Гидроразрыв пласта и окружающая среда: мифы и реальность.

Вопреки опасениям экологов и политиков по поводу использования технологии гидроразрыва пласта (фрэкинга) при добыче сланцевых углеводородов, в действительности она снижает воздействие добычи нефти и газа на окружающую среду за счет увеличения производительности каждой скважины, утверждает в своей статье для портала WorldOil один из ведущих экспертов американской сланцевой отрасли доктор Али Данеши, глава компании Daneshy Consultants Int’l.
В последние несколько лет в США состоялось множество публичных дебатов о воздействии гидроразрыва пласта на окружающую среду, а со стороны гражданских и политических лидеров страны неоднократно звучали призывы запретить фрэкинг ради улучшения качества окружающей среды. Насколько обоснованы и целесообразны такие меры?
Воздействие нефти и газа на окружающую среду обычно обсуждается в одном "пакете". Однако тщательное научное изучение любого предмета подразумевает, что правильный способ анализа — разделение темы на отдельные независимые составляющие. В случае с нефтью и газом такими составляющими оказываются
производство (добыча) - бурение, вскрытие пласта и подъем добываемых ресурсов на поверхность;
использование / потребление – различные виды применения углеводородов в промышленности.
Использование / потребление
Потребление нефти и газа оказывает гораздо большее влияние на окружающую среду, чем их производство. Историческая статистика показывает, что мировой спрос на нефть постоянно растет, превысив более 95 млн баррелей в сутки в 2019 году.
Общий акцент, которые делают правительства, и мнение общественности заключаются в том, что необходимо снизить потребность в нефти и газе, заменив их другими, менее вредными для окружающей среды альтернативами (солнечная, ветровая, геотермальная и ядерная энергия, а также использование электромобилей и т. д.). Эффект от подобной замены заключается в снижении доли нефти и газа в общем энергобалансе.
Но поскольку совокупная глобальная потребность в энергии непрерывно увеличивается, реальная потребность в добыче нефти и газа, согласно прогнозам, будет лишь увеличиваться в абсолютных показателях, хотя относительный вклад нефти и газа будет снижаться благодаря внедрению альтернативных источников. Однако увеличение добычи нефти и газа и в будущем останется важным источником удовлетворения потребностей в энергии.
Производство (добыча)
Теперь обратимся к экологическим аспектам добычи нефти и газа и влиянию различных ее этапов на окружающую среду. Для удовлетворения наших нынешних и будущих потребностей в нефти и газе необходимо бурение и завершение добычей определенного количества скважин. Фактическое их количество зависит от индивидуальной продуктивности конкретных скважин: чем она выше, тем меньше требуется скважин.
Таким образом, любая операция, которая увеличивает продуктивность скважин, будет уменьшать потребность в бурении большего количества скважин, а следовательно, и воздействие производственных операций на окружающую среду.
В настоящее время преобладающим методом повышения продуктивности скважин является именно гидроразрыв пласта. Фактически на подавляющем большинстве всех скважин для их запуска или увеличения добычи используются те или иные виды гидроразрыва. Иными словами, чем более эффективны операции гидроразрыва для увеличения продуктивности скважин, тем меньше потребность в бурении большего количества скважин для достижения производственных целей. Именно это и является причиной огромных финансовых и интеллектуальных усилий отрасли по повышению эффективности операций по гидроразрыву за счет уменьшения их масштаба и интенсивности для достижения необходимого увеличения добычи.
Любое повышение эффективности гидроразрыва также будет снижать общее воздействие производственных операций на окружающую среду, а следствием запрета гидроразрыва станет ограничение возможности увеличивать добычу нефти и газа. В конечном итоге, произойдет вывод из эксплуатации многих истощенных пластов, добыча из которых станет нерентабельной, что приведет к сокращению ресурсов нефти и газа, повышению цен на них, а также к необходимости в дополнительном бурении. Это также приведет к увеличению воздействия на окружающую среду и повышению цен.
Подводя итог, можно сказать, что рациональная оценка экологических последствий запрета гидроразрыва сильно отличается от той, что возникает при непосвященном или эмоциональном рассмотрении этой темы.
Новые технологии
Новым измерением в рамках широкого распространения и технической сложности гидроразрыва пласта стало расширение использования горизонтальных скважин для добычи из коллекторов со сверхнизкой проницаемостью, таких как нетрадиционные сланцевые месторождения США. Обычная практика добычи из этих пластов включает бурение длинных горизонтальных скважин, механическое разделение горизонтального сегмента на несколько изолированных участков и одновременное создание нескольких разрывов внутри каждого изолированного участка на каждом этапе закачки жидкости в пласт.
Возможность выполнять столь сложные операции появилась благодаря разработке и интеграции многих передовых механических компонентов в согласованную и функциональную систему. Без этих достижений вклад нетрадиционных нефтегазовых запасов США в потребность страны в энергии был бы совершенно незначительным.
На протяжении многих лет отрасль демонстрировала постоянный интерес к различным техническим и эксплуатационным аспектам гидроразрыва, а также внедряла множество передовых технологий. Среди них можно отметить картирование местоположения трещин гидроразрыва в пласте путем обнаружения микросейсмических сигналов, вызванных растущей трещиной, а также развертывание и обнаружение электромагнитных частиц, закачиваемых внутрь трещины. Кроме того, началось использование оптоволоконных линий внутри стволов скважин для обнаружения изменений деформации грунта и температуры, вызванных трещинообразованием; использование различных типов химических реактивов для отслеживания движения жидкости гидроразрыва в трещиноватом пласте; измерение и анализ небольших изменений давления, обнаруженных в соседних стволах скважин, вызванных приближающейся трещиной гидроразрыва.
Использование каждой из этих технологий и анализ результатов их применения нашли поддержку высококвалифицированных ученых и специалистов. Фактически о гидроразрыве пласта опубликовано больше статей, чем по любой другой теме в нефтегазовой отрасли. В рамках ряда специализированных технических конференций обсуждается постоянное развитие технологии и усовершенствование ее понимания при одновременном повышении ее эффективности.
Справедливо утверждать, что отрасль очень хорошо осведомлена о положительном влиянии гидроразрыва пласта на продуктивность пластов и поддерживает способы повышения эффективности этой технологии. К тому же почти все скважины, которые бурятся в настоящее время, требуют той или иной степени гидроразрыва, прежде чем они будут готовы к эксплуатации. Более того, без гидроразрыва некоторые из низкопроницаемых коллекторов вообще не внесли бы свой вклад в удовлетворение глобальных потребностей в энергоносителях — прежде всего это касается нетрадиционных сланцевых пластов США.
Изменения в практиках
При добыче нефти из нетрадиционных коллекторов горизонтальные скважины в основном заменили вертикальные, и это существенно сократило необходимое количество скважин. Горизонтальный участок длиной 10 тысяч футов (3 километра) на аналогичной глубине имеет общую длину скважины, пробуренной в ходе одной непрерывной операции, менее 20 тысяч футов (6 километров). Это устраняет необходимость в бурении 8-10 вертикальных скважин глубиной 10 тысяч футов каждая, которые будут иметь общую длину 80-100 тысяч футов (24-30 километров), причем для их бурения потребуется гораздо больше времени, а каждой скважине необходимо отдельное обустройство на поверхности.
Очевидно, что более короткая горизонтальная скважина будет гораздо меньшее воздействовать на окружающую среду, чем несколько вертикальных скважин, которые она заменяет. По аналогии можно оценить и экологические преимущества создания нескольких трещин в рамках одной операции в горизонтальной скважине по сравнению с несколькими установками для гидроразрыва на нескольких вертикальных скважинах.
Еще один важный момент, который следует учитывать — качество добываемой нефти: чем она легче, тем меньше ее воздействие на окружающую среду при использовании.
Из нетрадиционных пластов США добывается именно легкая нефть, при использовании которой в окружающую среду попадают менее вредные побочные продукты, чем в случае более тяжелой нефти. Запрет гидроразрыва практически остановит добычу из этих резервуаров в течение нескольких лет, что приведет к необходимости использовать более тяжелую импортную нефть с более негативным воздействием на окружающую среду.
Отрицательная реакция общества на технологию гидроразрыва, вероятно, связана с увеличением интенсивности ее применения в последнее десятилетие. Но в действительности это снизило воздействие гидроразрыва на окружающую среду при операциях по вскрытию пласта. Некоторые из горизонтальных скважин, пробуренных для добычи из нетрадиционных пластов, за время непрерывной работы осуществляют несколько сотен раз операций гидроразрыва. Концентрированное выполнение этих операций снижает их воздействие на окружающую среду на единицу добываемой продукции.
Еще одним изменением стало бурение нескольких горизонтальных скважин с одной кустовой площадки, что значительно сократило объем буровых работ. Далее в течение одного непрерывного периода проводится гидроразрыв этих скважин, и хотя все эти операции могут занять от двух до трех недель, общий чистый эффект, по сути, заключается в снижении воздействия операций на окружающую среду в пересчете на баррель добытой нефти.
Резюме
Улучшение качества окружающей среды — логичная цель, достойная всеобщей поддержки. Замена потребления нефти и газа более экологически чистыми альтернативами — шаг в правильном направлении. Но эффективность этих шагов зависит от мудрости и глубины знаний, стоящих за ними. Разумный способ решения проблем — заручиться участием и мнением компетентных экспертов по различным аспектам каждого решения и избегать принятия мер, основанных на популярных настроениях.
Поскольку нефть и газ вносят свою лепту в удовлетворение потребности в энергоносителях (хотя и играют меньшую роль), их более эффективная добыча должна быть частью общей экологической стратегии. Операции гидроразрыва повышают продуктивность пластов, сокращают потребность в бурении большого числа скважин и снижают общее воздействие производственных операций на окружающую среду, одновременно удовлетворяя текущие и будущие потребности в нефти и газе.
Запрет на использование гидроразрыва будет неразумным решением, фактически противоречащим задаче улучшения качества окружающей среды. Главным результатом этого станет отказ от добычи нефти и газа из материковых резервов США и удовлетворение потребностей страны в углеводородах за счет импорта — если, конечно, в этом и не состоит цель запрета гидроразрыва.