Анализ состояния и перспективы добычи и переработки сланцевого газа в США

ТАЛЛИННСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Вирумааский Колледж

 

 

 

 

 

Основы научно-исследовательской  работы

Анализ состояния  и перспективы добычи и переработки  сланцевого газа в США

Реферат

 

 

 

Студент: Фомичёв Михаил

Группа: RAKM 21 (122253)

Преподаватель: Васильев В.В

 

 
 
 

2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

Сланец – распространенная повсеместно  осадочная порода. Уже давно было известно, что в сланцевых пластах  содержаться большие запасы сланцевого газа. Сланцевый природный газ (англ.  shale gas) — природный газ, добываемый из горючих сланцев, который состоит преимущественно из метана. Но до недавнего времени добыча сланцевого газа считалась дорогостоящей и технически сложной. Однако высокие цены на природный газ сделали добычу сланцевого газа экономически целесообразной. Появились новые технологии, позволяющие извлекать его без особых затрат. Для добычи сланцевого газа на данный момент применяют горизонтальное бурение (англ. directional drilling), гидроразрыв пласта (англ. hydraulic fracturing) и сейсмическое моделирование. Аналогичная технология добычи применяется и для получения угольного метана. Вместо гидроразрыва пласта может использоваться пропановый фрекинг.

Хотя сланцевый газ содержится в небольших количествах (0,2 — 3,2 млрд м³/км²), но за счет вскрытия больших площадей можно получать значительное количество такого газа. [1]

В последнее время много разговоров идет о возможной революции на мировом газовом рынке. Связывают  такую революцию как раз таки с перспективами добычи сланцевого газа. Некоторые предполагают, что сланцевый газ не может быть конкурентоспособен в сравнении с традиционными месторождениями. Также имеется очень много противоречий против гидроразрывов, применяемых при добыче газа. Другие, напротив, считают, что развитие технологий добычи сланцевого газа коренным образом повлияет на устройство всего мирового газового рынка.

Целью данной работы является анализ текущего состояния и перспективы  добычи и переработки сланцевого газа из недр Земли.

 

1. СЛАНЦЕВЫЙ ГАЗ

Мы постоянно слышим звонкие термины — природный газ, биогаз, сланцевый газ. Но в подавляющем большинстве случаев речь идет об одном и том же метане, просто полученном из разных источников. Разберемся, что это за газ, как его добывают и какие перспективы у него есть.

Для начала что такое сланец и  откуда там газ. Сланец — это осадочная  метаморфическая порода. Процесс  его формирования во многом напоминает образование угля, но в других условиях. На морском дне откладывались продукты жизнедеятельности организмов — прежде всего водорослей. Слои на дне прессовались, превращаясь в ил и глину. С отступлениен воды, и обнажением дна будущий сланец ушел на глубину. Там, под давлением он окаменел и разложение органики завершилось разделением на фракции: смолу, близкую по составу нефти и метан. Залежи сланцев в мире — огромны. Сланцевой смолы в них запасено больше чем нефти. Сланцевого газа — почти в четыре раза больше чем запасы всех традиционных разведанных месторождений — более 200 трлн. кубометров. [3]

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. [6]

Природный газ может пребывать в земной коре в виде месторождений, где он сконцентрировался за миллионы лет. А может быть в рассеянной форме — например, в толще сланцевых пород. Обычный газ миллионы лет накапливался в условиях высокопористых песчаных пород, что позволило ему сконцентрироваться в очень больших объемах.

Сланцевый и угольный газы оказались  запертыми в породе с низкой проницаемостью и в ней же обогатились посторонними газами. В свою очередь сланцы —  это бывшие глинистые породы, которые  в силу тектонических процессов оказались на большой глубине, где подверглись воздействию высоких температур и давлений, в результате чего получилась достаточно прочная порода, способная раскалываться на тонкие параллельные пластинки. Газ сосредоточен в мизерных количествах именно там, в толще этой породы. Фильтрация газа в такой породе в десятки тысяч раз медленнее, чем в песчаных толщах, где и накапливается обычный газ. [2]

Тем самым учитывая всё вышеперечисленное  можно выделить основные недостатки сланцев:

• Сланец твёрже песчаника, что создаёт определённые трудности при бурении.
• Так как сланец это малопористый материал, то соответственно газа в нём накапливается меньше.
• Эти поры плохо связаны между собой, т. е. по толще породы газ диффундирует к скважине с очень малой скоростью.

Добыча сланцевого газа предполагает массовое бурение, а также горизонтальное бурение, гидроразрыв пласта, сейсмическое моделирование и новую технологию пропановый фрекинг.

1.1 Газоносные сланцы

Говоря о газоносных сланцах, следует  использовать термин «плей». В данном случае под ним понимается одно месторождение, контуры которого определяются с помощью следующих параметров.

Первый – содержание глин. Сланец является горной породой, которая состоит из глинистых и неглинистых минералов (кварца и полевых шпатов). Содержание глин в газосодержащих сланцах не должно превышать 50%, иначе сланец будет подвержен пластичным деформациям, а значит, не сможет образовывать трещины, которые являются основными путями миграции газа, т.е. определяют его проницаемость.

Второй – количество органического вещества (ОВ). Оно должно превышать 1%, чтобы генерировать промышленные газовые скопления.

Третий – степень зрелости органического вещества в сланцах, которая в большинстве случаев определяется по отражательной способности витринита – микроскопических остатков высшей растительности. Она выражается в у.е. и обозначается символом R₀. Массовая генерация газовых углеводородов (УВ) – главная зона газообразования – фиксируется значениями R₀ более единицы (Рис.1).

Рисунок 1. Генерация УВ и стадии литогенеза, приложение к журналу «ТЭК. Стратегии развития», 2010г.

Четвертый – пористость. Она должна составлять не менее 3%, для того чтобы сланец содержал достаточные для разработки объемы газа.

По геологическому возрасту, большая часть плеев содержит газоносные сланцы от кембрия до неогена. [4]

Следует отметить, что для добычи сланцевого газа горючие  сланцы неперспективны.

1.2 Месторождения сланцевых газов в США и мировые запасы

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.

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.

По их оценкам мировой объем  сланцевого газа превышает 187 трлн. куб.м. В то же время по данным Международного энергетического агентства (МЭА) на основании исследований Cedigaz нетрадиционные запасы газа составляют всего 4% от доказанных запасов природного газа. Мнения экспертов по отношению к оценке мировых запасов сланцевого газа и перспектив развития этого направления диаметрально противоположные. [5]

Рисунок 2. Месторождения сланцевого газа в США.

 

 

 

Таблица 1

Технически извлекаемые  запасы сланцевого газа для 32 стран, производство и потребление в условиях 2009 года.

1 куб. фут = 0.02832 м3	2009 Природный  газ              трлн. куб. футов			Доказанные  запасы природного газа  трлн. куб. футов	Техн. Извлекаемый сланцевый газ   трлн. куб. футов
	Производство	Потребление	Импорт / (Экспорт)
Europe
France	0.03	1.73	98%	0.2	180
Germany	0.51	3.27	84%	6.2	8
Netherlands	2.79	1.72	(62%)	49.0	17
Norway	3.65	0.16	(2,156%)	72.0	83
U.K.	2.09	3.11	33%	9.0	20
Denmark	0.30	0.16	(91%)	2.1	23
Sweden	-	0.04	100%		41
Poland	0.21	0.58	64%	5.8	187
Turkey	0.03	1.24	98%	0.2	15
Ukraine	0.72	1.56	54%	39.0	42
Lithuania	-	0.10	100%		4
Others(3)	0.48	0.95	50%	2.71	19
North America
United States(4)	20.6	22.8	10%	272.5	862
Canada	5.63	3.01	(87%)	62.0	388
Mexico	1.77	2.15	18%	12.0	681
Asia
China	2.93	3.08	5%	107.0	1,275
India	1.43	1.87	24%	37.9	63
Pakistan	1.36	1.36	-	29.7	51
Australia	1.67	1.09	(52%)	110.0	396
Africa
South Africa	0.07	0.19	63%	-	485
Libya	0.56	0.21	(165%)	54.7	290
Tunisia	0.13	0.17	26%	2.3	18
Algeria	2.88	1.02	(183%)	159.0	231
Morocco	0.00	0.02	90%	0.1	11
Western Sahara	-	-		-	7
Mauritania	-			1.0	0
South America
Venezuela	0.65	0.71	9%	178.9	11
Colombia	0.37	0.31	(21%)	4.0	19
Argentina	1,46	1.52	4%	13.4	774
Brazil	0.36	0.66	45%	12.9	226
Chile	0.05	0.10	52%	3.5	64
Uruguay	-	0.00	100%		21
Paraguay	-	-			62
Bolivia	0.45	0.10	(346%)	26.5	48
Total of above areas	53.1	55.0	(3%)	1,274	6,622
Total world	106.5	106.7	0%	6,609
Источники:  1Dry production and consumption: EIA, International Energy Statistics, as of  March 8, 2011.  2 Proved gas reserves: Oil and Gas Journal, Dec., 6, 2010, P. 46-49.  3Romania, Hungary, Bulgaria.  4U.S. data are from various EIA sources. The proved natural gas reserves number in this table is from the U.S. Crude Oil, Natural Gas, and Natural Gas Liquids Reserves, 2009 report, whereas the 245 trillion cubic feet estimate used in the Annual Energy Outlook 2011 report and cited on the previous page is from the previous year estimate.

В графическом представлении примерные  запасы сланцевого газа в процентном соотношении в мире выглядят следующим  образом:

Рисунок 3. Примерные запасы сланцевого газа в мире.

1.3 Сланцевый газ на мировом рынке

Анализ предпосылок развития мировой разработки сланцевых месторождений позволяет говорить о возникновении естественных рыночных регуляторов, которые приводят к процессам самоорганизации на энергетическом рынке. При возникновении естественной монополии на любом микрорынке, в качестве которого в данном случае выступает рынок газа, инициируются процессы по внедрению продуктов-заменителей, на роль которых претендует сланцевый газ. Продукты-заменители являются эффективным регуляторным механизмом, которые увеличивают эластичность спроса природного газа. При значительном дисбалансе цен на газ, который стал наблюдаться в различных регионах мира, стали перераспределяться газовые потоки и изменяться структура рынка. В результате роста производства сланцевого газа в США, снижения объема импорта, а также последующего обвала цен на газ в США, бывшие газовые потоки сжиженного газа, которые ранее предназначались для США, были перераспределены в регион с более высокими ценами, этим регионом, имеющим неэластичный спрос на газ, стала Европа.

Появления продукта-заменителя, в виде LNG-газа будет оказывать значительное влияние на рынок Европы вплоть до момента насыщения рынка, то есть приведет к некоторому снижению цен на газ (10-25%) и ограничению влияния ОАО «Газпром» на рынке ЕС. В 2011 году увеличение потребления газа за счет отказа стран ЕС от атомных электростанций изменило направление спроса, увеличило потребление газа и частично компенсировало снижение цены за счет импорта LNG-газа. [10]

В настоящий момент распределение  цены на газ имеет следующий вид: средняя биржевая цена в ЕС на природный газ составляет $320 за тыс. м³; биржевая цена на газ в США — $147 за тыс. м³; цена российского трубного газа в ЕС составляет $360-403 за тыс. м³; цена за LNG-газ в Азии — $540 за тыс. м³; спотовые цены на рынке ЕС составляли $260-290 за тыс. м³.

Разработка сланцевых месторождений  газа в США привела к тому, что  в 2008 году произошел технологический  прорыв, добыча газа из сланца в США  вышла на промышленный уровень, и  по итогам 2009 года производство газа в  России и США практически сравнялось.

Рисунок 4. Увеличение производственных мощностей добычи сланцевого газа в США.

Хотя доказанные запасы сланцевого газа в США невелики — около 1 трлн. кубометров, что не обеспечивает даже двухгодового потребления страны, оцениваемые запасы, напротив, колоссальны. Только в месторождении Marcellus, которое в ближайшие годы может отобрать у Barnett лидерство по объемам добычи, содержится около 14 трлн. кубометров газа. Если же суммировать доказанные и оценочные запасы всего «голубого» топлива страны, то получится, что Соединенные Штаты обладают около 60 трлн. кубометров газа.

Исходя из текущего ежегодного потребления  в 650 млрд. кубометров, получается, что при активном использовании нетрадиционных месторождений США обеспечены природным газом на 90 лет. Что является весьма перспективным вариантом для обеспечения собственной энергонезависимости. [10]

Появления продукта-заменителя, в  виде LNG-газа будет оказывать значительное влияние на рынок Европы вплоть до момента насыщения рынка, то есть приведет к некоторому снижению цен на газ (10-25%) и ограничению влияния ОАО «Газпром» на рынке ЕС. По прогнозам специалистов к 2015 году цена на газ может снизиться вплоть до 10%.

Значительное  изменение структуры европейского рынка может произойти после ввода в промышленную эксплуатацию сланцевых месторождений. Огромные запасы газосодержащих сланцев найдены в Нидерландах – верхнеюрские сланцы, Польше – силурийские сланцы, Франции, Швеции – кембрийские сланцы, других европейских странах. Предположительно наибольшими перспективами обнаружения газосланцевых плев располагает Польша, и прежде всего ее северная часть – Гданьская впадина.

На сегодняшний день ЕС в ближайшей  перспективе планирует отказаться от российского газа и развивать региональную добычу. Активная разведка месторождений в Польше 22 компаниями подразумевает, что к 2014 году предполагается практически одновременный запуск скважин в эксплуатацию. Изменение структуры европейского рынка будет более значительным, если европейцам удастся обеспечить согласованный запуск газовых проектов, которые могут составить одновременную конкуренцию российским газовым поставкам. В связи с финансовым кризисом в Европе, можно предположить, что ЕС не удастся добиться согласованного старта газовых проектов, что в значительной мере сократит влияние сланцевого газа на европейский энергетический рынок. Важной характеристикой сланцевого газа является его близкое расположение к конечному потребителю. Высокая стоимость газодобычи будет компенсирована низкой стоимостью транзита. Аналогичные сланцевые проекты готовятся стартовать в Китае, Индии, Аргентине, Австралии, других государствах. В Китае выделено 4 первоочередных района в бассейнах Тарим, Турфан, Ордос и Сычуань.

Однако, как известно, даже у самого позитивного явления непременно имеются теневые стороны. Главная проблема состоит в том, что в настоящий момент даже оборудование для разведки стоит очень дорого, не говоря уже о добывающем. Не мало важная проблема состоит в том, что теплотворная способность сланцевого газа почти в два раза ниже, чем у природного. Более того, в нем содержится большое количество вредных примесей: углекислого газа, азота и сероводорода, так что он может взорваться в газопроводах высокого давления. [10]