Статья: Сланцевый газ – энергетическое чудо или климатическая катастрофа

Тем не менее интерес к польскому газу велик. К 2012 г. Польша выдала более сотни лицензий на его разведку. Однако первые 20 скважин, пробуренные на польских сланцевых месторождениях, не дали положительных результатов, поэтому ажиотаж вокруг польского сланцевого газа существенно спал. Акции нескольких независимых компаний, специализирующихся на европейском сланцевом газе, упали с начала прошлого года на 70 %. Однако 20 скважин - это ничтожно мало для того, чтобы делать ответственные заключения о польских перспективах в этой области. Для сравнения: только на одном крупнейшем американском сланцевом месторождении Барнетт пробурено 13 700 скважин.

Государственная геологическая служба Украины недавно повысила свою оценку запасов сланцевого газа до 12,5 трлн м3, в то время как Геологическая служба США сообщала всего о 1,9 трлн м3. В настоящее время Украина импортирует из России 40 млрд м3 (Газпром… 2012) природного газа в год, что в три с половиной раза больше польского импорта, и ставит задачу добиться в течение 10 лет роста добычи сланцевого газа до 13 млрд м3; но даже если страна отважится на такой объем производства пока еще очень дорогого, технологически не слишком удобного и экологически рискованного продукта, она не сможет полностью освободиться от российских газовых поставок.

В России основными месторождениями сланцевого газа являются Прибалтийская, Прибайкальская, Волжско-Печорская, Забайкальская и Оленекская платформы, а общие геологические ресурсы сланцевого газа, по оценкам ООО «Газпром ВНИИГАЗ», могут составить довольно скромные 6-8 трлн м3. Ряд авторов дает более оптимистические оценки - до 20 трлн м3, что лишь незначительно меньше, чем суммарные оценки тех же авторов для Европы и Китая (International… 2011). Однако следует иметь в виду, что сегодня определяющими моментами в использовании этого нового природного ресурса являются не столько его запасы, сколько экологическая безопасность и стоимость добычи. В этой связи полезно взглянуть на опыт США, признанного пионера в области сланцевых технологий.

В настоящее время США занимают первое место не только по разведанным запасам, но и по добыче СГ. В 2012 г. общая добыча газа в США составила 651,3 млрд м3 (U.S. Energy… 2013), причем более 40 % приходилось на нетрадиционные источники (метан из угольных пластов и сланцевый газ). Доля СГ в общем объеме всего горючего газа постоянно увеличивается, что уже привело к существенному перераспределению мирового рынка газа между странами и образованию избыточного предложения на рынке к началу 2010 г. В результате роста добычи сланцевого газа ранее построенные в США терминалы по импорту сжиженного газа, которые оставались бездействующими, в настоящее время активно переоборудуются для экспорта, который, на наш взгляд, может носить весьма ограниченный характер, поскольку страна и в ближайшие 10-15 лет все-таки будет оставаться нетто-импортером газа. Уровень добычи СГ в США (без угольного метана) к 2011 г. вырос до 150 млрд м3 в год (Ibid.).

Совершенно иное положение с добычей СГ складывается на другой стороне Атлантики. Хотя ряд стран Евросоюза и заявил о намерении добывать газ из сланца, очень скоро эти заявления были подвергнуты серьезной критике со стороны экологов. Последние уверены в непоправимом ущербе, который наносит окружающей среде гидроразрыв пласта, сопровождающий добычу сланцевого газа. Поэтому от добычи уже отказалась Франция, сделав ставку на свою атомную энергетику, приостановили работы по разведке Венгрия и Чехия, а в Болгарии сильны общественные протесты. Из государств, намеренных продолжать попытки добывать газ из сланца, остается Польша, где заявления о подобном способе добычи делают преимущественно политики, Украина, где вопрос тoже имеет серьезную политическую подоплеку, а также Литва, которая надеется на компанию Chevron, получившую разрешение на разведку месторождений сланцевого газа на литовской территории (U.S. Energy… 2013).

В России не ведется даже опытной добычи СГ, что совсем не удивительно при наличии огромных запасов традиционного природного газа, стоимость добычи которого сейчас как минимум в 4-5 раз ниже.

3. Экологические аспекты добычи и использования сланцевого газа

Для последующего анализа полезно отметить особенности технологии добычи СГ. О том, что в сланцах есть газ, было известно с начала XIX в. Однако эта порода отличается плотностью и низкой проницаемостью, а газ залегает в небольших изолированных «карманах». Первая коммерческая газовая скважина в сланцевых пластах была пробурена в США еще в 1821 г. около г. Фридония в штате Нью-Йорк Уильямом Хартом, который считается в США «отцом природного газа». Инициаторами масштабного производства сланцевого газа в США являются Джордж П. Митчелл и Том Л. Уорд.

Однако только в 70-е гг. ХХ в., во время энергетического кризиса, правительство США в поисках новых источников топлива профинансировало исследования, связанные с разработкой сланцевых месторождений. Были проведены разведочные работы, в ходе которых выявлены четыре огромные сланцевые структуры - Barnett, Haynesville, Fayetteville и Marcellus, простирающиеся на десятки тысяч квадратных километров и, по-видимому, содержащие гигантские запасы газа. Однако на тот момент эти резервы оказались недоступными, а разработка соответствующих технологий добычи была приостановлена после падения цен на нефть в 80-х гг.

Промышленная добыча СГ стала возможна только после появления новых технологий (Дмитриевский, Высоцкий 2010: 44-47). Современная технология добычи сланцевого газа подразумевает бурение одной вертикальной скважины и нескольких горизонтальных скважин длиной до 2-3 км. В скважины закачивают смесь песка, воды и химикатов, потом в результате гидроудара разрушаются стенки газовых коллекторов, и доступный газ откачивается на поверхность. Процесс горизонтального бурения проводится посредством инновационной методики сейсмического моделирования 3D GEO, которая предполагает сочетание геологических исследований и картирования с компьютерной обработкой данных, включая визуализацию. Как и в других газовых месторождениях, газ, естественно, мигрирует из области высокого давления в область низкого давления, поэтому технология газодобычи основана на создании областей с переменным давлением.

Теоретическая база технологии гидроразрыва пласта была разработана еще в Советском Союзе в 1953 г. академиком С. А. Христиановичем совместно с Ю. П. Желтовым в Институте нефти АН СССР.

Масштабное промышленное производство сланцевого газа было начато компанией Devon Energy в США на месторождении Barnett Shale, где она в 2002 г. впервые пробурила горизонтальную скважину. Десятилетний опыт эксплуатации скважин в Barnett Shale, Fayetteville Shale, Marcellus Shale, Haynesville Shale совершенно определенно обозначил следующие проблемы:

* технология гидроразрыва пласта требует крупных запасов воды вблизи месторождений, для одного гидроразрыва используется смесь воды (7 500 тонн), песка и химикатов. В результате вблизи месторождений скапливаются значительные объемы отработанной загрязненной воды, которая не утилизируется добытчиками с соблюдением экологических норм;

* как показывает опыт разработки Barnett Shale, сланцевые скважины имеют гораздо меньший срок эксплуатации, чем скважины обычного природного газа;

* формулы веществ для осуществления гидроразрыва в компаниях, добывающих сланцевый газ, являются закрытыми. По отчетам экологов, добыча сланцевого газа приводит к значительному загрязнению грунтовых вод толуолом, бензолом, диметилбензолом, этилбензолом, мышьяком и др. Известно, что некоторые компании используют соляно-кислотный раствор, загущенный с помощью полимера, причем только для одной операции гидроразрыва используется 80-300 т химикатов;

* при добыче сланцевого газа происходят значительные утечки метана в атмосферу, что приводит к усилению парникового эффекта;

* добыча сланцевого газа рентабельна только при наличии устойчивого спроса и высоких цен на газ.

Химическая смесь компании Halliburton составляет около 1,53 % от общего объема раствора и включает соляную кислоту, формальдегид, уксусный ангидрид, пропаргиловый и метиловые спирты, хлорид аммония. Компания Chesapeake Energy использует свой состав химической смеси, но ее объем в гидрорастворе гораздо меньше - 0,5 %. В целом газодобывающими компаниями для добычи газа используется около 85 токсичных веществ.

Существуют и другие экологические проблемы, связанные с добычей сланцевого газа, в первую очередь обусловленные утилизацией отработанной жидкости после гидроразрыва пласта (ГРП). Кроме воды и песка, в ее состав входят разнообразные химические добавки для повышения эффективности ГРП, что вызывает опасность загрязнения грунтовых вод. Научно подтверждена повышенная вероятность микроземлетрясений в местах, где производился ГРП, а также в местах, где отработанная жидкость закачивается в подземные полости, например на утилизацию. К более долгосрочным и наименее изученным проблемам относится возможность утечек газа в атмосферу на этапе строительства и эксплуатации скважины. По оценкам ряда исследователей (Howarth et al. 2011), при добыче сланцевого газа утечки в атмосферу могут составлять 4-8 % газоотдачи, что намного больше, чем при добыче традиционного газа.

С другой стороны, использование СГ вместо угля позволяет значительно уменьшить вредные выбросы от ТЭС в атмосферу, так как при сжигании СГ практически не образуется SO2, а удельные выбросы оксидов азота NOx в два раза ниже, чем при сжигании угля. Однако при расчёте экологического эффекта важен объем выбросов по полной цепочке производства, и здесь преимущество газа значительно уменьшается, поскольку утечки метана, являющегося чрезвычайно сильным парниковым газом, при его добыче и транспортировке значительно усиливают суммарный парниковый эффект. При размере утечек в верхнем интервале существующих оценок (около 8 % выхода газа) газовая электростанция на СГ по суммарным выбросам становится аналогичной современным угольным электростанциям, использующим угольную пыль.

Имеются крайне противоречивые оценки для экономических показателей добычи СГ. Пионером в добыче сланцевого газа США является компания Chesapeake Energy, которая регулярно публикует свои основные показатели финансовой деятельности в свободном доступе. Анализ показателей компании показывает, что фактическая себестоимость добычи СГ в 2008 г. составила 192,6 долларов США за тыс. м3. Однако, по мнению экспертов, реальные затраты на получение сланцевого газа еще выше и составляют 212 долларов США за тыс. м3. Некоторые специалисты полагают, что компании, осуществляющие добычу сланцевого газа, искусственно занижают его себестоимость.

Пока же отмечено, что по состоянию на начало августа 2012 г. стоимость добычи сланцевого газа на американских месторождениях находилась в диапазоне 130-260 долларов за тыс. м3, а в Канаде - 140-230 долларов США за тыс. м3. Вместе с тем цены на газ в регионе находятся на уровне около 100 долларов США за тыс. м3 (U.S. Energy… 2013). По данным Газпрома, средняя стоимость газа для потребителя составляла в 2011 г. около 92 долларов США за тыс. м3, но это в три с половиной раза меньше, чем перед началом «сланцевой революции» в 2008 г.

Однако существует и иная точка зрения. Дело в том, что сланцевый газ бывает «сухим» (без примесей) и «мокрым» (с газовым конденсатом, содержащим этан или бутан). Этот конденсат широко используется в производстве пластика, и цены на него выше, чем на сам газ, так что маржу добывающим компаниям приносит в основном именно он. Таким образом, продажа попутно извлекаемых компонентов делает добычу СГ рентабельной даже при низких внутренних ценах. А вот добыча сухого газа в текущих условиях пока нерентабельна.

Тем не менее правительство США вполне удовлетворено нынешними низкими ценами на газ, ведь это именно то, в чем сейчас нуждается американская экономика для стимулирования ее роста. Поэтому сланцевые проекты активно поддерживаются государством. Низкая стоимость заимствований стимулирует инвестиции в газовые скважины, несмотря на низкие отпускные цены для потребителя. Кроме того, американские энергетические компании серьезно рассчитывают на экспорт газовой продукции и технологий добычи как средство повышения рентабельности. К тому же нынешний беспрецедентно низкий уровень внутренних цен сохранится, по-видимому, недолго и начиная уже с нынешнего года сменится устойчивым повышением со скоростью 2,5 % в год.

4. Нетрадиционный газ и глобальные изменения атмосферы и климата

К сожалению, при обсуждении экологических проблем добычи СГ почти всегда имеют в виду лишь региональные аспекты, связанные с отчуждением значительных территорий и загрязнением подземных вод. Между тем СГ и другие виды нетрадиционного газа (угольный метан, газ плотных формаций) представляют собой колоссальный резервуар углерода, поступление которого в атмосферу способно серьезно изменить его глобальный баланс и привести к большим изменениям в климатической системе. Именно этим проблемам посвящен данный раздел.

В своих прогнозах производства нетрадиционного газа мы исходили из оценок его запасов, представленных в таблице 2, где для сравнения также показаны результаты наших недавних расчетов (Клименко, Терешин 2010), учитывающих только запасы традиционного газа. Очевидно, что введение в оборот нетрадиционных источников резко повысит роль газа в мировой энергетике, причем пик общей ежегодной добычи в обновленном сценарии повышается с 5,5 до 10 млрд т у. т. и смещается во вторую половину XXI столетия (рис. 1). Таким образом, даже в конце нынешнего столетия общая добыча газа все еще будет превышать современную, а полное исчерпание запасов наступит лишь к концу XXII в. Газ станет главной составляющей мирового энергобаланса уже к началу 2030-х гг.

Таблица 2 Характеристики сценариев добычи природного газа

Источник: International… 2011.

Рис. 1 Объемы добычи природного газа: прогнозная оценка настоящей работы - суммарная добыча (1), в том числе нетрадиционного газа (2), оценка добычи традиционного газа из (Клименко, Терешин 2010) (3) и данные энергетической статистики (BP… n.d.; U.S. Energy… 2013; International… 2011) по общему производству (4) и добыче из нетрадиционных источников (5)