ОСОБЕННОСТИ ДОБЫЧИ
и производстве
НЕТРАДИЦИОННОГО ГвЗв
А. М. МАСТЕПАНОВ, А. Д. СТЕПАНОВ, С. В. ГОРЕВАЛОВ, А. М. БЕЛОГОРЬЕВ
Сегодня термин "нетрадиционным газ" используется чаще всего в качестве понятия, объединяющего в себе те виды ископаемого природного газа, которые отличаются особыми геолого-физическими условиями залегания. Поэтому для представления их типовой структуры и понимания их специфических особенностей целесообразно рассмотреть процесс формирования месторождений природного газа. В осадочном чехле имеются различные типы пород: некоторые, пропускающие через себя газы и жидкости, выступа-
Рис. 1.
Концептуальная схема образования традиционных и нетрадиционных месторождений газа.
ют коллекторами, другие, наоборот, непроницаемые, и выступают покрышками, а третьи могут содержать в себе органическое вещество, которое при определённых термобарических условиях преобразуются в углеводороды. Последний вид пород также называют нефтематеринскими породами (они представлены главным образом глинистыми сланцами).
В свою очередь в процессе трансформации органического вещества в углеводороды последние увеличиваются в объёме, создавая тем самым трещины в нефтематеринских породах. По этим трещинам углеводороды просачиваются в коллекторские породы, где и начинают движение к земной поверхности под воздействием давления (рис. 1).
Уголь
Покрышка
Коллектор
Низкопроницаемый колллектор
Нефтематеринская порода
Источник: Асаулов С. "Неправильный" газ. Твоя компания, 2011 г., ноябрь.^)
2
© А. М. Мастепанов, А. Д. Степанов, С. В. Горевалов, А. М. Белогорьев
Если в ходе этого движения углеводороды упираются в покрышки, то формируются месторождения традиционного газа, в которых концентрируется лишь часть сгенерированного объёма нефти и газа. Остальная часть углеводородов либо рассеивается на путях миграции от нефтематеринских пород к коллекторам, либо выходит на поверхность, либо образует нетрадиционные скопления углеводородов, которые в свою очередь в контексте месторождений природного газа можно разделить на три вида.
Сланцевый газ (shale gas) - это газ, сгенерированный нефтематеринской породой, который не мигрировал за её пределы. Он содержится в микротрещинах и микропустотах нефтематерин-ских пород. Ввиду значительной мощности (несколько десятков метров) и площади распространения (тысячи квадратных километров) нефтемате-ринских пород, этот газ может образовывать очень большие по объёмам ресурсов скопления, которые сконцентрированы в единой глинистой толще.
Сам сланец - это осадочная горная порода, состоящая из глинистых (главным образом различных гидрослюд, хлоритов и др.) и неглинистых минералов, частички которых обычно ориентированы строго параллельно. По сравнению с песчаником, сланец состоит из гораздо более мелких, более плотно упакованных частиц, с куда меньшей пористостью и худшей связностью пор между собой. Для того чтобы образовалось газовое месторождение в песчанике, нужно, чтобы этот песчаник сложился в определённую форму-линзу, чтобы он был покрыт породой-изолятором, к которому будет ход из материнской породы. А характерной особенностью сланцев является то, что они выступают одновременно и материнской породой, в которой происходит образование газа, и породой коллектором, являющейся резервуаром для сланцевого газа. Поэтому "пустую" скважину в сланец пробурить практически невозможно, дебит обязательно будет. Однако для того, чтобы добыча
газа из сланцев была эффективной, необходимо соблюдение нескольких условий. Содержание глин не должно превышать 50%, иначе сланец будет подвержен пластическим деформациям и не сможет образовывать трещины, необходимые для миграции газа. Количество органического вещества должно превышать 1% для того, чтобы генерировалось достаточное для промышленной разработки количество газа. Степень зрелости органического вещества в сланцах должна быть выше 1, а пористость - не менее 3%.
Сланцевые породы отличаются высокой плотностью и низкой пористостью, и газ залегает в небольших изолированных "карманах". Чтобы добыть его, можно пробурить множество вертикальных скважин, однако каждая из них даст лишь очень небольшой объём газа, поэтому при добыче широко используются горизонтальные скважины и гидроразрыв пласта. Скважина в сланцах может истощиться в течение нескольких лет. Согласно исследованиям многих геологов, в частности Владимира Высоцкого1 (ОАО "ВНИИЗару-бежгеология") и Артура Бермана2, срок жизни скважины на месторождениях газовых сланцев составляет 8-12 лет. На месторождении БагпеК около 15% скважин, пробуренных в 2003 г., уже через пять лет исчерпали свой ресурс. При этом скважина на традиционной газовой залежи может эксплуатироваться в течение 30-40 лет3. Однако
1 Высоцкий В.И. Ресурсы сланцевого газа и прогноз их освоения //ИнфоТЭК-2011, № 1. g
2 Berman Arthur E. A Perspective on Future U.S. ° Natural Gas Supply and Price, Labyrinth Consulting S Services, ASPO Conference 2012; Артур Бер- m ман - авторитетный консультант-геолог с бо- ц лее чем тридцатилетним опытом работы. Явля- ® ется специалистом в оценке перспективности g месторождений, оценке резервов, оценке рис- ! ков, интерпретации геолого-геофизической § информации. В настоящее время занимается о консультированием крупнейших мировых энер - 1 гетических компаний. ®
3 Bruner К., Smosna R. A Comparative Study of the « Missisippian Barnett Shale, Fort Worth Basin, and Devonian Marcellus Shale, Appalachian Basin. U.S. Department of Energy. 2011.
при использовании методов увеличения дебита, скважины на сланцевых месторождениях могут дать достаточно газа, чтобы окупиться.
Метан угольных пластов (coal bed methane, CBM). Уголь также является своеобразной "нефтематеринской" породой и под воздействием определённых уровней температуры и давления создаёт метан. При этом, в отличие от сланцевого газа, метан содержится не только в микротрещинах и микропорах угля, но и абсорбируется его кристаллической решеткой. При снижении давления и температуры из одной тонны каменного угля может быть выделено в среднем от 10 до 35 м3 метана. Однако по причине малой мощности отдельных угольных пластов ресурсы метана в них относительно незначительны и представляют промышленный интерес только при совокупности благоприятных геологических условий, таких как наличие нескольких сближенных пластов угля при малой глубине залегания или при большой мощности угольных пластов.
Метан угольных пластов (угольный метан) может добываться как целевым назначением, так и в виде попутного продукта при добыче угля, получаемого в процессе дегазации шахт. Последний способ является неотъемлемой частью технологии подземной добычи угля, но концентрация метана в газовой смеси, выходящей при дегазации выработок, незначительна. Полученный в результате этого процесса метан (в относительно небольших количествах), в основном используется для собственных 013нужд угледобывающих предприятий. £ Разработка угольных месторождений I с целевой добычей газа в промышлен-| ных масштабах производится с приме-1 нением технологий интенсификации | газоотдачи пластов. | В отличие от традиционного газа, метан угольных пластов сорбирован I углем или защемлён в мельчайших § трещинах. Для извлечения угольного » метана необходимо раскрывать трещи-I ны и создавать условия для перетока f газа.
При этом для добычи метана пригодны далеко не все угли. Месторождения длиннопламенных бурых углей бедны
метаном. Уголь-антрацит отличается высокой концентрацией газа, но его невозможно извлечь из-за высокой плотности и чрезвычайно низкой проницаемости залежи. Угли, занимающие промежуточное положение между бурыми углями и антрацитом, относятся к самым перспективным для добычи метана. Для оценки ресурсного потенциала обычно бурятся традиционные вертикальные скважины. При добыче угольного газа часто используется бурение горизонтальных и многоствольных скважин и гидравлический разрыв породы.
Газ плотных пород или коллекторов (gas of dense reservoir, tight gas, tight reservoir gases) по сути, не является нетрадиционным - форма газа свободная, в отличие от сорбированной формы газа в газогидратах, в сланцевых и угольных газах. Этот вид нетрадиционных ресурсов отличается значительными (как правило) глубинами залегания и плохими фильтра-ционно-ёмкостными свойствами. На значительных глубинах коллекторы подвергаются сильному уплотнению по причине давления вышележащих пород, что в итоге приводит к снижению пористости и проницаемости. И газ, мигрирующий по подобным коллекторам, в определённых местах не может продолжить движение по причине очень низкой проницаемости, что приводит к образованию газовой залежи даже при отсутствии ловушки, необходимой для традиционного месторождения. Поскольку наибольшие глубины приурочены к центральным частям осадочных бассейнов, такой газ ещё называют газом центрально-бассейнового типа.
Газ из плотных пород4 - газ, заключённый в породах с проницаемостью менее 1 миллидарси (0.1 миллидарси по методологии Федеральной энергетической комиссии США5). Для газа
4 К плотным породам (низкопроницаемым преимущественно поровым и поровотрещинным коллекторам с матричной проницаемостью ниже 0.1 миллидарси - мД) относят плотные песчаники, алевролиты, ритмиты и другие породы.
5 The Federal Energy Regulatory Commission (FERC), http://www.ferc.gov/industries/gas.asp
Рис. 2.
Схематическое изображение залежей нетрадиционного газа.
из плотных пород также типична низкая пористость (> 10%). Определение газа из плотных пород довольно формально, поскольку и сланцевый газ, и угольный метан заключены в породах с проницаемостью менее 0.1 милли-дарси. Основная часть месторождений газа из плотных пород граничит с месторождениями нетрадиционного газа других типов.
Из-за низких темпов перетока газа, для экономически рентабельной добычи газа из плотных пород недостаточно бурения традиционных вертикальных скважин. Ключевой технологией увеличений скорости потока газа является гидроразрыв газоносных пластов.
Таким образом можно говорить о том, что в пределах любого осадочного бассейна с доказанной нефтегазо-н
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.