Автор: Б. А. ТРОШЕНЬКИН, д. т. н
Добавлено: 2015-04-02 14:11:44

 

УДК 504.054; 553.983

Б. А. ТРОШЕНЬКИН, д. т. н., проф., В. Б. ТРОШЕНЬКИН, к. т. н., ст. н. с.

ПЕРСПЕКТИВЫ ДОБЫЧИ СЛАНЦЕВОГО ГАЗА В ВОСТОЧНОЙ УКРАИНЕ

(доклад представлен на общегородском научном семинаре 
при Доме ученых Харькова 21 октября 2014 г.)

В докладе рассмотрены преимущества и недостатки разработки месторождений сланцевого газа в Восточной Украине. Отмечено возможное улучшение энергетического баланса республики при развертывании добычи сланцевого газа.
Вместе с тем показано, что отсутствие значительных запасов природной воды в Восточной Украине не позволит естественным путем устранить тот экологический ущерб, который будет нанесен окружающей среде. В сложившейся ситуации рекомендуется последовать примеру штата Нью-Йорк, запретившему разработку сланцевого газа на своей территории
.
Ключевые слова: сланцевый газ, энергетический баланс, гидроразрыв, высокая сейсмичность, загрязнение природних вод и атмосферы, отказ от проекта фирмы „Шелл”.

При разработке месторождений сланцевого газа учитывают располагаемые запасы, расходы на освоение и затраты на решение экологических проблем. В каждой стране свои условия разработки и вполне возможно, что их сочетание делает неэкономичным добычу газа. К настоящему времени добыча ведется лишь в США, доля этого газа в общем количестве извлекаемого из недр метана приближается к 20 %.
В последнее время фирма «Шелл» получила право на разработку месторождений сланцевого газа в Восточной Украине. Общая площадь лицензированного участка 7886 км2. В состав участка входят три района Харьковской области: Изюмский, Балаклеевский и Барвенковский [1, 2].
Первая разведочная скважина с гидроразрывом пласта уплотненных песчаников была пробурена в период с сентября 2013 по март 2014. В настоящее время ведется анализ опытных данных.
Цель данной статьи проанализировать доводы «за» и «против» разработки месторождений сланцевого газа в Восточной Украине. 
Не исключено, что в глубине площадки, арендуемой фирмой «Шелл», находится крупнейшее в Европе месторождение сланцевого газа Основанием для такого предположения служит геологическое строение Днепровско-Донецкой впадины и характер поступления ювенильной воды и газов из глубин Земли.
Рассмотрим геологическое строение Донбасса. Полагают, что в древние времена на месте Донецкого угольного бассейна находилось мелководное море, в прибрежных болотах которого росли деревья. В середине пермского периода эта зона Земли подверглась сжимающим деформациям. Произошло скачкообразное оседание дна моря, разделенное периодами относительной или полной стабильности, поэтому угольные пласты чередуются со слоями отложений. В результате образовалась складчатая структура, пораженная разрывными нарушениями. На территории Складчатого Донбасса каменноугольные отложения опускаются до глубины 18 км в направлении с северо-запада на восток и от прибортовых частей к центральной части. Складки в приосевой части прогиба вытянуты в субширотном направлении. Повсеместно наблюдаются тектонические нарушения [3, 4].
Исходя из геологического строения Днепровско-Донецкой впадины, северный борт которой охватывает Харьковскую область, можно отметить, что тектонические разломы обеспечивают свободный доступ глубинных газов к верхним слоям земной коры. Основными среди них являются потоки водорода, диоксида углерода и метана [5–7].
Можно предположить, что водород, достигнув глубоко залегающих слоев угля, взаимодействует с углеродом с образованием метана. Известно, что метан насыщает угольные пласты. Часть глубинного метана скопилась также в газовых месторождениях Харьковской и Полтавской областей. Другая часть адсорбировалась уплотненными песчаниками и сланцами.
Предполагается, что массовая добыча сланцевого газа позволит значительно улучшить энергетический баланс республики.
Далее обратимся к анализу рисков, связанных с разработкой месторождений газов уплотненных песчаников. Отметим, что адсорбированный песчаниками газ относится к категории трудноизвлекаемых. Необходимо разрушить горные породы, что достигается путем гидроразрыва. По образующимся трещинам сланцевый газ, а также жидкость, использованная для гидроразрыва, мигрируют к скважинным стволам и далее поступают на поверхность.
Перечислим ресурсы, необходимые для разработки типичного месторождения, на котором можно добывать до 9 млрд. м3 сланцевого газа в год в течение 20 лет.
Площадь такого месторождения может достигать 400 кв. км, а территория, которую будут занимать буровые площадки, около 1000 га. На 300 буровых площадках этого месторождения необходимо пробурить 3000 скважин. Потребление свежей воды для одного гидроразрыва на таком месторождении составляет от 27 до 86 млн. м3, а химикатов приблизительно 0,5–1,7 млн. м3 [8].
Как известно, восток Украины настолько беден водными ресурсами, что вынужден значительную часть воды получать по каналу из Днепра. Постоянный отбор воды из имеющихся источников для проведения гидроразрывов нарушит водный баланс, что повлечет за собой снижение темпов развития промышленных и сельскохозяйственных производств в Восточной Украине.
По принятой фирмой «Шелл» технологии часть жидкости, которую удается поднять на поверхность после гидроразрыва, заливают для хранения на маты, размещенные в амбарах. Постоянные оттепели и заморозки за короткий период приведут к разрушению материала матов и жидкость поступит в окружающую среду.
Примерно 20–70 % жидкости, использованной для гидроразрыва, остается под землей.
Специалисты фирмы «Шелл» утверждают, что Днепровско-Донецкий бассейн, где расположен арендуемый ею участок, является одним из самых стабильных с точки зрения сейсмической активности регионов Украины. По этой причине оставшаяся под землей жидкость не может подняться к поверхности.
Но, это утверждение далеко от действительности.
Например, южные районы Харьковской области находятся близко к трем сейсмически активным зонам: Крыму, Кавказу и Карпатам.
Как известно, наиболее мощное Крымское землетрясение произошло в 1927 г. Колебания дна Черного моря привели к поднятию из глубин метана и сероводорода. Во многих местах над морем наблюдались грандиозные вспышки огня высотой до 500 м и шириной в несколько километров [9].
Не менее сильное землетрясение отмечено на Кавказе в июле 1976 г [10].
Мощное землетрясение в Румынских Карпатах в 1977 году разрушило город Вранча [11]. Сейсмическая волна, дошедшая из Румынии до Харькова, легко раскачивала высотные дома.
Не секрет, что твердое тело Земли испытывает лунно-солнечные воздействия. Поскольку Земля не является абсолютно жестким телом, то возникает деформация, приводящая к появлению горбов, достигающих в высоту десятков сантиметров. Приливные горбы, подобно волнам, несколько раз в сутки обегают планету [12]. Самый большой подъем твердой оболочки Земли происходит так же, как и при морских приливах, при суммарном воздействии гравитационных сил Луны и Солнца. Наибольшие подвижки земной коры возникают в периоды весеннего и осеннего равноденствия (21 марта и 23 сентября, соответственно).
Помимо приливной Земля испытывает еще и вращательную деформацию. Влияние вращения заключается в сжатии планеты с полюсов. Степень деформации можно количественно охарактеризовать по величине сплюснутости планеты. Известно, что Земля вращается неравномерно. Эта неравномерность включает вековое замедление вращения Земли (сутки увеличиваются на 1–2 мс в столетие), небольшие сезонные изменения скорости вращения (быстрее всего Земля вращается в августе и медленнее всего в марте) и, наконец, неправильные скачкообразные изменения скорости вращения (на порядок превосходящие вековые изменения). В соответствии с динамикой вращения Земли меняется и величина вращательной деформации [13].
Кроме того, на земную кору оказывают влияние подземные реакции, проходящие на глубине десятков и сотен километров [14].
Фоновые температурные поля земной коры в районе Днепровско-Донецкой впадины свидетельствуют о близости магмы к дневной поверхности [15]. Следовательно, не исключена возможность землетрясений непосредственно во впадине.
Основываясь на приведенных данных, можно заключить, что спустя некоторое время после начала разработки месторождения газа уплотненных песчаников жидкость, использованная для гидроразрыва и оставшаяся под землей, неизбежно проникнет в грунтовые воды и будет вынесена на поверхность. Отсюда следует высокая вероятность попадания ядов в организм человека при питье, приготовлении и употреблении пищи, использовании воды для санитарно-хозяйственных целей.
Основными компонентами жидкости для гидроразрыва являются вода и проппант (песок), на долю которых приходится не менее 98 % общего объема. Кроме того, в жидкость добавляют различные химические вещества, которые должны снизить вязкость раствора, уменьшить его корродирующую способность, предотвратить осаждение на стенках труб минеральных солей и т. д. Смысл присутствия некоторых добавок состоит, например, в следующем [8, 16]:
– соляная кислота способствует растворению минералов;
– этиленгликоль противостоит отложениям на внутренних стенках труб;
– изопропиловый спирт, гуаровая камедь и борная кислота используются в качестве загустителей и веществ, поддерживающих вязкость;
– глютаральдегид и формамид противостоят коррозии;
– легкие фракции нефти используются для снижения трения;
– пероксидисульфат аммония противостоит распаду гуаровой камеди;
– хлорид калия препятствует химическим реакциям между жидкостью и грунтом;
– карбонат натрия или калия нужны для поддержки баланса кислот.
По некоторым оценкам, перечень химических добавок включает до семисот наименований, причем многие из этих веществ обладают острым токсическим действием.
Достаточно много среди них канцерогенных соединений (бензол, 14-диоксан, окись этилена, акриламид, формальдегид и др.).
Другой тезис, рекламируемый фирмой «Шелл» заключается в утверждении, что жидкость для гидроразрыва обладает слабыми радиоактивными свойствами.
Между тем, в процессе гидроразрыва нарушаются пласты глинистых сланцев, содержащих в значительных количествах уран (около 1 кг на 1 т). В залегающих ниже уплотненных песчаниках задерживаются 226Ra и продукты его распада [17]. Эти радиоактивные вещества неизбежно будут вымываться жидкостью и поступать в поверхностные воды. Большинство из этих веществ обладают мутагенными свойствами. Но наиболее опасен радиоактивный газ радон, который будет десорбироваться из вмещающих горных пород и загрязнять метан.
В газ, который добывается из сланцевых месторождений, в качестве основного компонента входит метан, ради которого, собственно, и идет разработка месторождений. Кроме метана в сланцевом газе можно обнаружить такие летучие углеводороды, как этан, пропан, а также негорючие газы (СО2 и N2) [8, 18]. При бурении, гидроразрыве пласта, добыче газа, подготовке газа и т. д. часть этих газообразных веществ оказывается в атмосферном воздухе.
Анализ показывает, что в целом потери метана при добыче сланцевого газа могут составить от 3,6 до 7,9% от общего объема добычи, что заметно выше, чем при добыче природного газа из традиционных коллекторов. При этом в сравнении с добычей природного газа к наибольшим потерям ведет стадия подготовки к добыче, а, точнее, потери газа, который выходит после гидроразрыва пласта с жидкостью обратного притока.
Для некоторых скважин месторождения Haynesville (США) за 10 дней обратного притока потери метана достигали 6,8 млн. м3 или в среднем по 680 тыс. м3 в день. Для других месторождений потери во время обратного притока были ниже. Однако в обоих случаях ежедневные потери были сравнимы с дебитом скважины при добыче метана на начальном этапе эксплуатации.