http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=a5edada3-1b50-411f-8692-9cd4b9ca31e4&print=1© 2024 Российская академия наук
Небольшой экскурс в органическую геохимию. Как образуются нефть и газ в природе? В определенных условиях в морях отлагаются осадки с большим количеством органического вещества. Это бывает в геологические периоды, когда в морской бассейн поступает повышенное количество биогенных элементов, прежде всего фосфора, например вследствие активизации вулканизма, а циркуляция кислорода в водной толще ослаблена.
Тогда биопродукция органического углерода в море превосходит возможности его биодеградации и окисления в водной толще и в донных отложениях накапливается избыточное количество отмершего биогенного органического вещества.
Потом наступают другие времена. Богатые органическим веществом осадки перекрываются пустыми бедными осадками. Постепенно, по мере накопления осадочной толщи в течение миллионов лет, богатый органическим веществом пласт опускается всё глубже и глубже. Богатым считается слой, содержащий более 1–3% органического вещества.
Но встречаются и гораздо более высокие содержания. С увеличением глубины возрастает температура, приблизительно на 3–4 градуса каждые 100 м. При повышении температуры молекулы органических соединений начинают расщепляться. От них отделяются углеводородные осколки: низкомолекулярные (газообразные), такие как метан, и более высокомолекулярные углеводороды, которые относятся к нефтяному ряду.
Сколько и какие углеводороды образуются — зависит от типа накопленного органического вещества. В веществе гумусового и аквагумусового состава уже на ранней стадии возникают газы, а в сапропелевом органическом веществе предпочтительно образуются нефтяные углеводороды. Но образуются они пока еще в очень небольших количествах. На глубине 2,5–3 км температура достигает уже 120–150 градусов Цельсия, в некоторых районах она еще выше.
При этих температурах начинается интенсивная генерация углеводородов. Образовавшийся углеводородный флюид увеличивает внутреннее давление в пласте и производит многочисленные гидроразрывы пласта. Через сеть образовавшихся в результате гидроразрыва трещин углеводороды покидают материнскую породу.
Если смежные пласты оказываются хорошо проницаемыми, то есть являются коллекторами, газ и нефть, попадая в них, мигрируют, пока не встретят ловушку. Это могут быть верхние части выпуклых структур (антиклинальные ловушки), или непроницаемая стенка геологического взброса (тектоническая ловушка), или выклинивание коллектора, замещение проницаемой породы непроницаемыми участками, (стратиграфическая ловушка). В ловушке углеводороды скапливаются и образуют залежи нефти и газа.
Углеводороды в ловушку собираются с большой площади. Поэтому залежи нефти и газа могут иметь иногда гигантские размеры. Добычей газа и нефти из залежей и занимается современная газонефтяная индустрия. Геологи стремятся также распознать те породы, в которых нефть и газ образовались и из которых углеводороды мигрировали.
Эти породы так и называют газо- и нефтематеринскими. Установить их важно, чтобы реконструировать историю формирования месторождения и более точно оценить возможные запасы нефти и газа в регионе. Кстати, так называемые изотопные методы распознавания нефтематеринских пород впервые были разработаны в нашей стране.
Из сказанного понятно, что пластах, не достигших глубины погружения, на которой происходит активная генерация и эмиграция углеводородов из пласта, углеводороды тоже образуются. Количественно их значительно меньше. Давление их недостаточно, чтобы произвести внутренний гидроразрыв и высвободиться из материнского пласта.
Но они есть.
И их можно выделить, если произвести гидроразрыв искусственно. Это — углеводороды, которые извлекаются как бы при помощи «кесарева сечения». Пласты, содержащие относительно незрелое органическое вещества, залегают на гораздо меньшей глубине, чем нормальные нефтепроизводящие материнские породы.
Бывают разновидности сильно сцементированных кремнеземом или кальцитом пород. Сюда относятся и горючие сланцы. Общее у них то, что они «беременны» углеводородами, но еще не произвели их вовне. Это и есть те породы, из которых добывается сланцевый газ.
Понятно, что когда в основном будут исчерпаны запасы углеводородов, которые природа подготовила для нас естественным путем в залежах, человечество неизбежно перейдет к добыче углеводородов, искусственно выделенных из пластов, содержащих геохимически недозрелое органическое вещество.
Это есть завершающая стадия освоения человечеством углеводородных ресурсов Земли. То, что называют сланцевым газом, знаменует переход к этой стадии. Точно так же, возможно, будет добываться сланцевая нефть, то есть нефть, не аккумулированная в залежи, а извлекаемая непосредственно из породы, в которой она образовалась, но из которой не мигрировала, то есть из породы потенциально материнской, но не ставшей нефтематеринской.
Таких примеров много и сегодня. В том числе у нас в Западной Сибири — например, Салымское месторождение.
Для геологов здесь никаких тайн нет. Разговоры о сланцевой революции и о каких-то открывшихся необычайных перспективах идут от незнания науки. Это — просто завершающая часть пути, по которому человечество идет уже не первый век.
Ресурсы углеводородов в недозрелых породах не так сложно оценить. Сейчас существуют разные, иногда абсолютно преувеличенные их оценки. Необходимые сведения о геологической распространенности таких пород, их химическом составе и литологии в основном известны. Я таких оценок не делал и не хочу давать прогнозы.
Но, насколько я могу экспертно оценить ситуацию, думаю, что ресурс извлекаемых углеводородов в этих отложениях существенно меньше того, что аккумулирован в залежах. По данным американских специалистов, разведанные запасы сланцевого газа в США составляют 24 трлн куб. м, при этом извлекаемые запасы оцениваются в 3,6 трлн куб. м. Разумными являются оценки мировых ресурсов приблизительно в объеме 12 трлн куб. м. В то же время мировые запасы газа, аккумулированные в месторождениях, оцениваются в 145 трлн куб. м. В том числе запасы природного газа в России составляют 47,5 млрд куб. м.
Три особенности являются непременными характеристиками разработки месторождений на этой стадии.
Первая особенность состоит в необходимости затрат значительных мощностей и материалов для вскрытия пласта, что, конечно, существенно удорожает добычу.
Вторая особенность — низкий ресурс полезного продукта, приходящийся на единицу разрабатываемой площади. Искусственно извлекаемые углеводороды содержатся в пласте в той концентрации, которая возникла в результате их генерации in situ, в то время как в залежах скапливаются углеводороды с большой сборной площади.
Поэтому запасы углеводородов на единицу площади сланцевого месторождения будут на порядок, а то и на два порядка меньше, чем в условиях обычных месторождений, содержащих аккумулированные залежи. Если запасы крупных газовых месторождений могут составлять десятки миллиардов куб. м газа на 1 кв. км, то в случае сланцевого газа удельный ресурс газа в лучшем случае составит 0,5–10 млн куб. м на 1 км площади.
Из этого следует быстрая исчерпаемость ресурса и необходимость перемещения инфраструктуры, которая именно в случае искусственного вскрытия материнского пласта особенно дорогостояща.
Наконец, третья особенность — экологические угрозы, которые сопряжены с использованием огромных объемов химикатов, необходимых для осуществления гидроразрыва. В случае, когда пытаются вести разработку отложений, лежащих близко к поверхности, это может вообще нанести непоправимый ущерб для жизни человека на этой территории. Нужно отметить также, что в отличие от природного газа, аккумулированного в залежах, сланцевый газ имеет повышенное содержание негорючей составляющей (прежде всего СО2, иногда до 20%), что снижает его теплотворную способность.
Более того, газ, выделяемый из разных пластов (даже из каждой скважины), имеет сильно варьирующийся состав, затрудняющий удержание состава коммерческого газа в рамках некоторого стандарта.
Все это вместе взятое делает себестоимость сланцевого газа очень высокой. Она оценивается приблизительно в $150 за 1 тыс. куб. м газа. Но если взять реальные потери общества, связанные с разработкой подобных месторождений, то они на самом деле гораздо выше.
Почему же тогда американцы, которые умеют считать деньги, встали на этот путь?
Они наращивают добычу сланцевого газа, которая составила в 2010 году более 50 млрд куб. м и продолжает расти, планируя производить таким способом не менее трети общего объема газа в стране. Более того, предполагается экспорт газа в Европу из политических соображений, с тем, чтобы освободить страны Евросоюза от газовой зависимости от России.
Прежде всего, нужно отдать дань уважения этой технологически передовой нации и ее передовой науке. США — богатая ресурсами страна. Она обладала и всё еще обладает большими запасами углеводородного сырья. В течение нескольких десятков лет США были лидирующей нефтедобывающей страной в мире. Мощное промышленное развитие, сопровождавшееся добычей и потреблением собственных запасов нефти и газа, привели к серьезному истощению собственных ресурсов и к импорту углеводородов.
Неудивительно, что американцы, проводя политику импорта, поставили и всячески поддерживали научные и поисковые исследования, направленные на добычу углеводородов из нетрадиционных источников. И в конечном счете довели развитие технологии до практически реализуемых форм. С этим их нужно поздравить.
Надо сказать, что американцам сильно повезло с геологическим залеганием отложений, перспективных на сланцевый газ. Нам, правда, грех жаловаться. Нам еще больше повезло с нашими газовыми месторождениями.
В США разрабатываются отложения Barnett Shale в штате Техас, территория распространенности которых по площади превышает 13 тыс. кв. км. Пласты залегают на глубинах 0,5–2,0 км и имеют очень большую мощность, доходящую до 250 м. Площадь разрабатываемых отложений Marcellus Shale в Аппалачах еще больше: глубина залегания — 0,7–2.0 км при мощности 10–100 м.
Такое удачное сочетание условий встречается редко. Себестоимость добычи газа в подобных условиях может быть доведена до минимально низкого уровня, составляющего, по-видимому, около $100 за 1 тыс. куб. м газа. Но это особый случай. В менее крупных месторождениях, содержащих пласты меньшей мощности, себестоимость добычи составляет $150–200 за 1 тыс. куб. м и выше.
В 2013 году благодаря снижению себестоимости сланцевого газ почти до $90 за 1 тыс. куб. м цена на газ опускалась на внутреннем рынке США до $130,5 за 1 тыс. куб. м. Но это, безусловно, временное явление, связанное со сложившимися аномально благоприятными условиями добычи американского сланцевого газа и игрой на рынке.
В периоды зимних холодов реальная цена на газ подскакивала в Нью-Йорке свыше $500 и даже $1,5 тыс. за 1 тыс. куб. м.
Кстати, на нашем потребительском рынке (в Москве) цена на газ составляет приблизительно $120 за 1 тыс. куб. м. При такой себестоимости переходить к разработке пород, содержащих запечатанный газ, казалось бы, еще рано. Нормальная последовательность развития нефтегазового комплекса состоит в том, чтобы сначала исчерпать запасы аккумулированного газа, а затем переходить к извлечению труднодоступных ресурсов.
Американцы опередили время. Сегодняшний ажиотаж вокруг добычи сланцевого газа является блефом. Блеф этот, однако, рассчитанный.
Дело в том, что цена на газ в мире значительно выше стоимости его добычи. Последняя составляет менее $50 за 1 тыс. куб. м, а продается газ по цене, превышающей $300 за 1тыс. куб. м. В этих условиях сланцевый газ даже при себестоимости добычи $150–200 за 1 тыс. куб. м всё еще можно с выгодой добывать.
На самом деле время перехода к этой завершающей стадии развития нефтегазодобывающей промышленности еще не пришло. Но американцы умело пользуются создавшейся конъюнктурой. Это помогает им вести разработки у себя.
Более того, из политических соображений они пытаются навязать эти разработки европейским странам, игнорируя экологические риски, которые при этом возникают в густонаселенных районах. В юго-восточной части Украины имеются подходящие для искусственного извлечения углеводородов отложения с относительно высоким содержанием в них органического углерода.
Газ, который будет добывать Украина, может стоить ей, если не считаться с экологическими потерями, дешевле, чем газ, предлагаемый «Газпромом». Понятно, что американцы стремятся разыграть эту карту.
США в конце 1980-х годов сумели нанести тяжелый экономический удар Советскому Союзу, добившись резкого уменьшения цены на нефть в мире и торпедировав благодаря этому советский экспорт нефти. Теперь мы можем сделать то же самое в отношении США, снизив цены на газ. Не из вредности. Это — просто геополитика. При цене на газ ниже $200 за 1 тыс. куб. м набравшая обороты газосланцевая промышленность США обанкротится.
В других регионах мира она просто не сможет возникнуть. Ни о каком экспорте сланцевого газа в Европу не может быть и речи. У нас же сохранится всё еще большой ресурс снижения цены.
Вероятно, правительство США будет дотировать американских производителей сланцевого газа, чтобы решить политические задачи. Как долго и насколько успешно — это оценивать политикам и экономистам. Во всяком случае, если Россия будет удерживать цену на газ на уровне ниже себестоимости сланцевого газа, это надолго отдалит возможности конкурентоспособной добычи сланцевого газа и обеспечит нам рынок и соответствующие геополитические преимущества.
Конечно, это означает серьезное напряжение в нашем бюджете. Нужны строгие экономические расчеты с учетом всех сторон проблемы. Важно, однако, чтобы нас не сгубили жадность и недальновидность.
Сложности неизбежно наступят, только в гораздо худших условиях, если мы упустим момент.
Автор — академик РАН, директор Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН