Сланцевий газ можна правильно використовувати для науки
Інтерв’ю з Жилем Піжадьє-Кабо, директором лабораторії складних рідин та їх резервуарів (Total-CNRS, Університет По).
Колодязь для видобутку сланцевого газу в осадовій формації Ігл Форд, штат Техас. Складніше відновити, ніж звичайні вуглеводні, сланцевий газ та нафта вимагають великої кількості інфраструктури (свердловин, басейнів для зберігання води, доріг тощо). Це "забруднення поверхні" є однією з основних проблем їх експлуатації.
Що таке нафта, нафта або сланцевий газ ?
Жиль Піжадьє-Кабо: Це вуглеводні, що потрапили в дуже погано проникні глини, які називаються сланцями. У випадку із звичайними вуглеводнями нафта або газ утворюються в гірській породі, яка називається гірською породою, а потім мігрує вгору в пористу "породу-колектор", увінчану "ущільнювальною породою", яка перешкоджає їх польоту. Що стосується сланців, вуглеводні залишаються в пастці.
Отже, родовища важче експлуатувати: необхідно зламати породу, щоб вуглеводні виходили з неї. Для цього впорскується вода під тиском, змішується з піском (щоб запобігти занадто швидкому закриванню тріщин) та різними добавками (наприклад, мастилами, що сприяють проникненню піску в щілини).
Термін нафта загалом позначає всі рідкі вуглеводні. Вони варіюються від "легких" масел (не дуже в'язких і містять мало домішок) до найважчих (бітуми).
Який масштаб їх експлуатації та запаси ?
Г. П.-С.: Сьогодні ми в основному використовуємо газ. У більшості випадків масла виходять із гірських порід набагато легше. Вони все ще експлуатуються на кількох родовищах США, і тривають дослідження з розробки методів видобутку. Насправді попит нафтових компаній перенаправляється на цей продукт через певне насичення газових ринків через приплив сланцевого газу.
Експлуатація сланців відбувається переважно в США. Кілька країн починають детально досліджувати свої надра, або навіть, для деяких, видобувати газ. Таким чином, на початку 2014 року в Китаї вже було вирито близько 100 свердловин (у порівнянні із загальною кількістю в США 40 000) .
Світові запаси складають 345 млрд барелів нафти (55 млрд кубічних метрів) і 207 трлн кубічних метрів технічно видобуваного сланцевого газу, згідно з оцінкою Агентства енергетичної інформації США (EIA) від 2013 року. нафти та 32% газу у світі. Декілька країн були б особливо наділеними: США, Аргентина, Росія, Алжир, Канада та Мексика. У Європі Франція з 3900 мільярдами кубометрів газу посідає друге місце після Польщі.
Чи надійні ці оцінки ?
Г. П.-С.: Не завжди. У випадку Франції оцінка базується на опитуваннях, проведених BRGM (Бюро геологічних та гірничих досліджень), ifpen (Французький інститут нафти та нових енергетик) та кількох компаній, що виробляють нафту в регіоні. особливо в Сені та Марні). Однак ця оцінка має великі невизначеності: фактичні запаси можуть бути вдесятеро вищими або вдесятеро меншими. Окрім того, далеко не завжди відомо, чи було б легко використовувати родовища та приносити їм прибуток. Випадок з Польщею, де Національний інститут геології розділив на десять перших американських оцінок після проведення кількох десятків пошукових бурінь, є символічним.
Буріння п’ятдесяти свердловин по всій Франції, безсумнівно, було б достатнім для уточнення оцінок, але інституційні блокади запобігають цьому. У Франції держава володіє підвалом. Тому він повинен або видавати дозволи на буріння, або організовувати це самостійно. Однак усі дозволи скасовано, і держава не бажає інвестувати в таку програму визнання. Аргумент для скасування дозволів полягає в тому, що якщо компанія приймає на себе фінансовий ризик такої програми, вона обов’язково захоче використати те, що знайде, з найменшими витратами. Наразі це статус-кво. У Сполучених Штатах землевласник також володіє підвалом, тож приватні компанії мусять платити йому лише за дослідження та експлуатацію його підвалу.
Які наслідки експлуатації сланцевого газу, особливо на геостратегічному рівні ?
Г. П.-С.: Перший наслідок - падіння цін на газ через масові поставки. Щоб зменшити насиченість ринку, Сполучені Штати розробляють торгові точки, крім енергетичних. Таким чином, країна переживає пожвавлення нафтохімічної промисловості, яка використовує газ як сировину для виробництва різних сполук, таких як полімери. Як результат, деякі регіони реіндустріалізуються. Це явище в основному стосується Сполучених Штатів, але в кінцевому рахунку всі регіони, що виробляють вуглеводні (Саудівська Аравія, Алжир та ін.), Можуть отримати від цього вигоду.
Геостратегічно Сполучені Штати стали експортером газу і зараз виробляють стільки енергії, скільки споживають. Тому вони менш залежать від країн-експортерів, таких як Росія.
Які основні екологічні ризики пов'язані з цією операцією ?
Г. П.-С.: Забруднення надр не є проблемою на глибинах закачування (зазвичай від 2000 до 4000 метрів), де вже наявна вода набагато менш чиста, ніж закачувана. Іноді ми говоримо про небезпеку підняття цієї води до рівня води. Але це малоймовірно, крім окремих геологічних конфігурацій: вода повинна мігрувати на кілька сотень, а то й тисяч метрів (глибина води знаходиться на глибині близько 100 метрів). Проводиться значна робота, щоб краще зрозуміти вплив гідророзриву пласта на гідрологію водойми, а отже, і більш цільові зони ризику. З іншого боку, вода, яка піднімається біля свердловини, містить добавки і може бути забруднена різними токсичними або канцерогенними сполуками; Отже, ним слід керувати обережно, щоб не загрожувати здоров’ю операторів.
Основний ризик полягає в тому, що вода витікає зі свердловин і що ця вода перетинає рівні води. Технічно ми знаємо, як управляти цим ризиком, який існує також у звичайних операціях (де гідравлічний розрив пласта використовується для поліпшення швидкості відновлення). Наприклад, герметизація забезпечується цементованими трубами. Проблема скоріше економічна: пристрої безпеки дорогі, і компанії не завжди робили необхідні інвестиції, що призводило до випадків забруднення в США. Ця проблема є більш гострою для сланцевих вуглеводнів, оскільки через низьку проникність породи доводиться бурити набагато більше свердловин, ніж при звичайних операціях. І оскільки ціна на газ падає, нам доводиться рити ці багато свердловин за меншими витратами.
На мою думку, єдиною проблемою, яку ми не знаємо, як технічно вирішити, є проблема "забруднення поверхні": необхідні установки займають багато місця. Доводиться будувати дороги, колодязі, промислові споруди, а також відстійники, бо багато води йде з глибини; Потім його потрібно зберігати, потім повторно вводити або обробляти перед тим, як випустити в навколишнє середовище. Загалом, постачання та управління водою - одне з питань, яке слід ретельно розглянути на фермі.
Буріння також звинувачують у витоках парникових газів.
Г. П.-С.: Дійсно в атмосферу витікає метан, потужний парниковий газ. Це знову ж таки не властиво сланцям, а спільно для всіх газовидобувних установок, і тут проблема, скоріше, економічна, аніж технічна: оскільки необхідно копати кілька свердловин за низьку вартість, хороші практики, що дозволяють контролювати витоки не завжди спостерігається. Оцінюючи сланці з точки зору викидів парникових газів, слід також пам'ятати, що при згорянні природного газу виділяється менше вуглекислого газу, ніж вугіллю, для рівної енергії. Отже, загальний баланс є суперечливим.
Також були згадані ризики землетрусів та просідання земель. А як на рахунок ?
Г. П.-С.: Що стосується землетрусів, то, звичайно, є нестабільні райони, яких слід уникати. За межами цих районів ризик незначний: існує мікросейсмічність, але занадто низька, щоб впливати на навколишнє середовище або середовище існування. Інші види діяльності людини мають більший вплив. Таким чином, згідно з американським дослідженням, опублікованим у 2012 році, геотермальна енергія спричинила все більше й більше землетрусів, ніж експлуатація сланцевого газу.
На звичайних родовищах вуглеводнів спостерігаються незначні просідання. Водойми схожі на перезволожені губки, які стискаються при спорожненні. Загалом, земля осідає лише на дюйм або два, що не є особливою проблемою. Що стосується сланцевого газу, ситуація є більш невизначеною. Гірські породи ненасичені водою, тобто поглинають її багато. Відновлюється лише 30 або 40% введеної води. Отже, ризик полягає не стільки в тому, щоб спричинити просідання, скільки в зміні поведінки породи. Щоб зрозуміти це, ми можемо уявити глину, яка використовується для кераміки: коли ми додаємо до неї воду, ми перетворюємо її на своєрідний пластилін. Тому ми можемо спричинити деформації та переміщення ґрунту, які можуть трапитися через кілька десятиліть після експлуатації.
Відчуття інженерів полягає в тому, що ризик низький, але бракує наукових даних, щоб повністю його виключити. Я знаю лише дві роботи, опубліковані на цю тему. У моїй лабораторії ми запустили проект з його вивчення рік тому, але наше дослідження, яке намагається пролити світло на явище на молекулярному рівні, все ще є дуже попереднім.
Здається, Німеччина рухається до дозволу, що залежить від експлуатації. Чи є нормативні заходи, такі як місцеві заборони, достатніми для обмеження неприємностей? ?
Г. П.-С.: Проблема у Франції полягає в тому, що ми недостатньо добре знаємо підвал. Для прийняття рішення про заборону або обмеження експлуатації на певній території повинна бути доступна певна кількість параметрів: ступінь розтріскування, сейсмічність, стійкість та гідрологія надр тощо. Якщо ми прагнемо сьогодні прийняти законодавство без чіткого визначення всіх цих параметрів, ми ризикуємо привести до систематичного застосування принципу обережності та загальної заборони.
Тому перед тим, як встановлювати нормативно-правову базу, спершу необхідно розпочати велику підземну програму розвідки. Існує кілька проектів. Національний альянс для координації енергетичних досліджень (ANCRE) розробив програму досліджень сланцевого газу, яка коштувала б близько 20 мільйонів євро, і значна частина якої була б присвячена розвідкам. Наразі ці проекти сплять на полицях.
Єдиний випадок, коли сьогодні було б цікаво прийняти законодавство, - це забруднення поверхні. У деяких районах, таких як природні заповідники, засоби, необхідні для експлуатації сланців, будуть надто шкідливими для ландшафту та біорізноманіття.
Як ви досліджуєте підвал ?
Г. П.-С.: Розвідка проходить у три фази. Спочатку ми аналізуємо геологію поверхні і виводимо певні параметри надр. Потім вибухові речовини використовуються для направлення в надра сейсмічних хвиль, властивості яких відновлюються шляхом аналізу відбитих хвиль. На основі цієї геофізичної розвідки ми проводимо деякі буріння для перевірки та уточнення результатів.
Які шляхи розглядаються для вдосконалення техніки видобутку ?
Г. П.-С.: Консенсус серед інженерів та дослідників полягає в тому, що пріоритетом є покращення гідравлічного розриву пласта, а не розробка альтернативних варіантів. Ця техніка є найбільш зрілою в технічному та економічному плані. Мета полягає не в подальшому руйнуванні гірської породи, а в тому, щоб глибше зрозуміти явища на роботі, щоб покращити безпеку операцій (які вже приносять прибуток) та покращити цільові зони ризику.
Розпочато основні програми. Один з них в Європі відбувається переважно в університетах Нідерландів і фінансується приватними групами, такими як BP, Total або Exxon. У США Національний науковий фонд (NSF) фінансово підтримує проекти, в яких беруть участь компанії та великі університети. У Канаді дослідження також об'єднують основні університети. Кожен проект за цими програмами може коштувати кілька мільйонів євро. Всюди реалізуються інші, більш скромні проекти.
Не могли б ви пояснити, про що всі ці проекти ?
Г. П.-С.: Є три основні осі та певна кількість додаткових проектів. Перша головна вісь спрямована на краще розуміння фізики руйнування в гетерогенному середовищі. Що відбувається, коли перелом стикається із суглобом, тобто областю, яка м’якша або менш сприятлива для поширення? Він поширюється там у будь-якому випадку або зупиняється там, дозволяючи енергії розсіюватися, коли все більше тріщин відкривається навколо суглоба? Саме такі запитання, зокрема, ми вивчаємо в моїй лабораторії.
На другій головній осі прагнуть чисельно моделювати водосховище, щоб визначити шлях тріщин. Хоча перша вісь стосується детального та локального аналізу, тут мова йде про прогнозування поведінки всієї гірської маси. Дуже складно вивчити поширення тріщин у таких масштабах, оскільки необхідні розрахунки стають дуже важкими. .
Третя вісь стосується контролю на місцях гідравлічного руйнування. Розкриття тріщини створює сейсмічний шум, що складається з невеликих хвиль, які поширюються. Потім ми намагаємось виявити його на поверхні і визначити місця, де скеля тріснула. Тоді ми могли б відстежувати останні в реальному часі. Були побудовані моделі, і ми перебуваємо на етапі експериментальної перевірки.
Вся ця робота забезпечить краще розуміння явищ, що виникли в надрах гідророзривом пласта. Це ключовий момент при вирішенні питання, де це може бути небезпечним, і, таким чином, дозволити чи ні експлуатацію сланцевого газу в певному місці.
А про що інші проекти ?
Г. П.-С.: Деякі прагнуть замінити воду іншою рідиною або навіть гелем. Канадська компанія GazFrac починає випробовувати пропановий гель на пілотному майданчику, і його техніка повинна бути доступна найближчим часом. Цей гель краще проникає в породу, збільшує кількість тріщин і легше виходить назовні. Тоді ми можемо це відновити. Основна складність полягає в тому, що пропан є легкозаймистим. Таким чином, установки повинні бути надійними.
Нарешті, деяка робота спрямована на те, щоб зробити добавки чистішими, наприклад, вибравши їх біологічно розкладаються. Таким чином, компанія Exxon використовує гуарову камедь (різновид квасолі, яка росте переважно в Індії) для збільшення в'язкості води.
Чи відмовляються від альтернативи гідророзриву пласта? ?
Г. П.-С.: Ні, не повністю. Перелом вибухових речовин у США мало вивчений, але все ще перебуває на лабораторній стадії. Зі свого боку, ми працюємо над технікою, яка полягає в розриві гірської породи завдяки ураженню електричним струмом. Ми зробили перерву в дослідженні, оскільки ми перебуваємо на стадії, коли необхідний прототип, і на даний момент це неможливо впровадити у Франції. Перевага такої техніки та інших, що вивчаються, полягає в тому, що вони дозволяють краще контролювати тріщини: вона швидко зупиняється, коли припиняються електричні імпульси або займання. При гідророзриві пласта ризик нестабільного поширення тріщини вищий. ні