Природный газ - это углеводород 21 века. Несмотря на все разговоры про конец века нефти и газа, про который так много писали, не закончился. Это было признано даже такими предвзятыми организациями, как МЭА, которая выполняет скорее не экспертные функции, а рупора пропаганды.
В то же время доступные месторождения традиционного газа порядком истощены, поэтому повышен интерес к нетрадиционным месторождениям. Не люблю это слово, лучше использовать неконвенциональным, что под этим понимается, я писал подробно тут.
Эти нетрадиционные источники имеют различную природу - и хорошо разрабатываемый сланцевый газ, очень похожий на сланцевый флишоидный газ, газ плотных песчаников (плотный газ) и, конечно же, газ угольных пластов.
То что при добыче угля выделяется много газа, известно шахтерам всего мира. Он носил название рудничного гз и накапливался в шахтах, частенько вызывая мощные взрывы, приведшие к огромному количеству подземных катастроф.
Метан в каменноугольных пластах образовался еще во время углефикации органики и находится преимущественно в сорбированном (связанном виде). Во время разработки происходит разрушение породы, десорбция и накопление газа. Чем глубже залегает пласт - тем больше в нем находится метана.
Метана угольных пластов очень много. Согласно последним данным его порядка 256 триллионов кубическим метров - это без малого почти 20 процентов всех мировых запасов природного газа. В России такого газа тоже достаточно, согласно оценкам ОАО «Газпром промгаз» прогнозные ресурсы метана в основных угольных бассейнах России оцениваются в 83,7 трлн куб. м, что соответствует примерно трети прогнозных ресурсов природного газа страны.
Доля добываемого метана из угольных пластов постоянно растет, она уже превысила 100 миллиардов кубическим метров ежегодно. Особенно впечатляет Китай, в 2010 году он добывал 1,4 миллиарда кубических метров такого газа, а в 2024 - уже 17,1 миллиарда кубических метров. У нас же в стране его добыча практически не ведется, улавливается не более полумиллиарда кубических метров при дегазации шахт.
Как же добывают метан из угольных пластов?
На настоящий момент существует три основных способа извлечения метана из угольных пластов:
1. Дегазация угольных шахт, снижающая объёмы выделения метана в
горные выработки и обеспечивающая безопасность работы в метанообильных
шахтах.
2. Добыча метана вне полей действующих или проектируемых шахт путём бурения с поверхности специальных скважин с применением искусственных
способов повышения газопроницаемости угольных пластов.
3. Добыча метана из закрытых шахт.
Дегазация шахт - это обязательная процедура, которая используется при добыче угля. На всех легальных шахтах на это тратят значительные средства, чтобы избежать взрывов рудничного газа. Нелегальные копи в Пакистане и тому подобных местах не в счет, техника безопасности в них - это то, о чем не слышали. Средствами дегазации из шахт извлекается свыше 2,0 миллиарда
кубических метров метана в год только в нашей стране. При использовании специальных уловителей можно собирать метан и использовать его как обычный природный газ. Проблема в том, что при дегазации образуется смесь метана с воздухом, которая очень взрывоопасна. Такой способ является сопутствующим при разработке угольных шахт, что удешевляет добычу, так как система дегазации будет создана в любом случае. Но вот сбор и отделение газа от воздуха наоборот, ведут к удорожанию процесса. Кроме того, процесс это нестабилен, так как образование рудничного газа зависит от множества факторов.
Гораздо более выгодным и стабильным является добыча метана путем бурения скважин. Но и более дорогим. При этом бурение обычных вертикальных шахт, какие практикуются на традиционных месторождениях природного газа тут не помогут. Потому что, как уже было написано, в каменноугольных пластах он адсорбирован на поверхности угля. Поэтому газ закончится махом. Чтобы увеличить газоотдачу - надо увеличивать площадь зоны фильтрации. Поэтому в таких шахтах поступают как в сланцевых - пускают длинный горизонтальный ствол по пласту, и делают процедуру гидроразрыва пласта, что приводит к образованию сети трещин. Чем больше - тем лучше. Кроме того, часто совмещают это с продувкой скважин инертным газом, обычно азотом. Он адсорбируется на поверхности угля и вытесняет метан. Такой способ впервые был применен в США в 1995 году, и с тех пор нашел широчайшее применение.
Кроме того, относительно недавно начала применяться технология комплексной предварительно-передовой дегазации разрабатываемых пластов с использованием раствора активного реагента . Водный 2–5 % раствор реагента под давлением 5–6 МПа нагнетается в часть дегазационных скважин, пробуренных параллельно линии очистного забоя на расстоянии 50–90 м друг от друга. Раствор быстро проникает в угольный пласт изменяет молекулярную структуру, физико-химические свойства угля и способствует росту газоотдачи пласта.
Кроме того, для получения метана могут использоваться закрытые шахты. Я не силен в горноразработках, но, насколько я знаю, при закрытии шахты, как и скважины, заливают бетоном. Естественно не весь объем, это очень дорого и много, а устанавливают бетонные пробки, в скважине они называются мосты. Но вот метановыделение в таких скважинах не прекращается, так как поверхность скважины очень велика, а невыработанного угля еще очень много. Поэтому вместо ликвидации скважины достаточно установить сборное и сепарационное оборудование - и добывать еще долгое время газ.
Что же делают с этим газом?
Самое просто - это использовать как обычный природный газ. Но это возможно только при получении его из скважин. Если он получен с шахт, то в нем содержится много примесей, и редко когда концентрация метана превышает 25%. Отделять его дорого, да и небезопасно. Поэтому чаще всего его подвергают конверсии в синтез-газ, который является промежуточным звеном для получении синтетических жидких углеводородов.
До недавнего времени в России метан из угольных пластов извлекался только попутно, на полях действующих шахт системами шахтной дегазации, включающими скважины, пробуренные с поверхности. Этими системами в последние годы в Печорском и Кузнецком бассейнах извлекалось около 0,5 млрд куб. м метана в год.
В 2003 г. «Газпром» приступил к реализации проекта по оценке возможности промышленной добычи метана из угольных пластов в Кузбассе. Лицензией на поиск, разведку и добычу метана угольных пластов в пределах Южно-Кузбасской группы угольных месторождений обладает ООО «Газпром добыча Кузнецк» — первая и единственная компания в России, добывающая метан угольных пластов. Компания разрабатывает два метаноугольных промысла, площадь лицензионного отвода составляет 6 тыс кв. км до глубины 2 км, оценка ресурсов метана угольных пластов — 5,7 трлн куб. м.
В 2005 году на Талдинском месторождении был создан научный полигон по отработке технологии добычи метана из угольных пластов. Здесь учеными АО «Газпром промгаз» была разработана технология добычи угольного газа. На весь технологический цикл — от разведки угольного газа до его использования — получен 31 патент международного и российского образца. При этом две трети оборудования, применяющегося при реализации экспериментального проекта, — отечественного производства.
В 2008–2009 годах на восточном участке Талдинского месторождения было пробурено восемь скважин. В 2010 году началась пробная эксплуатация разведочных скважин с подачей газа на автомобильные газонаполнительные компрессорные станции. В результате пробной эксплуатации были получены необходимые параметры для перевода ресурсов метана в запасы промышленных категорий, отработаны технологии освоения скважин, сбора и подготовки газа, необходимые для разработки первоочередных участков и площадей в Кузбассе.
12 февраля 2010 года «Газпром» запустил на Талдинском месторождении первый в России промысел по добыче угольного газа.
Утвержденные запасы метана по Талдинскому промыслу составляют 74,2 млрд куб. м (в том числе 4,77 млрд куб. м категории С1 и 69 млрд куб. м категории С2). В стадии опытно-промышленной эксплуатации находятся 6 эксплуатационных скважин.
В 2014 году на Талдинском промысле было добыто 2,8 млн куб. м газа, всего с начала эксплуатации — почти 16 млн куб. м. в 2019 году добыча составила уже 22,2 миллиона кубических метров. Остается надеяться, что это остается не региональным опытным этапом, а будет масштабировано на всю страну, то добыча будет уже исчисляться в сотнях миллионов тонн.