Сланцевый газ и другие неконвенциональные углеводороды — запасы, добыча, перспективы

Итак, сланцевый газ и сланцевая нефть — составляющие обширного и неоднородного набора ископаемых углеводородных ресурсов, объединяемых понятием «неконвенциональные углеводороды» либо «нетрадиционные углеводороды».

Неконвенциональные углеводороды - определения и терминология

Под неконвенциональными углеводородами в настоящее время понимают, в частности, сланцевый газ, сланцевую нефть, газ (метан) угольных месторождений, битуминозные нефтяные пески, горючие сланцы, газогидраты (табл. 1).

При этом «неконвенциональность» относится не к углеводородам как таковым. Строго говоря, правильнее было бы определение не «неконвенциональные углеводороды», а «углеводороды с неконвенциональными условиями залегания». Речь идёт о тех же самых нефти, газе и угле, но залегающих, как правило, в относительно сложных для добычи условиях и, соответственно, требующих сложных и дорогих на современном этапе технологий извлечения. В частности, большая часть добываемого в настоящее время природного газа залегает в крупных пустотах и трещинах пористых горных пород — песчаников, известняков, доломитов, а также в виде газовых шапок над нефтяными месторождениями либо в растворённом виде в нефти.

Сланцевый газ — это точно такой же природный газ, но залегающий в порах и трещинах сланцевых пород, где поры и трещины существенно меньше по объёму и, следовательно, ниже концентрация самого газа. Та же ситуация с обычной и сланцевой нефтью. Следуя этой логике, неконвенциональной можно было бы считать и нефть, добываемую на шельфе, где условия добычи тоже сложнее, или же уголь неглубокого залегания, добываемый открытым способом в карьерах, по сравнению с шахтной добычей глубоко залегающего угля.

Итак, «неконвенциональность» энергоресурса не является чётко определяемым понятием, а зависит от конкретных условий добычи при имеющемся технологическом уровне, который меняется с течением времени. В данном случае в понятие неконвенциональных углеводородов включён набор, более или менее общепринятый для нашего времени. Термины, обозначающие те или иные виды неконвенциональных углеводородов, также не всегда однозначны.

В частности, раньше сланцевым газом и сланцевой (керогеновой) нефтью называли продукты перегонки горючих сланцев — осадочных метаморфизированных пород карбонатно-глинистого, глинистого или кремнистого состава, содержащих от 10 до 80 % органического вещества (то есть керогена).

В настоящее время под сланцевым газом и сланцевой нефтью подразумеваются лёгкие фракции углеводородов или обычные газ и нефть, содержащиеся в несвязанном виде в порах и трещинах сланцевых пород. Сланцы же как таковые рассматриваются как отдельный тип энергоносителя.

Мировые запасы неконвенциональных углеводородов

Мировые запасы неконвенциональных углеводородов как минимум сопоставимы с ресурсами «традиционного» углеводородного сырья. Речь в обоих случаях идёт о величинах порядка десятков триллионов тонн в пересчёте на условное топливо или нефтяной эквивалент (табл. 2).

Сопоставляя запасы углеводородов с нынешними темпами их добычи, мы видим, что разведанных запасов конвенционального газа хватит на 60-120 лет, конвенциональной нефти — на 40-90 лет, но с учётом неконвенциональной нефтегазовой составляющей эти сроки увеличиваются примерно вдвое — до 100200 лет. В то же время неконвенциональные нефть и газ рассматриваются скорее как потенциальные экологически более безопасные заместители угля. Именно эта аргументация приводится в защиту, например, сланцевого газа в ответ на возражения экологического характера — что сравнивать сланцевый газ с точки зрения экологических последствий добычи и последующего использования надо с каменным углём. В таком случае, при данных запасах и добыче угля в мире, неконвенциональные углеводороды способны теоретически замещать его также в течение нескольких десятков лет. Практически же необходимо учитывать и доступность сырья. В частности, 97 % запасов газовых гидратов, то есть наиболее весомой составляющей неконвенциональных углеводородов, приходится на морские акватории, остальные 3 % — на зоны многолетнемёрзлых пород.

Однако уже сейчас часть добычи углеводородов в мире приходится на неконвенциональные источники. Более того, их использование — и в мире, и в России — имеет давнюю историю, точно так же, как и использование возобновляемых источников энергии.

В частности, давно разрабатывались горючие сланцы. Но высокая стоимость производства энергоносителей из этих источников и открытие больших месторождений сравнительно легко извлекаемых нефти, газа, каменного угля в XX веке в разных точках земного шара обусловили потерю интереса к сложным в извлечении энергоносителям. И уже с началом XXI века, в связи с ростом цен на энергетическое сырье, а также некоторыми геополитическими факторами, интерес к ним вновь пробудился. И здесь также прослеживается аналогия с возобновляемыми источниками энергии.

Сланцевый газ

Около 80 % всех доказанных запасов технически извлекаемого сланцевого газа приходится на десять стран (табл. 3). Отметим, в то же время, что на эти страны приходится более 50 % площади земной суши (исключая Антарктиду), и это страны более или менее развитые, со сравнительно высоким уровнем разведанности запасов минеральных ресурсов. Со временем картина может измениться, а также могут быть обнаружены новые запасы.

Основная часть добычи сланцевого газа сосредоточена в США — именно они дали повод говорить о «сланцевой революции», стартовавшей в середине 2000-х годов. Кроме США, в мире всего две страны, добывающие, по состоянию на начало 2010-х годов, сланцевый газ в коммерческих объёмах. Это Канада и Китай, где добывается около 30 млрд и менее 1 млрд м³, соответственно. Доля сланцевого газа в общем объёме добычи в этих странах составляет 15 % и менее 1 %, соответственно [1].

США на данный момент превосходят эти страны на порядок по общим объёмам добычи сланцевого газа, а также отличаются существенно более высокой его долей в общем объёме добычи природного газа в стране.

США занимают не первое, но одно из первых в мире мест по разведанным запасам сланцевого газа. Теоретически, их хватило бы на несколько десятков лет при нынешних объёмах добычи. Кроме того, сланцевый газ в США расположен в благоприятных условиях — на больших площадях (рис. 1), включая малонаселённые территории, что смягчает проблемы, связанные с землепользованием и экологией, и сравнительно небольшой глубине. Это не менее важная причина, помимо технологического лидерства США, по которой «сланцевая революция» пока ограничивается именно этой страной.

Заметный рост добычи сланцевого газа в США отмечается с 2006-2007 годов. Более того, именно сланцевому газу США обязаны ростом общего объёма добычи природного газа (рис. 2), поскольку объём «обычной» добычи газа с середины 2000-х годов заметно снижается, а добыча попутного газа из нефтяных скважин и газа из угольных пластов не растёт. Благодаря сланцевому газу общий объём добычи газа к 2010 году подошёл к отметке 750 млрд м³ в год; по этому показателю США превзошли Россию и вышли на первое место в мире. На тот момент доля сланцевого газа в этом объёме составляла 22 % или 165 млрд м³.

К 2014 году общий объём добычи газа в США приблизился к 900 млрд м³, в том числе сланцевого газа — почти 400 млрд м³. Таким образом, его доля составила 45 %, превысив долю «обычного» газа, снизившуюся до 33 % или менее 300 млрд м³.

Начиная с 2012 года темпы роста добычи сланцевого газа снижаются до 1525 % в год по сравнению с 37-47 % в предыдущие годы, а абсолютный прирост добычи стабилизируется на уровне 4050 млрд м³ в год.

Очевидно, что наращивание темпов добычи газа из сланцевых пород связано также со снижением запасов сырья в «традиционных» и других источниках.

Также США — крупнейший в мире импортёр углеводородного сырья, и снижение зависимости от внешних поставок — это дополнительный мощный стимул собственных разработок.

Сланцевая нефть

Общие доказанные запасы сланцевой нефти в мире оцениваются в 47 млрд тонн, из них около 80 % также приходится на десять стран (табл. 4). Их список в основном совпадает с таковым по сланцевому газу, что неудивительно, учитывая сходную геологическую привязку сланцевых газа и нефти к сланцевым породам — где больше сланцев, там больше вероятность обнаружить связанные с ними нефть и газ.

Основная часть добычи, как и в случае со сланцевым газом, приходится на США. Однако ряд других стран, включая Россию, также приступили к добыче сланцевой нефти.

К 2015 году объём добычи сланцевой нефти в США вырос до 4,5 млн баррелей в день [2] (рост в десять раз за восемь лет), что эквивалентно 614 тыс. тонн в день или 224 млн тонн в год. На американскую сланцевую нефть приходится более 40 % всей добычи нефти в США и около 5 % всей мировой добычи нефти. В данном случае повторяется ситуация со сланцевым газом. В 2016 году обозначилось некоторое (примерно на 0,5 млн баррелей в день) снижение добычи сланцевой нефти в США.

Газ (метан) в угольных пластах

Общий объём прогнозных ресурсов метана в угольных пластах — 260 млрд тонн (см. выше), при этом разброс в оценках для разных стран местами очень велик. Ресурсы угольного метана по различным странам, м³/т [3]: Канада — 17-92 (по др. данным 8); Россия — 17-80 (по др. данным 100-120); Китай — 30-35; Австралия — 8-14 (по др. данным 1); США — 4-11 (по др. данным 20); Украина — 2-12 (по др. данным 12-25); Индия — 0,85-4,0; Германия — 3; Польша — 3; Великобритания — 2,45-3,0; Казахстан — 1,1-1,7; ЮАР — 1; Чешская Республика — 0,38; Турция — 0,1.

Объём добычи по ведущим странам, млрд м³/год: США — около 40 (табл. 2); Канада — около 9 [4]; Австралия — около 6 [5]; Китай — около 5.

О России в связи с угольным газом следует сказать отдельно. Активное изучение возможностей использования угольного метана в СССР началось в 1960-е годы. С 2001 года начато проведение работ по добыче метана из угольных пластов Кузнецкого бассейна в Кемеровской области. В 2010 году на Талдинском месторождении начата опытная эксплуатация семи разведочных скважин, кроме того, начато освоение новой площадки в Новокузнецком районе — Нарыкско-Осташкинское месторождение, где было пробурено шесть разведочных скважин. Добыча газа в Кузбассе решает как минимум двойную задачу — помимо добычи газа это ещё и дегазация угольных шахт. Учитывая объём запасов метана угольных пластов в России, о нём иногда говорят как о «нашем ответе сланцевому газу» или «нашем аналоге сланцевого газа» в США.

Битуминозные (нефтеносные) пески

Основные из известных месторождений битуминозных (нефтеносных) песков расположены в Канаде (рис. 3) — 230-340 млрд тонн и Венесуэле — более 160 млрд; в общей сложности около 400 млрд тонн [6]. Кроме того, месторождения битуминозных песков обнаружены в Казахстане и России.

Центр добычи нефти из битуминозных песков — 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 (рис. 4), за счёт которых и происходит прирост добычи нефти.

Горючие сланцы и газовые гидраты

Из 450 трлн тонн мировых запасов горючих сланцев около 90 % (430 трлн тонн) сосредоточены в США (штаты Колорадо, Юта, Вайоминг) [7]. Также имеются крупные месторождения в Бразилии, Китае, ряде европейских стран. Объёмы добычи горючих сланцев в мире сравнительно невелики — порядка нескольких десятков миллионов тонн (рис. 5).

В своё время лидером добычи горючих сланцев был СССР — до 36 млн тонн в год. Значительная часть добычи приходилась на Эстонскую ССР. В 1948 году 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 м³ [8]. 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 из пласта — in-situ process.

Разработка газогидратов в настоящее время находится на стадии исследований и отдельных экспериментов по их добыче, в частности, у берегов Японии. В то же время в 1960-е годы в СССР было выявлено первое газогидратное месторождение на Мессояхской площади в Западной Сибири (Гыданский полуостров, к северу от Нового Уренгоя), а в 1969 году была начата его промышленная разработка.

Технологические, экологические, экономические аспекты

Ключевой элемент технологии добычи сланцевой нефти и газа — это бурение горизонтальных скважин и применение гидроразрыва пласта (ГРП) (англ. — hydraulic fracturing или hydrofracturing). Этот метод заключается в создании на забое скважины высоких давлений, приводящих к нарушению скелета породы и образование трещин (рис. 6), что кардинально увеличивает отдачу. Давление создаётся путём закачки жидкости разрыва (гель, вода, кислота).

ГРП активно применяется с середины XX века — в США с 1948 года, в СССР — с 1952-го, однако в нашей стране после открытия крупных нефтегазовых месторождений из-за отсутствия необходимости искусственно увеличивать дебит скважин в больших масштабах не применялся. Практика применения технологии гидроразрыва пласта в СССР возродилась с конца 1980-х годов.

Технологии добычи неконвенциональных углеводородов — прежде всего, речь идёт о сланцевом газе — вызывает ряд мощных претензий экологического характера.

Во-первых, бурение и проведение гидроразрывов требуют большого количества воды. Кроме того, ГРП могут вызывать загрязнение подземных вод и в целом химическое загрязнение территории и несут риск сейсмических явлений, а весь процесс разработки сланцевого газа и нефти, а также битуминозных песок ведут к полной деградации ландшафта в месте добычи.

Разработка месторождений сланцевого газа требует в среднем объёма ресурсов на буровую площадку [9]: при подготовке скважины (площадь буровой площадки — 1,5—2,0 га; количество скважин на буровой площадке — 6; объём жидкости, расходуемой при бурении всех скважин — 827 м³; продолжительность наземных операций до начала добычи — 500-1500 дней; количество поездок транспортных средств — от 4300 до 6600) при проведении ГРП свежая вода — 54-174 тыс. м³; объём химикатов для 2 %-й жидкости гидроразрыва — 1080-3480 м³; объём жидкости обратного притока — 158-2746 м³). В сочетании с необходимостью многократного применения ГРП на месторождениях сланцевого газа (около десяти в год на скважину) это может привести к катастрофическим последствиям для окружающей среды и здоровья людей.

Защитники добычи сланцевого газа, в свою очередь, сравнивают её с добычей каменного угля, оказывающей, как минимум, не менее серьёзное воздействие на окружающую среду в процессе добычи и дающей больше вредных выбросов и эмиссии парниковых газов в процессе использования.

Свои доводы есть как у тех, так и у других. Судя по длительности и объёмам добычи сланцевого газа в США, она не обязательно должна вызвать экологическую катастрофу. Кроме того, ГРП используется и при разработках конвенциональных месторождений углеводородов, и не только в США, но и в России и других странах. Но следует заметить, что в большинстве случаев это происходит в сравнительно малонаселённой местности. То же можно сказать о разработке канадских битуминозных песков.

В силу технологических сложностей стоимость добычи сланцевого газа и сланцевой нефти в несколько раз выше. В частности, сложности обусловлены необходимостью бурения горизонтальных скважин и частого применения ГРП, быстрым снижением дебита скважин (на 30-40 % в год, и каждые два-четыре года приходится бурить новую скважину) и большим водопотреблением

В то же время в Западной Европе, где добыча сланцевого газа до сих пор не получила развития, плотность населения и инфраструктуры в среднем в несколько раз выше, чем в США. Это является одной из причин, по которой разработка сланцевого газа и нефти в Европе была бы связана с более существенными рисками, чем в США.

В то же время, представляется, что экономический фактор торможения развития разработки неконвенциональных углеводородных ресурсов не менее, если не более важен, чем экологический.

В силу технологических сложностей стоимость их добычи в несколько раз выше. 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 каждые два-четыре года приходится бурить новую скважину) и большим водопотреблением.

В зависимости от комплекса условий и факторов, себестоимость добычи сланцевого газа в точке производства оценивается в $ 80-320 за 1000 м³, в среднем — $ 200. Для сравнения, средняя себестоимость газа на конвенциональных месторождениях России, включая транспортные расходы, — $ 46 за тысячу кубов [8], то есть в четыре-пять 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 — выше $ 40 за баррель. Это продемонстрировано, в частности, чередой банкротств нефтегазодобывающих компаний в последние годы — с начала 2015 года о банкротстве объявили уже 130 североамериканских нефтегазовых компаний [10], при этом три банкротства зафиксированы уже в первой декаде мая 2016 года.

В период высоких и растущих цен на нефть и газ разработка неконвенциональных месторождений выгодна. В США рост объёмов добычи сланцевого газа привёл к снижению цен на него для потребителей в местах добычи с $ 400 до $ 120 за тысячу кубов, при том, что его добыча оставалась выгодной. Рост объёмов добычи и сланцевого газа, и сланцевой нефти пришёлся на 2000-е годы, когда цены на нефть росли, а большую часть прошлого десятилетия превышали $ 70-80 и даже $ 100 долларов за баррель. Ситуация на рынке углеводородов меняется, начиная с 2013 года и до настоящего времени, когда нефть упала до отметок около $ 40 за баррель. Это также добавляет неопределённости в перспективы разработок рассматриваемых неконвенциональных углеводородов.

Энергетика и политика - сланцевый газ на Украине

Одна из версий причин нынешнего конфликта на Украине связывает с ним разработку месторождений сланцевого газа. Её обосновывают, в частности, тем, что зона боевых действий на севере Донецкой области в апреле-июле 2014 года (Славянск, Краматорск и окрестности) приходится на крупное Юзовское месторождение сланцевого газа и зону интересов нефтяного гиганта Shell (рис. 7).

24 января 2013 года между Правительством Украины и Shell было подписано соглашение на разведку, разработку и добычу углеводородов на Юзовском участке, расположенном на территории Донецкой и Харьковской областей, сроком на 50 лет. Согласно ему Shell и НАК «Надра Украины» имеют по 50 % каждая, а Shell — оператор проекта, ответственный за все работы по соглашению. 25 октября 2012 года Shell начала бурение первой поисковой скважины в Харьковской области [8].

Отметим также, что соглашение было заключено с правительством предыдущего украинского президента Виктора Януковича, а активным лоббистом проекта выступал человек из его команды — Михаил Добкин, на тот момент глава Харьковской области.

Разумеется, вряд ли можно оценить, насколько в данном конфликте важна сланцевая составляющая. Но, вероятно, не стоит спешить придавать ей слишком важное, тем более определяющее значение, учитывая довольно туманные перспективы добычи сланцевого газа, которые были таковыми изначально, ещё до политического кризиса на Украине.

Сланцевый газ на Украине представлен всего на двух площадях: Олесская (Ивано-Франковская и Львовская области, объём 1-2 трлн м³, средний прогноз добычи — 7-10 млрд м³ в год) и Юзовская (Харьковская и Донецкая области, объём 1-2 трлн м³, средний прогноз добычи — 7-10 млрд м³ в год).

Данных объёмов добычи (оценка носит предварительный характер) теоретически могло бы хватить для удовлетворения около 50 % потребностей Украины в газе в докризисный период.

В то же время это было делом, в любом случае, весьма отдалённого будущего, а предсказать, каков будет эффект добычи сланцевого газа на Украине, практически невозможно. Украинские специалисты довольно скептически оценивают эти перспективы, сравнивая местные и американские условия залегания сырья. Пре жде всего, в отличие от США, на Украине сланцевый газ залегает на глубинах не 400-500 м, а 2,0-2,5 км и более, и на существенно меньших площадях, что кардинально увеличивает стоимость добычи. Что касается оценок запасов, то здесь наблюдается популистская склонность к их завышению, в то время, как требуются дополнительные исследования для их более надёжного подтверждения [8].

Отметим, что в июне 2014 года Shell вышла из соглашения, объясняя своё решение соображениями безопасности В октябре 2015 года со стороны компании ООО «Надра Юзовская» было объявлено о конкурсе на замену Shell в проекте [11] но далее продвижений не зафиксировано

Перспективы разработки неконвенциональных углеводородов

Как видно, на данный момент о масштабной разработке ископаемых углеводородов можно говорить применительно к двум странам и трём видам сырья: сланцевому газу и сланцевой нефти в США; газу угольных пластов также в США; битуминозным пескам в Канаде.

«Сланцевая революция» в США и рост добычи нефти из битуминозных песков в Канаде были связаны, в числе прочего, с мощным ростом цен на энергоносители в 2000-е годы, практически в десять и более раз с 2000-го по 2008 год. При этом в общемировом объёме добычи углеводородов доля сырья с неконвенциональными условиями залегания не превысила нескольких процентов.

Снижение цен обозначилось впервые в конце 2008-го — начале 2009 годов. Оно было резким, но сравнительно кратковременным, а уже с 2013-2014 годов тенденция к снижению стала устойчивой, что изменило к худшему ситуацию и перспективы дальнейшего роста или даже простого продолжения добычи сланцевого газа, сланцевой нефти и битуминозных песков. В текущем году обозначилась стабилизация и даже некоторый рост цен на ископаемые углеводороды, но пока неясно, насколько устойчива эта тенденция.

По прогнозам американского Управления по энергетической информации (US EIA), в ближайшие десятилетия прирост добычи сланцевого газа продолжится, но менее высокими темпами, в то время как добыча конвенционального газа продолжит снижение — в итоге в целом добыча газа стабилизируется. В этой связи также вспоминаются политические аспекты мировой энергетики. В последнее время ряд официальных лиц США заявлял о готовности поставлять газ в Европу с тем, чтобы заменить газ из России. Но при данных тенденциях и прогнозах добычи газа в США непонятно, откуда у них найдётся «лишний» газ для европейских стран. Максимум, о котором можно говорить, — это замещение импорта углеводородов в самих США и частичное замещение угля более экологически чистым газом (на внутреннем рынке).

В Европе, как видно отчасти и на примере Украины, масштабное освоение сланцевых месторождений в ближайшее время маловероятно. Это связано с комплексом причин, включающим и специфику геологического строения, и более высокую плотность населения и инфраструктуры, и юридические аспекты землепользования, и недостаток соответствующей техники и технологий [8].

При сохранении в мире больших запасов конвенциональных углеводородов, сравнительно дешёвых в освоении, и текущих ценах на ископаемые энергоносители перспективы разработок неконвенционального сырья не выглядят блестящими. Более того, «некоторые экономисты предполагают, что бум добычи этого газа может смениться не менее драматичным падением интереса к нему» [8].

Многое зависит от технического прогресса в ближайшие годы и десятилетия — насколько он позволит снизить издержки освоения и обеспечить комплексное использование сырья со спектром продуктов на выходе. Это также относится и к возобновляемым источникам

В плане отдалённого будущего скорее всего следует ожидать продолжения исследований и разработок неконвенциональных углеводородов, но в более спокойном режиме и с использованием «нишевой», а не «тотальной» стратегии. В регионах, где разработка неконвенционального топлива окажется экономически выгодной (в частности, из-за отсутствия транспортных издержек), она имеет будущее. В этом смысле неконвенциональные углеводороды имеют много общего с ВИЭ.

Многое также зависит от технического прогресса в ближайшие годы и десятилетия — насколько он позволит снизить издержки освоения и обеспечить комплексное использование сырья со спектром продуктов на выходе. Это также относится в равной степени к неконвенциональным углеводородам и возобновляемым источникам энергии.

В любом случае позитивный аспект, связанный с неконвенциональными углеводородами, заключается в том, что они являются мощным и пока почти невыработанным мировым энергетическим резервом, существенно снижающим угрозу энергетического дефицита в долгосрочной перспективе.