Нелегкая нефть: какие технологии породили сланцевую революцию

Резкий рост нефтедобычи в мире обеспечила технология гидроразрыва: горную породу дробят изнутри, чтобы сделать более проницаемой, и затем скважина буквально фонтанирует нефтью. Из материала вы узнаете, как создают гидроразрыв, в чем его преимущества и где в России находится "океан нефти".

Нефть образуется и скапливается под землей на глубине нескольких километров. Чтобы ее оттуда достать, нужно пробурить вертикальную скважину. И если нефть в пласте находится под большим давлением, она сама поднимается вверх. Но не всегда дело обстоит так просто. Нефть может скапливаться в порах очень плотных горных пород, таких как, например, породы формации Баккен в США или баженовской свиты в Западной Сибири. Добывать оттуда углеводороды сложно и дорого, однако возможно.

Сначала бурят обычную вертикальную скважину на глубину, где заканчивается нефтеносный пласт. Затем ствол скважины отклоняют на 90 градусов и проходят горизонтально сотни метров — порой более километра. После этого туда на большой скорости мощными насосами закачивают воду или вязкий раствор. В стволе возникает очень большое давление, окружающие его породы не выдерживают и трескаются. Это, собственно, и называется гидроразрывом.

Иногда требуется сделать несколько гидроразрывов подряд. Чтобы не позволить трещинам сомкнуться, в них загоняют раствор песка, мелкого керамического абразива (проппанта), закачивают гель. Потом жидкость откачивают из скважины и ждут, когда нефть начнет просачиваться по разветвленной системе трещин, заполнять ствол и в конце концов подниматься наверх.

Технологию гидроразрыва изобрели в 1949 году в США. Ее применяли в вертикальных скважинах, предварительно создавая на забое (на дне скважины) большую горизонтальную щель. Закачивали воду под давлением и дробили пласт изнутри. В России гидроразрыв используют уже более шестидесяти лет, в том числе на угольных шахтах, чтобы снять напряжение в горной выработке. Советские физики Сергей Христианович и Юрий Желтов способствовали развитию этой технологии во всем мире своими теоретическими работами по механике разрыва твердых пород.

Загрязнение, радиация, землетрясение

Увидеть, как именно происходит дробление пород при гидроразрыве, как образуются трещины, невозможно. То, что происходит внутри пласта, оценивают на компьютерных симуляторах. Нельзя предсказать и последствия гидроразрыва для тех, кто находится на поверхности: затронуты ли вышележащие слои, проникнет ли жидкость на поверхность, загрязнив водоносные горизонты.

Ученые и экологи накапливают все больше сведений о последствиях добычи нефти и газа методом гидроразрыва пласта. В вышедшем в марте докладе организации "Врачи за социальную ответственность" перечислено порядка десяти угроз этой технологии здоровью людей. Отмечается риск загрязнения атмосферы летучими органическими соединениями, отравления воды химикатами, содержащимися в гидроразрывной жидкости. Утечки метана через раздробленные породы чреваты отравлениями рабочих и местных жителей. Проблему утечек признают добывающие компании, но решения пока нет. Бывали случаи, когда рабочие заболевали, надышавшись силиконовой пылью и токсинами из возвращаемой из скважины жидкости.

Поскольку многие горючие сланцы и нефтесодержащие породы радиоактивны, возникает риск заразить питьевую воду изотопами урана, тория, радия, свинца. В районах добычи отмечали сильное превышение радиационного фона по сравнению нормами.

Ученые также опасаются, что дробление пород и откачка нефти на большой площади может служить спусковым механизмом для землетрясения. Сам по себе гидроразрыв способен вызвать подземные толчки магнитудой выше четырех, как, например, в Канаде. В американском штате Оклахома 3 сентября 2016 года после гидроразрыва произошло землетрясение магнитудой 5,8, сильнейшее за всю историю в том регионе. Власти ввели там мораторий на добычу сланцевой нефти.

Учитывая риски и масштабы "сланцевой революции", некоторые страны, отдельные штаты США, канадские провинции временно приостановили добычу ископаемых углеводородов с помощью гидроразрыва. Франция, Болгария, Голландия отказались извлекать нефть таким способом.

"Баженом прирастать станет"

В России пока не разрабатывают месторождения с трудноизвлекаемыми запасами нефти. Но, поскольку традиционные источники когда-то подойдут к концу, думать об альтернативных вариантах нужно уже сейчас. В связи с этим в прошлом году стартовал национальный проект "Бажен" — так коротко называют баженовскую свиту.

Ее изучают с начала 1960-х, но полностью представления о том, как искать в ней месторождения, как лучше добывать нефть, еще не сформировались. Инженеры и геологи только обобщают результаты многих десятилетий работы, бурят поисковые и разведочные скважины, проводят лабораторные эксперименты.

Баженовская свита, образовывавшаяся из морских осадков 150 миллионов лет назад, залегает на глубине два-три километра на площади почти в миллион квадратных километров. Наряду со слоистыми глинами, в свите встречаются прослои известняков, сложенных скелетиками одноклеточных водных существ — радиолярий и диатомей. Поры горных пород заполнены древней органикой, часть которой превратилась в нефть легких фракций. По разным оценкам, баженовская свита содержит от 600 миллионов до 140 миллиардов тонн черного золота — целый океан. Некоторые пробуренные в нее скважины фонтанируют нефтью, что удивительно, учитывая малую проницаемость слагающих ее горных пород. Такого в мире нигде больше нет.