природных газов, клатраты gas hydrates, сlathrate hydrates Осадочные в большей или меньшей степени метаморфизированные породы карбонатно-глинистого (мергелистого), глинистого или кремнистого состава, содержащие от 10-15% до 60-80% органического вещества (керогена), дающие топливо при перегонке кристаллические соединения воды (льда) и метана, образующиеся в условиях низких температур и/или выскоих давлений, связанные, как правило, с придонными морскими осадками и многолетнемёрзлыми породами Сопоставление мировых запасов конвенциональных и неконвенциональных углеводородов Вид сырья Доказанные запасы Конвенциональные углеводороды Прогнозные ресурсы Газ Нефть 220 трлн. куб.м. 180 млрд. тонн 460 трлн. куб.м. 370 млрд. тонн Уголь 700 млрд. тонн 18 трлн. тонн Всего, млрд. т.у.т. 20 000 Неконвенциональные углеводороды Сланцевый газ Сланцевая нефть Нефть битуминозных песков Метан угольных пластов Горючие сланцы (сланцевая смола) Всего, без газовых гидратов, млрд. т.у.т. Газовые гидраты 200 трлн. куб.м. 330 трлн. куб.м. 47 млрд. тонн 400 млрд. тонн 260 трлн. куб.м. 26 трлн. тонн 20 000 – 30 000 до 15 000 трлн. куб.м. (до 20 000 млрд. т.у.т.) Добыча ископаемых углеводородов (2013): • Газ – 3,5 трлн. куб.м. • Нефть – 4,1 млрд. тонн; • Каменный уголь – 7,8 млрд. тонн Всего – около 18 млрд. т.у.т. При нынешних темпах добычи разведанных запасов конвенционального сырья хватит на 60-120 лет (без учёта прогнозных ресурсов угля). Однако, с учётом неконвенциональных углеводородов, эти срок увеличиваются примерно вдвое – до 100-200 лет (без учёта горючих сланцев и газовых гидратов). ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА НЕКОНВЕНЦИОНАЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ПО СТРАНАМ Сланцевый газ 80% запасов приходится на 10 стран (в совокупности занимающих более 50% площади земной суши Страна Доказанные запасы сланцевого газа, млрд. куб.м. 30 105 21 654 19 089 17 955 15 471 14 715 11 799 10 530 7 695 6 615 % к общему объёму 15% 11% 10% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% Китай Аргентина Алжир США Канада Мексика Австралия ЮАР Россия Бразилия Остальной мир 41 445 21% Весь мир 197 073 100% Основной объём добычи приходится на США. В 2012 году доля сланцевого газа в общем объёме добытого в США природного газа составила 39%, или 265 млрд. из 680 млрд. куб.м. Факторы лидерства США в добыче сланцевого газа: • наиболее проработаны технологии добычи; • сланцевый газ залегает почти повсеместно на больших площадях и сравнительно небольшой глубине (400-500 метров); • месторождения расположены поблизости от потенциальных потребителей; • США – крупнейший в мире импортёр углеводородного сырья, и разработка собственного сырья для них насущная необходимость. Месторождения СГ в США Доля сланцевого газа в США, Канаде и Китае Снижение объёмов добычи конвенционального газа в США Соотношение объёмов добычи «обычного» и сланцевого газа С 2012 наблюдается снижение темпов роста добычи газа в США год добыча природного газа, млрд. куб.м. рост относительного предыдущего года, % 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 511 524 545 570 584 604 649 683 694 2,5% 4,1% 4,5% 2,5% 3,4% 7,4% 5,2% 1,6% Сланцевая нефть Общие доказанные запасы сланцевой нефти оцениваются в 47 млрд. тонн, из них около 80% приходится на 10 стран. Страна Россия США Китай Аргентина Ливия Венесуэла Мексика Пакистан Канада Индонезия Остальной мир Весь мир Запасы сланцевой нефти, млн. тонн 10 230 7 911 4 365 3 683 3 546 1 773 1 773 1 228 1 228 1 091 % к общему объёму 22% 17% 9% 8% 8% 4% 4% 3% 3% 2% 10 230 22% 47 058 100% В 2013 году объём вырос до 2,5 млн. баррелей в день, или около 100 млн. тонн в год. Прогноз EIA: на 2019 год – рост до 5 млн. б/д (200 млн. тонн в год), или 5% общего объёма добычи нефти, при этом 0,65 млн. б/д (26 млн. т/год) придётся на Канаду, Россию, Аргентину и другие страны. на 2030 год - рост до 9 б/д (350 млн. тонн в год), или 9% общего объёма добычи нефти. Основная часть добычи (более 90%), как и в случае со сланцевым газом, приходится на США, но ряд других стран, включая Россию, также приступили к добыче сланцевой нефти. По состоянию на 2011 год в мире добывалось около 1 млн. баррелей сланцевой нефти в день, или 40 млн. тонн в год. Это примерно 1% от общего объёма добычи нефти. Угольный метан Мировые прогнозные ресурсы – 260 млрд. тонн. Ресурсы угольного метана по странам, трлн. куб.м.: • Канада - 17-92 (по другим данным – 8) • Россия - 17-80 (по другим данным – 100-120) • Китай - 30-35 • Австралия - 8-14 (по другим данным – 1) • США - 4-11 (по другим данным – 20) • Украина - 2-12 (по другим данным – 12-25) • Индия - 0,85-4 • Германия - 3 • Польша - 3 • Великобритания - 2,45-3 • Казахстан - 1,1-1,7 • ЮАР - 1 • Чешская Республика - 0,38 • Турция – 0,1 Добыча: • США – около 60 млрд. куб.м. в год, или 10% всего добываемого газа; таким образом, на неконвенциональный газ, с учётом сланцевого газа, приходится уже около 50% добычи. • Канада – около 9 млрд. куб.м. • Австралия – около 6 млрд. куб.м. • Китай – около 5 млрд. куб.м. РОССИЯ Общие ресурсы метана в угольных пластах России составляют, по некоторым источникам, 100–120 трлн.д куб. м/год с учетом восточных и северо-восточных бассейнов, или вдвое выше запасов конвенционального газа. Газообильность выработок составляет около 30–40 куб. м метана на тонну добываемого угля. Наиболее газоносными являются пласты угля Воркутинского месторождения и Кузнецкого бассейна. Активное изучение возможностей использования угольного метана в СССР началось в 1960-е. В России с 2001 г. начато проведение работ по добыче метана из угольных пластов Кузнецкого бассейна в Кемеровской области. В 2010 г. На Талдинском месторождении начата опытная эксплуатация семи разведочных скважин, кроме того, начато освоение новой площадки в Новокузнецком районе – Нарыкско-Осташкинское месторождение, где было пробурено 6 разведочных скважин. Добыча газа в Кузбассе решает, как минимум, двойную задачу – помимо добычи газа, дегазация угольных шахт. Битуминозные пески Месторождения битуминозных песков в Канаде Динамика добычи конвенциональной и неконвенциональной нефти в Канаде Динамика добычи нефти в Канаде Основные из известных месторождений битуминозных (нефтеносных) песков расположены в Канаде - 230- 340 млрд. тонн и Венесуэле - более 160 млрд. тонн; в общей сложности, прогнозные ресурсы около 400 млрд. тонн. Кроме того, месторождения битуминозных песков обнаружены в Казахстане и России. Центром добычи нефти из битуминозных песков является Канада, прежде всего – провинция Альберта. Объём добычи нефти в Канаде к 2014 году составил 4,5 млн. баррелей в день, или 220 млн. тонн в год, из них уже около половины приходится на нефть битуминозных песков, за счёт которых и происходит прирост добычи и экспорта нефти. Горючие сланцы Из 450 трлн. тонн мировых запасов горючих сланцев около 90% (430 трлн. тонн) сосредоточены в США (штаты Колорадо, Юта, Вайоминг) . Также имеются крупные месторождения в Бразилии, Китае, ряде европейских стран. Объёмы добычи горючих сланцев в мире сравнительно невелики – порядка нескольких десятков миллионов тонн. В своё время лидером добычи горючих сланцев был СССР – до 36 млн. тонн в год. Значительная часть добычи приходилась на Эстонскую ССР. Более того, в 1948 г. Из Кохтла-Ярве в Ленинград пошёл сланцевый газ (в данном случае – продукт переработки горючих сланцев) по газопроводу. За первый год объём поставок составил 73,2 млн. куб.м. Однако после открытия большого количества нефтегазовых месторождений традиционный способ добычи и переработки ex-situ - добыча сланцевой породы с последующей перегонкой, стал сравнительно неэффективным. В настоящее время перспективы разработки горючих сланцев связаны с технологиями извлечения нефти и газа непосредственно из пласта- in-situ process. Газогидраты В настоящее время разработка газогидратов находится на стадии исследований и отдельных экспериментов по их добыче (в частности, у берегов Японии). В то же время, в 1960-е в СССР было выявлено первое газогидратное месторождение на Мессояхской площади в Западной Сибири (Гыданский п-ов, к северу от Нового Уренгоя), а в 1969 была начата его промышленная разработка. ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ СЛАНЦЕВОГО ГАЗА И НЕФТИ Ключевой элемент технологии добычи сланцевой нефти и газа – бурение горизонтальных скважин и применение гидроразрыва пласта (ГРП) (hydraulic fracturing, hydrorfacturing). Этот метод заключается в создании на забое скважины высоких давлений, приводящих к нарушению скелета породы и образовани. трещин, что кардинально увеличивает отдачу. Давление создаётся путём закачки жидкости разрыва (гель, вода, кислота). ГРП активно применяется с середины XX века – в США с 1948, в СССР – с 1952, однако в нашей стране после открытия крупных нефтегазовых месторождений изза отсутствия необходимости искусственно увеличивать дебит скважин в больших масштабах не применялся. Практика ГРП в СССР возродилась с конца 1980-х. ГРП вызывает опасение ряда специалистов и, прежде всего, экологов в связи с рисками химического загрязнения и сейсмических явлений. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДОБЫЧИ СЛАНЦЕВОГО ГАЗА И НЕФТИ В силу технологических сложностей стоимость добычи неконвенциональных углеводородов в несколько раз выше по сравнению с «традиционными». В частности, для сланцевого газа и сланцевой нефти сложности обусловлены: • Необходимостью бурения горизонтальных скважин и частого применения ГРП; • Быстрым снижением дебита скважин (на 30%-40% в год) и необходимостью бурения новых скважин спустя короткое время; • Необходимостью большого количества воды. В зависимости от комплекса условий и факторов, себестоимость добычи сланцевого газа в точке производства оценивается в $80-320 за 1000 куб.м., в среднем - $200. Для сравнения, средняя себестоимость газа на конвенциональных месторождениях России, включая транспортные расходы - $46 за 1000 куб.м, т.е. в 4-5 раз ниже. Сходные соотношения – для конвенциональной и сланцевой нефти. В первом случае себестоимость добычи составляет до $20 за баррель (месторождения Западной Сибири), для сланцевой нефти – более $70 за баррель. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДОБЫЧИ СЛАНЦЕВОГО ГАЗА И НЕФТИ Основные претензии экологического характера к добыче сланцевого газа и нефти: • использование для бурения и гидроразрыва большого количества воды в сочетании с необходимостью частого проведения ГРП (до 10 в год); • загрязнение питьевых подземных вод; • применение химикатов для осуществления гидроразрыва слоев; • уничтожение почвенного слоя; • нарушение • гидродинамического режима в недрах. Защитники добычи сланцевого газа, в свою очередь, сравнивают её с добычей каменного угля, оказывающей, как минимум, не меньшее негативное воздействие на окружающую среду в процессе добычи. Кроме того, они отмечают, что при использовании газ экологически чище угля. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ НЕКОНВЕНЦИОНАЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ На данный момент о масштабной разработке неконвенциональных углеводородов можно говорить применительно к двум странам и трём видам сырья: • Сланцевому газу и сланцевой нефти в США. • Газ угольных пластов, также в США. • Битуминозным пескам в Канаде. «Сланцевая революция» в США и рост добычи нефти из битуминозных песков в Канаде была связана, в числе прочего, с мощным ростом цен на энергоносители в 2000-е гг. Ситуация изменилась в сторону снижения цен, начиная с 2008-09 гг., что ухудшает перспективы дальнейшей разработки неконвенциональных углеводородов на фоне пока достаточного количества конвенциональных ресурсов. Первые тревожные симптомы появились в настоящее время. Кроме того, замедление темпов роста добычи газа в США фиксируется ещё с 2011-2012 гг. (см. выше). EIA, в свою очередь, прогнозирует в перспективе ближайших 20 лет замедление и остановку роста добычи газа в США в целом при сохранении роста (хотя и менее высокими темпами) добычи сланцевого газа. «Учитывая экономику добычи сланцевого газа, долгосрочная разработка месторождений рентабельна лишь при растущих ценах на газ, так как разработка месторождения требует высокого уровня капитальных вложений на протяжении всего срока проекта из-за постоянного роста количества скважин и операций по гидроразрыву пласта, учитывая их резко падающий дебит. Поэтому многие крупные американские компании, занимающиеся разработкой месторождений сланцевого газа, уже столкнулись с финансовыми трудностями, так как при снижающихся ценах на газ на рынке США проекты стремятся к отрицательным значениям. Поэтому некоторые экономисты предполагают, что бум добычи этого газа может смениться не менее драматичным падением интереса к нему» (В.О. Соловьев, И.М. Фык, Е.П. Варавина. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ: ПРОБЛЕМЫ ИХ ОСВОЕНИЯ. // Харьков, НТУ «ХПИ», 2013, 92 С. С.47-48.) Перспективы для европейских стран, тем более, неопределённы: «Анализ перспектив освоения сланцевого газа в Европе, проведенный ведущими энергетическими и консалтинговыми компаниями, демонстрирует, что, несмотря на оптимистические ожидания рынка, масштабное освоение сланцевых месторождений здесь в отличие от США выглядит маловероятным по нескольким причинам. Геологическая изученность месторождений находится на ранней стадии освоения, и они пока еще плохо изучены с точки зрения геологии и себестоимости добычи. Доступ к земле и недрам затруднен из-за высокой плотности населения. Правами на разработку полезных ископаемых владеет государство. Европейские компании не обладают американскими технологиями по добыче нетрадиционного газа. Экономические затраты на освоение месторождений в Европе могут превышать американские почти в 4 раза. Наконец, отсутствие правовой и налоговой базы для нетрадиционных источников газа» (там же) Возможно, наилучшие перспективы в среднесрочном плане – у добычи метана угольных пластов как сопутствующего продукта добычи угля, при этом позволяющей снижать себестоимость собственно добычи угля и решать проблемы безопасности. В дальнейшем возможности неконвенциональных углеводородов будут связаны с продолжением роста спроса на энергоресурсы и возвращением растущего ценового тренда, а также совершенствованием технологий, позволяющим обеспечить комплексное использование сырья. Кроме того, в ряде регионов неконвенциональные углеводороды могут быть востребованы как местное сырьё. Также, в силу их относительно равномерного распределения по земной поверхности они создают дополнительные возможности для энергетической независимости ряда стран и регионов и обеспечения более справедливого доступа к энергоресурсам, что способствует их востребованности. По этим позициям (распределение, тенденции и фаткоры развития) неконвенциональные углеводороды обнаруживают большое сходство с возобновляемыми источниками энергии. ЭНЕРГЕТИКА И ПОЛИТИКА. СЛАНЦЕВЫЙ ГАЗ НА УКРАИНЕ Сланцевый газ на Украине представлен на двух площадях: • Олесская (Ивано-Франковская и Львовская области) – 1-2 трлн. куб.м., средний прогноз добычи – 7-10 млрд.куб.м. в год; • Юзовская (Харьковская и Донецкая области) - 1-2 трлн. куб.м., средний прогноз добычи – 7-10 млрд.куб.м. в год. Данных объёмов, теоретически, могло бы хватить для удовлетворения около 50% потребностей Украины в газе в «дореволюционный» период (не учитывая резкий спад потребления из-за деиндустриализации и падения доходов населения, начиная с 2014 г.), но этому, в любом случае, должен предшествовать длительный и затратный период поисковых и проектных работ. По состоянию на конец 2013 года работы находились в начальной стадии, в 2014 практически заморожены. Интересно, что инициативу в разработке сланцевого газа на Украине проявила прежняя («домайданная») власть. В Давосе 24.01.2013 г. при участии В.А. Януковича компания Shell подписала с Правительством Украины соглашение на разведку, разработку и добычу углеводородов на Юзовском участке, расположенном на территории Донецкой и Харьковской областей, сроком на 50 лет. Лоббистом проекта выступал также Михаил Добкин, на тот момент – глава администрации Харьковской области и представитель команды Януковича: «Интересная информация и соображения в связи с экологическими опасениями приводится по результатам прессконференции М.М. Добкина, которая была проведена в Киеве (ИА «Укринформ») и освещена И. Гудзь. Глава Харьковской облгосадминистрации рассказал, что лично убедился в безопасности той технологии, что используется для добычи сланцевого газа после посещения мест его разработки в Далласе (США). Он лично наблюдал размещение скважин в десятках и сотнях метров от разных стадионов, гостиницы, взлетно-посадочных полос Далласского аэропорта; каждая из них имеет по несколько гидроразрывов. Что касается запугиваний местного населения, то такие же настроения были и у жителей Техаса десять лет назад. И если пять лет назад газ в США стоил 400 долларов за тысячу кубометров, то сейчас промышленность и местное население могут приобретать его по цене 120 долларов. Естественно, что разработка сланцевого газа повлияла и на инфраструктуру района, способствовала росту его экономики» (В.О. Соловьев, И.М. Фык, Е.П. Варавина. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ: ПРОБЛЕМЫ ИХ ОСВОЕНИЯ. // Харьков, НТУ «ХПИ», 2013, 92 С) . В то же время, специалисты оценивали перспективы добычи сланцевого газа на Украине, как минимум, осторожно, учитывая более сложные условия его добычи по сравнению с месторождениями в США: «Говоря об успехах освоения сланцевого газа в США, нужно учитывать очень благоприятные условия его залегания. Слои обычно залегают на глубине 400-500 м, причем на огромных площадях. У нас в Украине не только нет такого размаха, но и глубина залегания составляет обычно 2-2,5 км и более. Необходимое количество горизонтальных скважин мы не можем сделать даже технически, не говоря уже о риске не получить нормальные объемы сланцевого газа. Все это, естественно, нужно учитывать при планировании освоения этих углеводородов в Украине. Поэтому иногда фигурируемые представления о гигантских скоплениях высококачественных горючих сланцах требуют определенных уточнений и подтверждений. » (там же). Таким образом, если учитывать стадию и неопределённость перспектив разработки месторождений, сравнительно невысокие прогнозные объёмы добычи, а также действующих лиц – инициаторов проекта, представляется недостаточно обоснованным взгляд на сланцевый газ как на одну из ключевых причин украинского конфликта. ИСТОЧНИКИ Основные: • International Energy Agency (http://www.iea.org/ ) • U.S. Energy Information Administration (http://www.eia.gov/ ) • В.О. Соловьев, И.М. Фык, Е.П. Варавина. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ: ПРОБЛЕМЫ ИХ ОСВОЕНИЯ. // Харьков, НТУ «ХПИ», 2013, 92 С Дополнительные: http://www.circleofblue.org/waternews/wp-content/uploads/2010/08/Home-Heating-Oil-Summary-of-Unconventional-OilReserves.pdf http://www.mining-enc.ru/g/goryuchie-slancy http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=6483 http://www.albertacanada.com/business/industries/og-natural-gas-and-coal-bed-methane.aspx http://www.australianminesatlas.gov.au/education/fact_sheets/coal_seam_gas.html#history http://old.rgo.ru/2010/11/gaz-iz-ugolnyx-plastov/ http://www.circleofblue.org/waternews/wp-content/uploads/2010/08/Home-Heating-Oil-Summary-of-Unconventional-OilReserves.pdf http://www.oilsandsfactcheck.org/what-are-oil-sands/ http://www.oilsandsfactcheck.org/what-are-oil-sands http://forexaw.com/TERMs/Raw_materials/Energy/l1272_%D0%A1%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B5%D 0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BD%D0%B5%D1%84%D1%82%D1%8C_Shale_oil_%D1%8D%D1%82%D0%BE http://forexaw.com/TERMs/Raw_materials/Energy/l1272_%D0%A1%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0