Мне всегда интересно читать темы, где обсуждают нефтяную отрасль. Больше всего меня забавляет в таких темах упование на некие высокие технологии по добыче, которые развиваются, и, в конце концов, это приведет к тому, что сланцевая нефть и газ станут дешевле традиционных.
Самое смешное, что эти мантры я слышу уже второй десяток лет, и риторика с тех пор мало поменялась. Хотя если бы все шло по их плану - то нефть должна стоить долларов по 7 за баррель, как это было году эдак в 1985-м. Но такого нет и не будет.
Глупо отрицать роль технологий в развитии любых производственных процессов. Если бы они не развивались - то люди до сих пор гонялись за мамонтами с каменными топорами и копьями.
Но можно не соображать ничего в технологиях, и при понимать, что технологии, какими бы супер-пупер не были, не могут нарушить базовых физических законов. Тем и хороша физика - ее законы работают независимо от того, верит в них человек или нет. И именно с помощью физики можно описать любую технологию, найти ее предел.
Давайте теперь подробнее поговорим о физике и технологии. Добыча любого ресурса начинается с наиболее доступных залежей. Есть у нас в окрестностях Туембетский рудник. Ну как рудник, это сильно сказано, по сути дырка в земле, которая ведет в небольшую полость
Ничем не примечательное место, если не знать, что именно в этом руднике добывали медную руду и сразу переплавляли ее еще в бронзовом веке.
То есть, наши пра-пра-предки нашли выходы малахитовой руды на поверхность земли и начали из нее получать столь нужную им бронзу. При этом залежей руды много, но люди тех времен не имели технологий для ее добычи.
И только по мере развития технологий они перешли к разработкам более глубоких месторождений, сначала в штольнях, а потом уже в карьерах и шахтах. При этом затраты энергии и времени на их добычу требовалось в разы больше, чем на Туембетском руднике. То есть, можно понять вывести закономерность:
Новые технологии, которые используются при разработке полезных ископаемых, позволяют разрабатывать ранее недоступные месторождения, но при этом энергозатраты, трудозатраты и себестоимость будут выше, чем разработке предыдущих, более доступных
То есть если сравнить добычу на Туембетском руднике и шахты Гайского ГОКа с глубины 1075 метров, то добыча в Гае будет технологичнее, но гораздо более затратной, энерго- и трудоемкой, нежели на Туембетском руднике.
Углеводороды не являются исключением. Первые разработки были примитивны до ужаса: копай яму поглубже, и нефть сама ударит фонтаном. Технологичность околонулевая, затраты энергии и денег смехотворны. И сравните с добычей с глубины хотя бы 100 метров, там уже колодец не выкопать, надо бурить шахту, а это технология уже другого уклада, и доставать ее с такой глубины более трудо- и энергозатратно.
Теперь перейдем к т. н. сланцевой нефти и газу, может ли добыча в них быть более дешева, чем из месторождений традиционной нефти и газа. Делаю сразу спойлер - нет. И никакие технологии не смогут сделать это, потому что это не позволит сделать физика.
Но сначала немного матчасти. Нефть и газ в пластовых условиях скапливаются при благоприятных обстоятельствах в особом типе пород, которые называют коллекторами. Их особенность - это пористая структура, которая позволяет задерживаться в ней нефти и/или газу. Она удерживается в порах благодаря адгезии, капиллярным силам и силе трения.
При этом поры бывают разного размера. Именно размер пор отвечает за крайне важный в геологии показатель - проницаемость. Чем крупнее поры - тем выше и проницаемость.
Можно взять за пример обычную банную губку и кирпич. И губка, и кирпич гигроскопичны, последний тоже прекрасно впитывает воду. Но вот если вытащить губку из воды и встряхнуть - то из нее ручьем польется вода, а из кирпича максимум упадет несколько капель. Потому что поры кирпича очень малы, и силы, удерживающие жидкость, не позволяют так легко пропустить жидкость.
Единица измерения проницаемости пород - Дарси. Но показатель это велик, поэтому чаще всего оперируют тысячными долями - миллидарси (мд). Высокопроницаемые породы имеют показатель проницаемости выше 500 мд, а низкопроницаемые породы – менее 10 мд, зачастую даже десятые, а то и сотые доли миллидарси. Чем выше размер пор - тем более проницаема горная порода.
Нефть и газ из пластов с хорошей проницаемостью называют традиционными (conventional).
Не совсем удачное название, как по мне, но так сложилось исторически. Под этим понимают нефть и газ, которые добывают посредством простого бурения скважины с последующим выкачиванием (в случае с нефтью, газ идет сам из-за большей текучести).
Нетрадиционная (unconventional) нефть и газ добывают способами иными, которые отличаются от традиционных.
И это не обязательно т. н. сланцевый газ и нефть, это может быть метановый газ, битум и битумные пески, газогидраты и так далее. Но нас в контексте данной статьи интересуют только т. н. сланцевая нефть и газ.
Не надо думать, что это некая особая нефть или газ. Это самая обычная нефть и газ, как и из традиционных коллекторов.
Потому что и нефть, и газ не имеют однородный состав и сильно разняться в зависимости от месторождения. А страшилки про плохой сланцевый газ берут корни из времен отрицания сланцевой революции, да и то на основании месторождения Антрим, где добываемый газ имеет целых 33% неуглеводородных примесей. Но сам газ, судя по всему, имеет биогенное происхождение, он продуцируется бактериями, разлагающими органику, а не образовался в результаты абиогенного синтеза.
Из этой таблицы хорошо видно, что, все крупные сланцевые месторождения имеют минимальное количество неуглеводородных примесей (0-5%), углеводороды составляют долю 95-100%. Содержание гомологов метана составляет обычные 0-18%. А сланцевая нефть, зачастую, по качеству может быть лучше и дороже, чем традиционная. Та же техасская WTI легка и почти не содержит серы, а арланская традиционна нефть имеет ее порядка 3% и более плотная
Антрим - это, наверно, часть ответа, почему сланцевый газ получил свою репутацию. Ведь в начале этого тысячелетия на Антриме добывали четверть всего сланцевого газа, но с тех пор его доля снизилась до долей процента, и "плохой" сланцевый газ с множеством бесполезных и вредных примесей, исчез
Сланцевая нефть и газ - это нефть и газ, полученные из низкопроницаемых коллекторов
Их особенностью является то, что они практически неподвижны в пластовых условиях. То есть если пробурить скважину в таком пласте - то будут совсем небольшие выходы нефти и газа, которые вскоре прекратятся. И спущенный насос в скважину ничего не даст - приток нефти к забою будет минимальный.
Поэтому традиционная добыча из пробуренной скважины будет неэффективна, надо серьезно потрудиться, чтобы буквально выжать ее из породы. Чтобы это сделать - надо увеличить площадь фильтрации, это можно легко понять из формулы Дарси. Но я не буду усложнять материал, простой пример - за секунду времени с квадратного сантиметра площади вытекает 1 кубический сантиметр жидкости (проницаемость в один Дарси). Если площадь будет в сто квадратных сантиметров - то за секунду уже будет вытекать 100 кубических сантиметров жидкости и так далее.
Чем больше площадь фильтрации - тем больше приток жидкости
Как же ее увеличить? Это удалось путем суммирования двух технологий. Первая - это горизонтальное бурение. Оно позволяет вести ствол скважины вдоль пласта на сотни метров, а то и тысячи, что уже увеличивает площадь фильтрации.
А вторая - это ГРП (гидроразрыв пласта). Суть ее заключается в том, что в некоторых участках ствола скважины благодаря огромному давлению нагнетаемой жидкости создают сеть трещин в продуктивном пласте. Чтобы они не схлопнулись, их забивают расклинивающим керамическим гранулятом- проппантом.
Стенки образовавшихся трещин также в тысячи раз увеличивают площадь фильтрации. Зачастую скважину делают многозабойной, то есть от основного ствола отходят дополнительные боковые. Формируется структура, которая напоминает позвоночник рыбы, поэтому в англоязычной литературе получила название Fishbone
Благодаря этим манипуляциям нефть и/или газ может в более-менее нужном количестве притекать к забою, откуда ее можно поднимать глубинным насосом, а газ поднимается сам.
При этом даже после таких сложных действий скважины быстро истощаются, дебит (продуктивность) скважины снижается, и снова приходится бурить новый горизонтальный ствол в другом азимутальном направлении, делать новые операции ГРП, чтобы добиться притока жидкости и газа.
Кроме того, сетка разбуривания месторождений сланцевой нефти будет гораздо гуще, чем сетка разбуривания месторождений традиционной нефти. Сравните две фотографии со спутника, на одной фотография участка Сорочинск-Никольского месторождения рядом с городом Сорочинск Оренбургской области. А другая сделала у грода Одесса, но не украинского, а штата Техас, разницу трудно не заметить и понять, где добывают обычную нефть, а где сланцевую
Как видим, получить сланцевую нефть и газ гораздо сложнее, энергозатратнее, трудозатратнее и технологичнее
Естественно, что и дороже в сравнении с традиционной нефтью и газом, когда для начала притока углеводородов достаточно пробурить скважину, входящую в продуктивный пласт.
Да, технологии не стоят на месте, они совершенствуются, но базовые принципы физики они нарушить не могут. Поэтому нефть с условного Самотлора при любом раскладе будет дешевле нефти из Пермского бассейна.
Не говоря уж о том, что сейчас цена нефти привязана к доллару, имеет чисто спекулятивную природу и мало отражает реальную стоимость затрат на ее добычу. Гораздо логичнее было бы использовать иные эталоны стоимости. Например то же золото.
Но есть универсальный индикатор, по которому косвенно можно вычислить реальные затраты на добычу нефти, газа или любого иного энергоносителя
Он называется EROEI - (energy returned on energy invested) - соотношение полученной энергии к затраченной или энергорентабельность. То есть, например, для получения одного килограмма условного энергоносителя, требуется затратить один мегаджоуль энергии. Потом энергоноситель сожгли или другим способом получили из него 10 мегаджоулей энергии. Значит EROEI = Всего энергии получено / Энергии затрачено = 10/1 = 10.
Именно по этому индикатору можно гораздо точнее понять реальную стоимость того или иного энергоносителя. Он имеет разное значение в зависимости от технологии подсчета, но в целом отражает реальность. Например у каменного угля EROEI составляет 80, а то 100 в зависимости от месторождения и типа разработки, у атомной энергетики 50-75, битумные пески - всего 3 и так далее.
Чем выше EROEI - тем ниже стоимость энергоносителя и он экономически выгоднее
Теперь посмотрим интересный график, взятый из исследования "Новая долгосрочная оценка окупаемости инвестиций в энергетику (EROI) для разведки и добычи нефти и газа в США" (A New Long Term Assessment of Energy Return on Investment (EROI) for U.S. Oil and Gas Discovery and Production). Это американские исследования EROEI в нефтегазовом секторе США + дополненные расчетами отечественных специалистов.
Как видим, максимальным, около 25, он был в период 40-50 годов, когда добыча производилась из доступных месторождений традиционной нефти. По мере их истощения началось закономерное падение, которое затем уходит в пике. Легкодоступные месторождения традиционной нефти истощились, происходит их доработка, что автоматически приводит к росту энергозатрат.
Кроме того, американские нефтяники пытаются бурить перспективные сланцевые залежи, нефтеносность которых доказана, но, ожидаемо, отдача в них невелика, так как традиционные методы добычи в таких пластах не работают.
В период с 1997 по 2007 год EROEI закономерно снижается, а уж потом начинается небольшой рост и стабилизация на уровне около 11. С 2008 по 2013 “сланцы” совершили рывок в добыче с околонулевой доли до половины, а потом и выше. При этом совершенствование технологий позволило даже повысить EROEI, но тех показателей, которые были характерны для традиционных месторождений, не будет никогда. Поэтому и себестоимость продукции с точки зрения энергорентабельности будет выше.
Что же будет с себестоимостью нашей и американской нефти дальше?
А то же самое, что и сейчас. Рост ее неизбежен. Россия уже сейчас свыше 30 процентов углеводородов получает, разрабатывая трудноизвлекаемые запасы (это не только сланец), а дальше показатель будет только расти.
Но и США не избежать этого. Я уже писал выше, что разработка любого ресурса начинается с наиболее легких для разработки залежей. Сланцевая нефть и газ - не исключение.
Добыча сланцевой нефти в США началась на формации Баккен. Ее особенностью является то, что нефтегазоносный пласт трехслойный. Нижняя и верхняя часть состоят из плотных сланцевых структур, а средняя - из песчаников и доломитов с примесью сланца.
Продуктивным является именно средний слой. Несмотря на то, что это типичный низкопроницаемый сланец, этот слой пронизан большим числом вертикальных и субвертикальных трещин, что автоматически увеличивает зону фильтрации скважин, которые их пересекают. Особенно богат этими трещинами участок, который называется месторождением Паршалл, поэтому геологически тут наиболее продуктивный участок для добычи нефти, в других сланцевых структурах США они хуже. И именно там зарождалась сланцевая революция
Если взять газ, то там имеем примерно такую же картину. Первые скважины были пробурены в сланцевых структурах, которые имели хорошую проницаемость, которая возможна в таких структурах - это месторождение Антрим и участки Ньюарк и Восточный формации Барнетт. После чего приступили к активнейшему бурению на формации Марселлус, где самые большие запасы сланцевого газа в Штатах, и они максимально доступны.
При этом работы на подобной геологической структуре Хейнсвилл были если не приостановлены, но сильно замедлились, та как там горно геологические условия гораздо хуже. Достаточно сравнить глубину скважин по вертикали -чуть более 2 тысяч метров на Марселлусе и свыше 4 тысяч метров - на Хейнсвилле. По мере исчерпания запасов Марселлуса обязательно начнут осваивать Хейнсвилл, но цена газа будет однозначно выше
Естественно, что после истощения наиболее богатых и проницаемых структур перейдут к разработке участков с более плохими условиями, EROEI снизится, а себестоимость будет однозначно повышаться.
В России разработки идут в точно таком же направлении. У нашей страны гигантские запасы сланцевой нефти и газа. И разработки точно также ведутся на самых перспективных участках. Это Красноленинский участок (месторождение) Баженовской свиты по нефти и флишоидные залежи Предуральского прогиба по газу.
Теперь перейду к выводам. Он очень прост: никакие технологии не позволят сделать нетрадиционную нефть и газ более дешевыми, чем традиционные, так как это противоречит физике
Развитие технологий может снизить себестоимость углеводородов относительно начальных показателей, но не сможет сделать ее такой же, какой она была в предыдущих структурах, обладавших намного более лучшей проницаемостью, позволявшей добывать углеводороды при меньших энерго-и трудозатратах.
Автор: Сигурд Сигурдов