Нетрадиционные запасы: разбираемся в терминах и ищем перспективы
Традиционно нефть и газ содержатся в геологических ловушках — коллекторах. При должном развитии технологий определить местоположение и подсчитать запасы углеводородов несложно. Однако соединения углеводородов, причём пригодные и для промышленного освоения, встречаются не только в таком виде.
Что такое нетрадиционные запасы углеводородов, каковы их особенности и перспективы промышленной отработки, портал nprom.online разбирался вместе с экспертом Российского газового общества Антоном Соколовым.
Что такое нетрадиционные запасы нефти и газа?
Самый известный вид нетрадиционных запасов нефти и газа — сланцы. Нефть содержится также в низкопроницаемых коллекторах и битуминозных песках. Газ можно извлекать из угольных пластов и газовых гидратов. Часто к нетрадиционным запасам относят и высоковязкую нефть.
Но единой классификации, которая бы относила те или иные источники углеводородов к нетрадиционным, тоже нет, говорит Антон Соколов. Сложности есть и с подсчётом запасов: специалисты представляют, что нефть и газ в них есть, но необходимы новые методики, чтобы оценить их объёмы.
Антон Соколов, эксперт Российского газового общества:
«Разработка отдельных категорий нетрадиционных источников углеводородного сырья дополнительно осложнена тем, что понятия и подходы традиционной нефтегазовой геологии не подходят для поиска залежей и подсчёта запасов. Можем ли мы вообще говорить о залежах применительно к сланцевым формациям, например, или связанному в угольных отложениях метану? К сожалению, подсчитать объём геологических, тем более извлекаемых, запасов в случае с нетрадиционными источниками не всегда возможно, поскольку привычные понятия нефтегазовой геологии типа „коллектор“ или „пористость“ к ним просто-напросто неприменимы».
В России один из самых изученных видов запасов — нефть баженовской свиты. Добыча такой нефти из низкопроницаемых пластов уже ведётся, но определить объёмы всей нефти в бажене до сих пор не могут.
«Необходимы новые методики, как, например, подготовленные Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых методические рекомендации по подсчёту запасов нефти в баженовской свите. Устоявшаяся в отрасли точка зрения на объём потенциальных запасов при этом такова: он многократно, иногда, как в случае со сверхтяжёлой нефтью и природными битумами, на порядки, превышает объём доступных нам традиционных нефти и газа», — продолжает Антон Соколов.
Сланцевые нефть и газ
Сланцевые нефть и газ — это углеводороды, которые содержатся в сланцевых породах. Главной особенностью является слоистое расположение входящих в их состав минералов. Газ сланцевых пород — это преимущественно метан.
Традиционные запасы углеводородов находятся в ловушках — это такой „сэндвич“, состоящий из пористого коллектора, нефтематеринской породы внизу и непроницаемой покрышки (например, это может быть соль или глина). В традиционном коллекторе пор много, они крупные, хорошо сообщаются между собой, поэтому при вскрытии такого коллектора скважиной и снижении давления ниже того уровня, что есть в пласте, нефть и газ начинают поступать в скважину. Традиционный коллектор — это превратившийся в камень спрессованный песок с каким-либо связывающим его цементом. Самая простая аналогия — губка для мытья посуды или бисквитный торт, разъясняет Антон Соколов.
«Нетрадиционный „коллектор“ — это же в исходном состоянии глина, т. е. состоит она из отдельных чешуек; когда глина превращается в сланцевую породу, это строение сохраняется (как и у традиционного песчаника). Если проводить аналогию с тортами, это уже „Наполеон“: нет единого порового пространства, а есть отдельные пустоты между слоями, которые не связаны друг с другом. Соответственно, при бурении скважины можно получить как фонтанирующий приток, так и „сухую“ скважину, причём расстояние между ними может не превышать и сотни метров», — рассказывает эксперт.
Из таких нетрадиционных коллекторов и добывают сланцевые нефть и газ.
Извлечь их помогает гидроразрыв пласта (ГРП). В пласт под давлением закачивают жидкость, которая создаёт трещины, и через них нефть и газ поступают в скважину.
«Чтобы гидроразрыв прошёл успешно, порода должна быть как можно более хрупкой: трещины создаются легче, и удерживать их открытыми проще. Бажен, в отличие от североамериканских сланцевых формаций, обладает бóльшей пластичностью и меньшей хрупкостью, поэтому американский подход к подбору материалов для проведения ГРП, таких как жидкость разрыва (которая превращается в гель для более эффективного разрыва породы), пропант (иногда используют и песок, но чаще — искусственные пропанты для закрепления трещин), брейкер (агент, который разрушает гель, чтобы его можно было удалить из скважины), для бажена не подходит: трещины будут смыкаться», — объясняет Антон Соколов.
Впрочем, сложное геологическое строение не мешает добывать сланцевые нефть и газ. По данным «Газпрома», сланцевый газ извлекают в США, Китае, Аргентине и Канаде. В России его запасы тоже имеются, но добыча достаточно дорогая, и при наличии больших ресурсов традиционного газа разработка сланцевого «Газпрому» не интересна.
Сланцевая нефть есть в США, Китае, Аргентине, Австралии и Ливии. В нашей стране к сланцевой нефти часто причисляют нефть баженовской или ачимовской свит, хотя со сланцами их объединяет скорее использование ГРП, чем геологические особенности. Нефть баженовской свиты добывают «Газпром нефть», «Сургутнефтегаз» и «Лукойл».
Впрочем, проблема разработки подобных запасов кроется не только в дорогих методах. Универсальных решений, которые полностью подошли бы «сланцевым» углеводородам, не существует, подчёркивает Антон Соколов.
Газогидраты
Газовые гидраты — это образования, внутри которых заключён газ. Они образуются там, где есть вода и газ, низкие температуры и повышенное давление. Газовый гидрат объёмом всего 1 см³ может содержать до 160–170 см³ газа — объём колоссальный.
Эти образования, похожие на спрессованный снег, распространены на шельфах морей и в зоне вечной мерзлоты.
В России единственное газогидратное месторождение, где ведётся добыча из газовых гидратов, — Мессояхское. Его разработка началась в 1969 году, и в процессе обнаружилось, что дебиты скважин повышаются. Причиной оказалось разложение газовых гидратов.
С одной стороны, это значительно увеличивает сроки разработки месторождений и запасы (только в России, по данным компании «Газпром ВНИИГАЗ», запасы гидратов оцениваются в 472 трлн м³), с другой — никто до сих пор не знает, как безопасно добывать газ из гидратов, поэтому они рассматриваются скорее как осложнение при бурении.
«Газогидраты пока воспринимаются по большей части как одно из многочисленных осложнений при бурении или транспортировке, а не как потенциальный источник энергии: эффективных технологий добычи за 50 лет, прошедших с открытия (причём, что интересно, по косвенным показателям) первых природных залежей гидратов на Мессояхском месторождении, так и не появилось», — рассказывает Антон Соколов.
Бурение в области газовых гидратов грозит газопроявлением и нередко последующим пожаром. Ранее такие случаи в зоне вечной мерзлоты связывали с ошибками в расчётах и неверными сведениями разведочного бурения. Теперь же ясно, что причиной являются газовые гидраты.
Впрочем, мир не оставляет попыток добывать газ из гидратов. Такими технологиями, например, интересуется Япония. В 2017 году компании JOGMEG даже удалось получить первую партию «гидратного» газа.
Газ угольных пластов
Газ угольных пластов — это метан, который содержится в угле (преимущественно не в свободном состоянии, а в сорбированном). Только в России ресурсы этого газа в угольных бассейнах оцениваются в 83,7 трлн м³ (данные «Газпрома»).
Не каждый уголь подходит для добычи. Например, длиннопламенный бурый уголь бесперспективен в плане промышленной добычи из-за низкого содержания метана. Антрацит богат газом, но низкая проницаемость не даёт его извлечь.
«Стóит сказать, что добыча метана угольных пластов чем-то напоминает разработку карбонатных коллекторов: и карбонатные, и угольные пласты обладают так называемой двойной пористостью. Это значит, что в них есть зоны с высокой проницаемостью (её ёще называют вторичной), например природные трещины, низкой или вообще отсутствующей (называемой матричной), которые охватывают основной объём коллектора. Добыча из зон вторичной проницаемости, как правило, не вызывает затруднений, но и объём доступных для извлечения запасов крайне невелик. Основной объём содержится в матрице, которая требует проведения дополнительных операций для того, чтобы можно было использовать её потенциал. В карбонатах, например, проводятся кислотные ГРП и обработки призабойной зоны для улучшения фильтрации. В угольных пластах необходимо каким-то образом вызывать десорбцию газа. Обычно этого добиваются понижением уровня подземных вод (т. е. просто откачивают воду насосами), что приводит к снижению давления и выходу метана», — разъясняет Антон Соколов.
Газ из угольных пластов можно добывать «традиционным» для газовиков скважинным способом или использовать специальное оборудование для дегазации шахт.
Такой газ добывают в США, Австралии, Канаде и Китае. В России добычу, пока всё ещё в опытно-промышленном режиме, ведёт в Кемеровской области компания «Газпром добыча Кузнецк». У неё два промысла: на Талдинском и Нарыкско-Осташкинском месторождениях. Но проект тормозит высокая себестоимость: добывать метан из угольных пластов примерно в 1,5 раза дороже, чем традиционным способом.
Снизить себестоимость помогла бы предварительная дегазация шахт, но угольщики пока предпочитают другие методы обеспечения безопасности.
Тяжёлая нефть
К нетрадиционным видам нефти, помимо сланцевой, относят нефть в коллекторах с низкой проницаемостью, сверхвязкую нефть и битуминозные пески.
Коллекторы с низкой проницаемостью (меньше 1 миллидарси) часто причисляют к сланцевой нефти, хотя на самом деле она таковой не является. В США её называют tight oil, LTO, shale oil и считают её отличительной чертой ещё и низкую плотность. Кроме того, такая нефть, как правило, находится в материнской породе или мигрирует в пласты с низкой проницаемостью. Типичный пример в России — баженовская свита.
«В бажене содержится лёгкая нефть, но, помимо нефти, там есть ещё и кероген, т. е. „незрелая нефть“, или рассеянное органическое вещество. Оно представляет собой твёрдое тело, которое под воздействием давления и температуры и превращается в нефть или газ. На его преобразование в нефть в пластовых условиях направлены различные экспериментальные методы добычи типа термогазового воздействия», — рассказывает Антон Соколов.
Сверхвязкой считается нефть, отличающаяся высокой плотностью и вязкостью и имеющая в своём составе масла, смолы, серу и асфальтены.
Битуминозные пески — это битумы с высокой примесью песка, глины и воды с высокой плотностью и вязкостью.
Все эти виды нефти отличают от традиционной сложности с извлечением из недр. Просто скважины и насоса здесь недостаточно — нужны дополнительные способы, чтобы получить приток. В отдельных случаях скважины вообще не походят — нефть добывают, как руду, рассказывает Антон Соколов.
«Низкая подвижность самóй нефти в пласте — это случай сверхвязкой или сверхтяжёлой нефти, разработка которой ведётся не только традиционными (пусть и с оговорками) скважинными методами, но и с применением технологий горнодобывающей промышленности, например открытым способом», — разъясняет эксперт.
Пример добычи нефти в шахте есть и в России: таким образом углеводороды добывают на Ярегском месторождении (Коми). Перед тем как они будут извлечены, пласты обрабатывают паром. На Лыаельской площади используют технологию встречного термогравитационного дренирования пласта, при котором через отдельную скважину в пласт нагнетают пар, затем разжижают нефть и выкачивают её через вторую, добывающую, скважину.
Месторождения сверхвязкой нефти разрабатывают и в Татарстане. Там тоже чаще всего используют паротепловое воздействие и различные реагенты, чтобы увеличить подвижность углеводородов.
Добыча сверхвязкой нефти сопряжена со значительными затратами и с высокой экологической нагрузкой, говорит Антон Соколов. Впрочем, с развитием альтернативных источников энергии эти проблемы, возможно, удастся решить.
«В условиях ужесточения климатической повестки и активной реализации процессов очередного энергоперехода высокий углеродный след, безусловно, ахиллесова пята этого вида нетрадиционных источников. Он же при этом даёт надежду на появление синергетических способов разработки подобных запасов. Так, энергия солнечного излучения уже более 20 лет используется в пилотных проектах в качестве резервного механизма для получения пара. Эти технологии не стоят на месте. Появляются проекты, нацеленные на преодоление главного ограничения гелиоэнергетики — невозможности использовать энергию солнца в ночное время», — высказал мнение Антон Соколов.
