Эта статья продолжает публикацию: «Сланцевая революция».
Иллюстрация прокладки горизонтальной скважины и гидроразрыв пласта сланцевого месторождения представлена в ролике: «Сланцевая скважина».
Сначала бурят скважину с горизонтальной частью в сланцевом пропластке.
Затем спускают промежуточную обсадную колонну и цементируют ее. По окончании времени ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) через обсаженную промежуточную колонну бурят интервал под эксплуатационную колонну до установленной отметки.
Обсаживают эксплуатационный ствол и цементируют эксплуатационную колонну.
После цементажа эксплуатационной колонны ее перфорируют, чтобы открыть скважину в сланцевую формацию.
Для перфорации используются различные технологии. Вот один из способов.
На вертикальных и наклонных участках ствола перфоратор спускают на кабель-тросе под собственным весом. На горизонтальном участке перфоратор продвигают по обсадной колонне на роликах с помощью тягового механизма.
Тяговый механизм передвигает перфоратор до нужной глубины и затем производится перфорация.
После перфорации тяговый механизм переключают на реверс и кабель-тросом вытягивают перфоратор из скважины.
При спуске на насосно-компрессорных трубах (НКТ) перфоратор последовательно устанавливают на проектных отметках и производят операции.
После перфорации для последовательного выполнения многостадийного гидроразрыва пласта (ГРП) в горизонтальную часть скважины на посадочном инструменте спускают специальную компоновку механизмов и устройств - хвостовик. Устанавливают хвостовик на расчетную глубину. Затем подают в компоновку расчленяющую жидкость. При определенном давлении в хвостовике активируются пакеры, изолирующие зоны перфорации.
Дальнейшим повышением давления последовательно открывают муфты хвостовика. Через отверстия муфт расчленяющая жидкость поступает в перфорационные каналы. Увеличивают давление и расход жидкости, и производят гидроразрыв пласта.
Число стадий ГРП обычно составляет от 10 до 20. Стадии ГРП на отдельных изолированных участках горизонтальной части скважины выполняются последовательно, начиная с дальнего конца скважины и перемещаясь к ее входу в сланцевый горизонт.
В зависимости от геологических характеристик залежи, число стадий ГРП, объемы и состав расчленяющей жидкости могут различаться.
Обычно для ГРП в горизонтальной скважине на сланцевый газ требуется от 10 до 40 тысяч кубометров воды.
При ГРП в сланцевых формациях образуются тонкие вертикальные трещины длиной от 100 до 200 метров.
После проведения многостадийного гидроразрыва хвостовик извлекают. В скважину спускают колонну НКТ и проводят мероприятия по освоению скважины.
Сланцевая скважина после освоения сразу же выдает большой дебит, как нефти, так и газа. Однако из-за низкой проницаемости сланцев, через два-три года дебит резко снижается. Приходится бурить новую горизонтальную скважину.
По данным российского Фонда энергетической безопасности, с 2003 по 2010 годы в США построили более 190 000 сланцевых скважин на газ. Но в итоге, за эти годы количество рабочих скважин увеличилось лишь на 100 000. А остальные 90 000 были остановлены после прекращения эксплуатации или оказались непродуктивными.
Колоссальные объемы бурения с постоянным вводом новых скважин в эксплуатацию позволили американцам нарастить добычу сланцевой нефти с пары миллионов баррелей в сутки в начале века до 9 млн. баррелей в 2013 году. А в 2021 году добыча сланцевой нефти превысила 60 млн. т и приблизилась к одной пятой от общего объема добычи нефти в стране.
Добыча сланцевого газа выросла с 14,7 миллиардов кубометров в 2003 году до 269,1 млрд. кубов в 2012 году, при общей добыче газа 680,5 млрд. м3.
Для сравнения: в 2012 году РФ добыла 655 млрд. м3 газа.
В настоящее время сланцевый газ добывают всего в четырех странах: США, Китае, Аргентине и Канаде.
В 2022 году объем мировой добычи сланцевого газа увеличился на 6% относительно уровня 2021 года. Основной объем добычи приходится на США. Доля добычи Китая, Аргентины и Канады незначительна в мировом масштабе.
Даже приверженцы сланцевой революции обычно признают невозможность развития опыта США в других странах в обозримом будущем. У стран остального мира просто нет американских финансовых и технических возможностей для масштабного бурения и столь же благоприятных природных условий.
Сама технология извлечения сланцевых углеводородов имеет множество существенных недостатков.
Так, себестоимость сланцевого газа выше, чем традиционного. В США себестоимость сланцевого газ в 2012 году составляла 150$ за 1000 м3. А в России себестоимость природного газа со старых месторождений с транспортными расходами была в это время около 50$ за 1000 м3.
Многие эксперты считают, что сланцевый газ обходится значительно дороже добывающим компаниям, чем они заявляют. Реальные затраты на получение сланцевого газа, по их мнению, составляют 212 – 283$ за 1000 м3 и нефтяники искусственно занижают его себестоимость.
При строительстве сланцевых горизонтальных скважин требуются большие объемы воды. Около 20 000 м3 на каждую. Источниками воды могут быть реки и озера, подземные резервуары, а также очищенные и повторно используемые буровые растворы. Ощутимые кратковременные заборы воды из небольших естественных водоемов могут повлиять на обитающую в них фауну, режим муниципального водоснабжения, работу электростанций.
По сравнению с традиционными месторождениями сланцевые коллекторы характеризуются низкими коэффициентами извлекаемости газа или нефти (КИН).
ГРП или фрекинг оказывает значительные отрицательные воздействия на окружающую среду. При разработке сланцев в недра закачиваются миллионы тонн химического раствора, который разрушает пласты, высвобождая много метана. Метан, который не попадает в скважину может выходить на поверхность вместе с закачанными химикатами, загрязняя грунтовые воды и плодородный слой почвы. Пишут даже, что насыщенная после фрекинга метаном вода в домах многих американских штатов становится взрывоопасной - стоит лишь поднести спичку к открытому крану на кухне.
Многие страны запретили фрекинг законодательно. ГРП запрещен в Нидерландах, Франции, Болгарии.
Дальнейшее развитие сланцевой революции оказывается под угрозой. Все дело в ценах. Себестоимость ближневосточного черного золота в разы дешевле североамериканских сланцев. Российское традиционное сырье дороже арабского, но тоже значительно дешевле сланцевого.