Пролог.
Считается, что «Сланцевая революция — распространённое с начала 2010-х годов в СМИ обозначение внедрения в промышленную эксплуатацию эффективных технологий добычи газа из залежей сланцевых пород («сланцевый газ»), а также нефти («сланцевая нефть», лёгкая нефть низкопроницаемых коллекторов), которое произошло в США в начале XXI века.»
Многие считают это за правду. Ниже приводится история того как это было на самом деле.
Шел 1999год. 10 октября группа представителей ТФ ЗАО «ИЦ ЮКОС» выехала для встречи со специалистами УК «Кузнецкуголь»по вопросу внедрения систем контроля и управления угольными комбайнами на основе системы контроля и управления бурением (КУБ).
В ходе решения проблем по контролю состояния технологий добычи угля, с применением программно-технических комплексов ТФ ЗАО «ИЦ ЮКОС», и предотвращению взрывов в шахтах, одним из участников (Шендеров В.И.) было высказано предложение по применению горизонтального бурения с поверхности, а не из подземных штолен, для предварительной дегазации угольных пластов с целью предотвращения взрывов в угольных шахтах.
С 10.10.1999г. по 19.01.2001 было проведено 18 научно-технических советов.
Побочным продуктом технологии дегазации угольных пластов является газ-метан. Однако, дебит газа из горизонтальных скважин, в условиях Кузбасса ожидался незначительным так как угольные пласты не имеют непроницаемых глинистых пластов над угольным пластом (что свойственно сланцевым месторождениям) и основная масса газа, при гидроразрыве должна была выходить на поверхность.
Хотя многие были за продолжение работ российскими фирмами, предпочтение было отдано американской фирме. (наступила эра 2000-х). Через несколько лет безуспешных попыток добыть, в промышленных масштабах газ, в Кузбассе, американские фирмы прекратили работы.
Почему годом рождения сланцевой революции считается 2010? Потому, что в 2009г в интернете появляется статья The project director and principal investigator for this work, Ernest Carter, is a Texas Professional Engineer, with over 25 years of experience in underground engineering, grouting and design of down hole tools for well completion.
Introduction
It is known that shale rock formations often contain large volumes of natural gas but the relatively low permeability of these formations sometimes limits the recovery flow rate of the gas to non-economic quantities while leaving behind significant unrecovered gas. The low permeability of the rock near the well bore prevents the rest of the formation from being exposed to significant pressure drop from the well bore.
This problem has previously been addressed by drilling holes that turn horizontal at depth and travel within the relatively thin shale formation layer. Electronic tools run within the drill pipe are able to track the position and progress of the hole and its proximity to the shale formation layer interface. Hydraulic fracturing is then used to increase the surface area of these wells by fracturing at intervals along the horizontal well, but it is difficult to control the direction or orientation of such fractures.
В действительности, дата рождения сланцевой «революции» 10.10.1999г., хотя, официально, статья с описанием технологии появилась в печати, в России, в апреле 2001г.
В энергетической стратегии России, разработанной в 1995 году Минтопэнерго, обеспечение топливно - энергетического комплекса природным газом на ближайшее десятилетие основано за счет эксплуатации крупнейших газовых месторождений, располагающихся на севере Тюменской области.
Однако события последнего времени, произошедшие в энергетической отрасли, показали, что время упования на газ севера прошло. Падение добычи газа, нефти, связанное с истощением добывных возможностей существующих мощностей требует привлечения значительных инвестиций на создание новых мощностей и поддержание старых, что обусловлено суровыми природно-климатическими условиями и значительной удаленности от «Большой Земли» разрабатываемых месторождений. Сами запасы газа и нефти не безграничны, их хватит только на 70-80 лет.
Наиболее крупные запасы углеводородов сосредоточены в угольных месторождениях, разработка которых обеспечит страну этим видом сырья на 600 лет. Но кроме угля в угольном пласте содержится такой ценный газ как метан, который в настоящее время просто выбрасывается в атмосферу и является смертельным врагом шахтеров. Запасы метана огромны, так при среднем газосодержании до 50 м3 на тонну добываемого угля в атмосферу ежегодно выбрасывается до 2 млрд. м3 газа, что ведет не только к ухудшению экологической обстановки, но и ведет к громадным экономическим потерям.
Значительные затраты на борьбу с выбросами газа и создание безопасных условий работы шахтеров, устарелая технология угледобычи делает работу многих шахт не только не рентабельной, но и смертельно опасной.
Известно, что при механическом воздействии на уголь из него выделяется метан. Вентиляционные системы рассчитываются на тот газовый фактор, который соответствует для данного угольного пласта. При работе по однородному пласту подаваемого объема воздуха достаточно для разбавления выделяющегося газа и доведения его концентрации до невзрывоопасной концентрации. Одной из основной причин взрывов является вскрытие добычным комбайном «мешка», в которой содержится, зачастую, всего несколько кубометров газа. Резко выделившийся из «мешка» дополнительный объем метана сразу ведет к созданию его взрывоопасной концентрации в зоне работы угольного комбайна т.к. применяемая система принудительной вентиляции из-за значительной протяженности очень инертна и не позволяет резко изменять объемы воздуха, подаваемого в забой.
Переход добычи угля на более глубокие горизонты и в зоны с тектоническими нарушениями привел к еще большему обострению данной проблемы
Это одна из причин указывалась при закрытии шахт.
Закрытие шахт привело к резкому осложнению социальной обстановки в достаточно обжитых районах России т.к. не только многие шахтеры, но и работники обслуживающих производств оказались без работы.
Вот почему решение проблем по борьбе с взрывами, созданию безопасных условий работы шахтеров в забое и проблем утилизации газа делают их первоочередными не только для угольной отрасли, но и для России в целом.
Решить самостоятельно проблемы по борьбе со взрывами на основе только «своих» технологий угольная отрасль не в состоянии.
Научными и производственными предприятиями Томской области проводится комплекс работ по адаптации современных технологий, применяемых в нефтяной промышленности с целью решения вопроса по коренному улучшению техники безопасности, особенно в области предупреждения взрывов метана и угольной пыли в шахтах,
Проведенный анализ возможности применения «нефтяных» технологий, а также работы российских и зарубежных исследователей в области создания современной безопасных технологий в угледобыче дают на этот вопрос положительный ответ.
Одним из перспективных направлений является направление по заблаговременной дегазации пласта на основе проведения комплекса работ по его гидроразрыву и дегазации.
Однако применение для этого строительство сетки вертикальных скважин ведет к большим затратам на строительство огромного числа вертикальных скважин, что делает эти работы экономически не эффективными.
Предлагаемая технология по заблаговременной дегазации основана на строительстве с поверхности наклонно-направленных скважин с горизонтальным участком в области угольного пласта. Хорошее подтверждение этому является опыт нефтяников в области бурения горизонтальных скважин на нефтяной и газовый пласт с целью увеличения производительности скважин.
Применение технологии бурения дегазационных скважин с поверхности не с вертикальным, а с горизонтальным стволом (рис.1) кратно повысит зону охвата угольного пласта при дегазации, а проведение площадного гидроразрыва пласта сразу из нескольких горизонтальных стволов позволит получить значительный эффект.
При этом решается сразу несколько проблем:
- проведение одновременной дегазации угольного пласта объемом до нескольких млн.м3 ведет к резкому снижению затрат и времени дегазации пласта;
- за счет создания множества трещин в пласте все природные (локализованные) геологические нарушения (трещины) связываются как между собой, так и с новыми трещинами, что ведет к равномерному распределению газа по пласту;
- проводить отбор газа из зон нарушения в полностью автоматизированном режиме по «безлюдной технологии» т.е. обеспечить проведение работ по дегазации пласта без присутствия человека под землей;
- одновременная дегазация значительного объема пласта ведет к возможности получения промышленного притока газа из пласта с возможностью эффективной его утилизацией в энергетическом хозяйстве шахты и района;
- возможность закачки в пласт с жидкостью гидроразрыва хим. реагентов, обеспечивающих повышение растворимости газа в пласте и снижающих пылеобразование;
Расположение горизонтальных стволов скважин по угольному пласту может быть различным т.к. современные технологии позволяют с высокой точностью управлять траекторией ствола скважины на основе трехмерной геологической модели залегания пласта.
На рис.2 приведена примерная схема размещения горизонтальных стволов, привязанных к горным выработкам шахты «Первомайская», скважины № 1, 2, 3, 4, которые имеют прямолинейную траекторию. В тоже время эти траектории могут иметь «веерный вид», или разветвляться из одного ствола и т.д.
Выбор вида траекторий условно горизонтальных стволов в основном определяется конкретными горно-геологическими условиями и проектами разработки пласта.
В некоторых случаях траектория ствола может определяться исходя из рельефа местности и возможности выбора площадки для установки бурового оборудования.
Однако горизонтальный ствол можно строить не только в угольном пласте, но и над зоной последующих обрушений (рис. 3).
Это позволит отбирать газ, накапливающийся в этих зонах и также использовать его для энергетических нужд шахты и района.
Также заслуживает внимание предложение о скоростном бурении кустовых вентиляционных стволов малого диаметра до 400 мм (рис. 4). Современная техника и технология скоростного бурения, применяемая в нефтяной промышленности, обеспечивает проводку таких скважин в течение нескольких дней, в то время как бурение скважин диаметром 1000 и более мм. требует нескольких месяцев. Разница в стоимости таких скважин очевидна. Кроме того, строительство (проходка) скважин большого диаметра не позволяет, с точки зрения экономики, располагать их по сгущенной сетке, что приводит к расположению их на значительном расстоянии друг от друга и требует применения мощных вентиляционных устройств для проветривания длинных подземных участков.
Применение технологии скоростного строительства вентиляционных скважин малого диаметра обеспечит:
1. Возможность создания сгущенной вентиляционной системы и как результат
обеспечить гибкость в оперативном регулировании вентиляционных потоков.
2. Наличие датчиков контроля концентрации газа в каждой скважине позволит резко повысить качество контроля газа по всей выработке.
Основным началом для получения реальных промышленных технологий является создание «Полигона отработки новых технологий». Результаты, полученные на полигоне, позволят провести адаптацию технологий и своевременно внести в них коррективы для дальнейшего широкого распространения по всем угледобывающим регионам.
Инициативной группой организовано и проведено ряд производственно-технических совещаний с представителями компаний и научных центров «Кузбассуголь», «Кузнецкуголь», «ВостНИИ», «МГГУ», УСР «Новосибирскбурвод», ГУГП «Кузбассуглеразведка», «Институт угля и углехимии» СО РАН, «ВНИМИ», «ПИЛ», «Кузбассгипрошахт», Кузбасского управления ГГТН, руководителями ряда шахт, ООО «ТомскНефтегазинжиниринг» по решению вопросов дегазации угольных пластов и вентиляции шахт на основе предлагаемых технологических решений.
На этих совещаниях нашло полную поддержку предложение о проведении предварительной дегазации пластов на основе применения бурения горизонтальных скважин и многоцикличных воздействий на пласт с целью наиболее полного извлечения метана и бурение вентиляционных скважин малого диаметра.
Применение предварительной дегазации угольного пласта кроме научно-практического значения имеет и огромную социально-политическую значимость, т.к. это дает возможность:
1 Создать новые рабочие места, восстановить нормальную жизнедеятельности ряда шахтерских городов и поселков.
2.Резко снизить взрывоопасность, улучшить условия состояния техники безопасности при добыче угля, простои шахт и увеличить до 50% добычу угля.
Представители инициативной группы являются разработчиками, и исполнителями технологий при горизонтальном бурении и при решении широкого круга проблем по контролю за технологическими процессами, которые позволяют приступить к решению программ по дегазации угольных пластов.
Ими проведено более 600 наклонно-направленных и свыше 50 горизонтальных нефтяных и газовых скважин.
Заказчиками работ являются такие крупные компании как: «Сургутнефтегаз», «Лукойл», «Сибнефть», «Тюменская нефтяная компания», «Востокгазпром», «НК ЮКОС», которые все шире применяют такую научно-техническую продукцию как программно-технические комплексы КУБ-1, СИБ-М, ГЕОФИТ-1107, вибромагнитные активаторы и др.
Все эти комплексы отвечают жестким требованиям не только нефтяников и газовиков, но и шахтеров. Это позволит значительно поднять качество контроля за технологическими процессами угледобычи и состоянием техники безопасности. Современные системы контроля и управления дают возможность перейти на дистанционное управление угольным комбайном, и как можно дальше удалить рабочее место шахтера от места работы угольного комбайна и тем самым сократить пути эвакуации персонала в случае аварий.
Все это позволяет уверенно предлагать технологии и методы ведения работ, которые отработанны в нефтяной отрасли для решения проблем, стоящих перед кузбасскими шахтерами. А именно, осуществить проводку горизонтальных скважин по пласту, выполнить цикличный разрыв угольного пласта, с последующим удалением до 80% связанного метана, находящегося в нем, создать действенную систему непрерывного мониторинга за угледобычей.
Пути решения данной проблемы были изложены в ряде документов, которые в апреле 2000 г. были направлены для рассмотрения в комитет по угольной промышленности МинТопЭнерго РФ и получили положительные отзывы.
По мере решения вопросов по дегазации пластов на повестке дня встанет вопрос об утилизации добываемого газа на основе технологий переработки его в метанол, который имеет сегодня практически неограниченный спрос, в т.ч. и в Кемеровской области, или перевода его в муравьиную кислоту, которую можно использовать в химической промышленности, а также получения дизельного топлива или тепловой и электрической энергии.
В настоящее время реализация намеченной программы сдерживается низкими темпами решения организационных вопросов по созданию «Полигона новых технологий».
Решение проблемы дегазации угольных пластов имеет важность не только областного, но и всероссийского значения, но как показал опыт организации проведения работ по отработке и промышленному внедрению указанных технологий силами шахты или угольной компании без участия в решении данных вопросов руководства Администрации Кемеровской области, правительства Российской федерации данную проблему решить невозможно.
Покупать у американцев РОССИЙСКУЮ сланцевую технологию, абсурдно.
С 2001 года прошло 22 года.
Подписывайтесь, чтобы узнать новое.