Авторский вариант. Впервые опубликовано в "Бизнес-журнале" №12/2013
15.12.2013

Великий Сланцевый Переворот

Из всех энергетических рынков, сложившихся к началу XXI века, наименьших сюрпризов следовало ожидать от рынка ископаемых топлив. За полтора века разведки и эксплуатации, человек нанёс на карту все существующие на Земле бассейны с углеводородами и извлёк заметную часть хранящихся в них нефти, газа и каменного угля. Поскольку пригодными для разработки считались сравнительно немногие месторождения, на горизонте уже маячил энергетический голод, когда — благодаря отчасти технологическим прорывам, отчасти экономическим факторам — стало ясно, что и теоретически «непродуктивные» природные подземные резервуары нефти и газа (так называемые горючие сланцы) тоже могут быть включены в разработку. Они-то за последние пять лет и перекроили энергетическую карту мира, пообещав с лихвой перекрыть запасы «классических» углеводородов и даже оттянуть на неопределённый срок переход к «чистой энергетике».

Согласно доминирующей (биогенной) теории, газ, нефть и каменный уголь образовались в ходе длительного многоэтапного геологического процесса. На первом этапе останки микроорганизмов скапливались на дне морей и перегнивали, образуя органическое вещество, которое принято называть «кероген». Кероген опускался на значительную глубину под землю, с одновременным ростом температуры и давления. «Перемотаем» время на 50 — 500 миллионов лет вперёд и получим готовое сырьё: в зависимости от конкретных условий (прежде всего от глубины залегания), кероген трансформировался в нефть или (при более высокой температуре и давлении) природный газ и каменный уголь. Нам, в контексте нашего разговора, важен замечательный факт: если процесс подземной переработки ещё не завершён, получится слой «недозревших» углеводородов, словно губку пропитывающий окружающие минералы. Это и есть сланцы — основа пресловутой сланцевой революции.

Вообще говоря, горючий сланец — понятие весьма размытое. Обобщая, можно сказать так: это залегающая на глубинах от сотен метров до нескольких километров мелкозернистая порода (самого различного состава, от кварцевого песка до субстанции, напоминающей обычную глину), насыщенная керогеном в различных концентрациях (от 10% в «бедных» сланцах до 50% в самых «богатых»). Формально, если извлечь кусок такой породы и поджечь его, он будет гореть, за что и получил своё название и даже употреблялся человеком в качестве топлива с древности. Однако чтобы отделить содержащиеся углеводороды от бесполезного песка, необходимо проделать дополнительную работу, после чего только и образуются сланцевая нефть (которую часто называют «искусственной», противопоставляя нефти «натуральной», обычной, которая истекает сама) или сланцевый газ.

Ажиотаж вокруг сланцевых углеводородов легко понять, если принять во внимание, во-первых, более равномерное, нежели для классических нефти и газа, распределение по планете, и во-вторых, их запасы. По последним данным мировые запасы сланцевой нефти составляют 3 триллиона баррелей, то есть в несколько раз превышают разведанные запасы нефти натуральной. Так же и запасы сланцевого газа (900 триллионов кубических метров, из которых извлекаемыми при существующих технических возможностях считаются около одной пятой) многократно превосходят доказанные запасы классического природного газа (менее 200 триллионов кубометров). Лучше того, поскольку о сланцевых резервах судят по сравнительно небольшому числу хорошо изученных районов (расположенных главным образом в развитых странах), а на остальные регионы мира цифры просто экстраполируются, то можно ждать корректировки оценок в большую сторону.

Промышленная разработка сланцевых пластов стартовала ещё в XIX веке (Шотландия, США) и была расширена в начале века XX (Эстония, Россия, Китай). Однако велась она преимущественно открытым способом (сланцы добывали наподобие каменного угля, в карьерах и шахтах), а потому так никогда и не составила значительной доли в мировой нефте- и газодобыче, в лучшие времена достигая лишь нескольких процентов. В XIX веке разработке сланцевых полей помешало открытие месторождений обычной нефти, которая фонтанировала сама, не требуя дополнительных усилий. А в XX столетии, после того как нефтяной кризис 70-х годов заставил Запад вспомнить о сланцах, «подножку» поставило внезапное падение цены на нефть, что опять-таки оттеснило сланцы на второй план. И только в последние десять лет сланцевые технологии достигли конкурентоспособности.

Добыча сланцевых углеводородов — дело весьма ресурсоёмкое как в смысле стоимости процесса, так и в смысле сложности применяемых здесь технологий. Бурение и эксплуатация одной «сланцевой» скважины легко может стоить миллионы долларов, на порядок и более превышая цену скважины для добычи классических нефти или газа. Так что не стоит ждать буквального повторения нефтяной лихорадки конца XIX века, когда скважины бурили все кому не лень: сланцы — удел большого бизнеса и лидирующие позиции здесь занимают компании из США, не скупящиеся на инвестиции в НИЧ.

К настоящему моменту в США десятками компаний разрабатываются порядка полдюжины крупных сланцевых залежей и прогноз на добычу непрерывно увеличивается, обещая, что уже в ближайшие два десятилетия Соединённые Штаты смогут сами покрыть свои потребности в нефти, а попутно и обвалить мировые цены на неё. Но кроме США есть ещё Израиль (где нефть не добывали вовсе, но собираются, поскольку, как выяснилось, запасы сланцевой нефти превышают запасы обычной нефти Саудовской Аравии), Китай (владеющий значительными разведанными и предположительно огромными ожидающими обнаружения запасами горючих сланцев), европейские страны. Россия тоже сланцами не обделена, но как и большинство других потенциальных участников этого рынка, их не разрабатывает, в том числе по причине отсутствия необходимых технологий.

Но если для сланцевой нефти революция только намечается, для сланцевого газа она уже произошла — по крайней мере в США. В начале нулевых сланцевый газ давал Америке всего один процент от суммарной газодобычи, в 2010 уже одну пятую, и объёмы непрерывно растут и будут расти по прогнозам минимум ещё два десятилетия. При этом цена на природный газ — благодаря сланцам — в США уже опустилась более чем в три раза, примерно к 100 долларам за тысячу кубометров, что в разы дешевле европейских цен и сравнимо с ценой на газ в России. Следующим этапом должен стать экспорт сжиженного американского газа в Европу, что обвалит цены и здесь. Совокупно (считая нефть и газ) Соединённые Штаты уже превзошли или до конца текущего года превзойдут Россию в роли крупнейшего мирового добытчика углеводородов. Но давайте же посмотрим, как эта добыча осуществляется.

Фрекинг, ретортинг и прочие

Специалисты предпочитают разделять сланцевые ресурсы на разведанные и извлекаемые, что обусловлено сравнительной сложностью их разработки. Если месторождение классических нефти или газа достаточно «проткнуть» вертикально направленным буром, после чего успевать закачивать бьющий фонтан в цистерны, с горючими сланцами этот номер не пройдёт. «Недозревшие» углеводороды сами на поверхность не двинутся: их концентрация мала и они связаны с сопутствующей породой. Так что теоретически из тонны нефтеносного сланца можно получить 200 литров нефти (нефть слегка легче воды), на практике же результат сильно зависит от множества слабопредсказуемых обстоятельств.

Исторически первым способом добычи горючих сланцев был открытый — в карьерах и шахтах. Он применяется и поныне с некоторыми дополнениями, но уступил место двум более совершенным технологиям. И прежде всего горизонтальному бурению с последующим гидроразрывом пласта.

Горизонтальное бурение — при котором скважина, начиная с некоторой глубины, направлена не отвесно вниз, а под острым углом к горизонту или вообще горизонтально — изобрели в США ещё в 30-х годах прошлого века, но довели до коммерчески пригодного состояния только к 80-м (благодаря прорывам в технологиях бурения и мониторинга скважин), а действительно рентабельной оно стало и вовсе лишь в нулевые. Необходимость бурить горизонтально обусловлена простым фактом: сланцы насыщены углеводородами сравнительно слабо и, чтобы добиться приемлемой производительности скважины, её необходимо стлать вдоль сланцевого пласт.

Но и самой по себе скважины ещё недостаточно для извлечения сланцевых углеводородов. Сланцы — плотная и весьма слабопроницаемая порода, так что их полезно пронизать сетью трещин, пробив таким образом путь нефти или газу. Это делают с помощью гидроразрыва пласта (он же фрекинг — от англ. Hydraulic fracturing), который тоже был и изобретён сравнительно давно (1947), но до начала XXI века применялся преимущественно лишь для повышения производительности скважин на обычных месторождениях. Идея простая: в готовую скважину закачивается большой объём жидкости (обычно воды с растворёнными в ней химически активными добавками и подмешанным песком), после чего давление, создаваемое водой, образует вдоль скважины сеть трещин-протоков, которые ускоряют отделение углеводородов. Обычно гидроразрыв перемежают с бурением: к моменту окончания работ скважина может достигать нескольких километров в длину и на ней бывает проведено несколько десятков этапов (стадий) гидроразрыва.

Горизонтальное бурение и фрекинг применяются для разработки сланцевых пластов, отдающих углеводороды сравнительно легко, то есть, преимущественно, газовых. Нефтяные сланцы разрабатываются иначе. Здесь первую скрипку играет так называемый ретортинг, то есть ускоренное «дозревание» сырья в специальном резервуаре (реторте, откуда и название). В случае карьерной добычи, предварительно измельчённый сланец подаётся в промышленный конвертер, где подвергается нагреву без кислорода: испарившиеся углеводороды конденсируются и могут быть направлены на традиционную нефтепереработку. Выход нефти здесь сравнительно высок, а энергозатраты невелики, поскольку процесс в значительной степени обслуживает себя сам: энергию на его проведение даёт сам сланец.

Однако наиболее перспективным считается ретортинг «на месте» (in situ conversion process, ICP), то есть преобразование керогена в нефть прямо под землёй, в сланцевых пластах на километровых глубинах. Разрабатываемые в настоящее время несколькими компаниями такие технологии слегка отличаются друг от друга, но суть одна. В сланцевый пласт закачивается какой-либо теплоноситель (природный газ, электролит и т.п.), нагревающий породу до высокой температуры (200 градусов Цельсия) и запускающий тем самым процесс преобразования углеводородов. Это медленное и весьма труднопредсказуемое дело, отнимающее порой до четырёх лет. Тем не менее ICP предпочтительней экономически, поскольку происходящая внутри пласта работа удешевляет последующую переработку на заводе, а поверхностные разрушения минимальны.

Ложка дёгтя в барреле нефти

Лидером в разработке горючих сланцев с помощью современных технологий на данный момент являются США. Именно им довелось выяснить и главные преимущества и основные недостатки «сланцевой энергетики». Хорошо то, что сланцев много и географически они распределены сравнительно равномерно, что снижает затраты на транспортировку готового продукта. Плохо, что сланцы — порода капризная: проницаемость слабая, деформируется легко. Если, к примеру, на обычном газовом месторождении скважина способна работать со стабильной отдачей десятилетие, сланцевая сильно сдаёт в производительности уже в первые год-два (к счастью, не до нуля, так что эксплуатироваться всё-таки может в десять раз дольше). В результате с самого начала сланцевое месторождение требует бурения большего числа скважин и (для поддержания объёмов добычи) постоянного ввода в эксплуатацию новых.

«Новички», которые, как ожидается, присоединятся к сланцевой гонке в ближайшие годы — а это прежде всего Китай, страны Южной Америки и Европы, а также Россия — естественно, столкнутся с теми же трудностями. И скорее всего закрепят американский приоритет, потому что будут импортировать технологии: для разработки собственных нужен экономический стимул в виде высоких цен на нефть и газ, а он будет либо нивелирован экспортом из США (для Европы), либо (в случае России, владеющей огромными ресурсами обычных углеводородов) напротив расслабит бизнес и правительство.

Впрочем, даже американцам рано почивать на лаврах. Учитывая, что современные (в смысле, конкурентоспособные) технологии добычи сланцевых углеводородов существуют в лучшем случае десять лет, неудивительно, что имеется целый ряд сопутствующих специфических проблем, которые ещё только предстоит решить. Скажем, химический состав сланцевой нефти заметно отличается от нефти обычной: в сланцах больше азота, серы, иной ассортимент углеводородных конструкций. Это требует отличных методов при переработке и способно ограничить применение сланцевых углеводородов для современных «экологичных» автомобильных топлив.

Ещё хуже огромная потребность в воде. Для добычи одного барреля сланцевой нефти требуется подчас семикратно больший объём воды. Именно этот фактор остаётся, пожалуй, главным препятствием на пути к разработке горючих сланцев даже в развитых странах. К примеру, Иорданию сланцы способны в два года сделать крупным экспортёром нефти, но взамен страна получит недопустимый дефицит воды, которой там и без того мало. По той же причине, как считается, пока воздерживается от масштабной разработки своих сланцевых залежей Китай — где вода критически важна для сельского хозяйства и тоже уже в дефиците. Решить проблему надеется Израиль, продвинувшийся в разработке новаторских ICP-методов, не только не нуждающихся в воде, но даже производящих её. Считается, что безводные сланцевые технологии — если они будут разработаны — обеспечат рывок в добыче сланцевой нефти по всему миру и собьют её себестоимость ниже 40 долларов за баррель.

Другая большая проблема — значительные затраты энергии на разработку сланцевых пластов. Здесь используется показатель EROEI (он же EROI) — удельной энергетической эффективности производства энергоресурсов, упрощённо говоря, показывающий, сколько единиц условной энергии можно получить на затраченную единицу. В середине нулевых, на ранних этапах сланцевой нефтедобычи, этот показатель был близок к 2, что формально не является нерентабельным, но фактически делает такую добычу абсолютно непривлекательной для бизнеса. Сравните: среднестатистический EROEI для классической нефти превышает 30, а гидроэнергетика даёт все 100. Сегодня, из-за экспериментальной натуры большинства сланцевых технологий, EROEI для сланцев по-прежнему невысок: для нефти это около 5 единиц. Отдельные эксперты, впрочем, настаивают на возможности увеличения этой цифры до уровней сопоставимых и даже превосходящих обычную нефть и газ (которые, кстати, падают: свежие оценки для США дают всего 11 единиц). И даже специалистам встать на чью-то сторону трудно из-за большой неопределённости, сохраняющейся пока в оценках производительности сланцевых месторождений.

Наконец, технологии разработки сланцев сопряжены с риском загрязнения поверхностных и грунтовых вод нефтепродуктами, метаном и технологическими жидкостями, а атмосферы — угарным газом. С последним проще, его можно использовать в процессе добычи, а потом уловить. С остающимися на поверхности химреагентами и прочими отходами тоже можно разобраться: накапливая и утилизируя. Чтобы нивелировать же риск загрязнения грунтовых вод, сланцевые пионеры предлагают весьма нетривиальные методы. Так Shell разработала технологию ограждения зоны добычи замораживающими скважинами, а Chevron бурит вокруг разрабатываемого участка большое число скважин для откачки воды. В теории, риск просачивания нефтепродуктов в (проходящий значительно выше) водоносный горизонт ничтожен, но периодически случающиеся аварии с выбросами и детонацией газа, жидкостей, не позволяют успокоиться и сформировали для фрекинга негативный имидж.

Если сланцы развивают, значит это кому-то нужно

Остаются и риски, которые не компенсируешь при всём желании, в частности, сейсмический. Гидроразрыв сланцевых пластов предполагает разрушение целостности недр, что неизбежно приводит к слабым землетрясениям. Магнитуда таких подземных толчков чрезвычайно мала (они едва регистрируются сейсмометрами), но есть основания предполагать, что за масштабным разрушением недр однажды последуют и значительные разрушения на поверхности. Вопрос этот сложный и точку в споре ставить рано. В некоторых странах именно он сдерживает начало сланцевых разработок — такова, к примеру, Великобритания, где мораторий на применение соответствующих технологий истекает лишь в следующем году.

Несмотря на массу неясностей, западные эксперты настроены оптимистично по отношению к сланцевой нефти и умеренно оптимистично к сланцевому газу. Согласно их прогнозам, сланцевая нефть в ближайшее десятилетие окажет неизбежное влияние на мировой рынок и споры идут лишь вокруг того, собьют ли сланцы цену сильно или очень сильно. Сланцевый газ займёт от трети до половины добычи в США, заметное место в газодобыче Китая и, возможно, распространится на Европу, где тоже обнаружены значительные его запасы.

Пессимистами остаются главным образом стороны, владеющие значительными запасами классических углеводородов: Россия, Саудовская Аравия. Мнение экспертов здесь можно свести к следующему: сланцевый рынок «дутый», для поддержания роста добычи существующими темпами необходим постоянный ввод значительного числа новых дорогостоящих скважин, так что пик сланцевой добычи в США будет выбран уже до конца десятилетия и в отдалённой перспективе влияния на мировой рынок не окажет. Сюда же следует отнести и граничащее с конспирологией мнение, что сланцевый газ в США сильно и разнообразно — от прямых субсидий до налоговых льгот — субсидируется государством, за счёт чего и подешевел до рекордных отметок. Подтверждения найти трудно, но идея не лишена здравого смысла: природный газ сегодня — политическое оружие, позволяющее России влиять, в частности, на Украину и европейских партнёров. А те, в ближайшие пару лет, уже готовятся принять сжиженный сланцевый газ из США.

К счастью, даже без грязных политических игр, в сланцевой индустрии есть на что посмотреть. Согласно самым свежим официальным данным, добыча сланцевых нефти и газа в США не просто растёт с рекордной скоростью, но и, что особенно важно, растёт прежде всего благодаря росту эффективности бурения и повышенной производительности вводимых в строй новых скважин. Иначе говоря, мы наблюдаем не экстенсивный (тупым наращиванием количества скважин), а качественный прогресс. И это даёт надежду, что мировая сланцевая революция всё-таки состоится. А уж выиграем от неё лично мы или проиграем, тема для отдельного разговора.


сланцы,нефть,энергетика,топливо,углеводороды,сланцевая_нефть,сланцевый_газ,фрекинг,кероген




Евгений Золотов, 1999-2018. Личный архив. Некоторые права защищены