Что такое ГРП - гидравлический разрыв пласта? Гидроразрыв пласта: технология проведения ГРП Оценка технологической эффективности проведения ГРП

Молодежная экологическая организация «Стражи Земли» активно выступает за запрет технологий гидроразрыва пласта при добыче нефти и газа в штате Колорадо. Апелляционный суд штата согласился рассмотреть дело о том, чтобы отказаться от такого способа. сайт рассказывает, что такое гидроразрыв пласта, вредит ли он экологии и как обстоит ситуация с этой технологией в России.

Миру нужно все больше и больше нефти. Удобные месторождения и скважины не бесконечны, поэтому нефтяники придумывают все больше способов, чтобы выкачивать «черное золото» из более неудобных месторождений или из скважин, которые по каким-то причинам дают мало полезного ископаемого. Не все подобные способы одобряют экологи.

Что такое гидроразрыв пласта

Один из таких способов нефтедобычи - гидравлический разрыв пласта (ГРП). Он используется в том случае, если нефть плохо проходит по подземным порам или трещинам. Те либо «забились», либо изначально были мелкими. В ходе ГРП в нефтяную или газовую скважину закачивают так называемые жидкости разрыва, преимущественно воду или гель. В результате такого гидравлического воздействия давление внутри нефтеносного пласта повышается, трещины и поры расширяются, и, как правило, газ или нефть лучше проходят к месту, откуда их выкачивают на поверхность. После ГРП образовавшиеся или расширившиеся трещины и поры поддерживают в открытом состоянии при помощи гранулообразного материала под названием проппант или кислоты, которая разъедает стенки пор и трещин. Проппант обычно изготавливают из синтетических керамических материалов.

Проппант

Bill Cunningham, USGS/Wikimedia Commons

У этого метода есть и побочные эффекты: вместе с нефтью или газом в скважину легче поступают и сопутствующие воды, что мешает последующей добыче нефти и газа. Помимо гидроразрыва пласта для нефтедобычи применяют такие методы, как электромагнитное воздействие (колебания волн различных диапазонов влияют на нефтесодержащий пласт и пластовый флюид и тем самым меняют их свойства, влияющие на дополнительное извлечение нефти), бурение горизонтальных скважин, вытеснение нефти водными и химическими растворами, паротепловое воздействие на пласт и другие способы. «Про преимущества той или иной технологии интенсификации добычи можно говорить только в привязке к конкретному месторождению, иногда даже в той или иной части месторождения. Нет универсального ключа ко всем запасам. Подбор оптимальной технологии - сложная инженерно-техническая задача, которую решают эксперты десятка разных специальностей», - сообщила пресс-служба ПАО «Газпром нефть».

Экологи против

Экологические организации относятся к ГРП настороженно, потому что смесь, закачиваемая в скважину, включает в себя не только воду и песок, но и химические реагенты (до одного процента), благодаря которым снижается трение жидкости, гибнут водные бактерии и так далее. Половина состава химических реагентов обычно приходится на гуаровую камедь - загуститель, который получают из семян растения гуар (лат. Cyamopsis tetragonoloba ) и используют, кроме прочего, в пищевой промышленности.

Экологические активисты считают, что технологические реактивы, метан и примеси, попадающие в воды и почву при использовании гидроразрыва пласта, опасны для человека и могут вызвать заболевания пищеварительной, дыхательной и кровеносной систем. Впрочем, сервисные компании, специализирующиеся на проведении гидроразрывов, утверждают, что используют различные материалы (например, тампонажные цементные растворы) и многоколонные конструкции скважин с целью изолировать пласт и не допустить утечки жидкостей в грунтовые воды.

Молодежная экологическая организации «Стражи Земли» потребовала от Комиссии по сохранению нефтяных и газовых месторождений штата Колорадо прекратить использовать технологию как потенциально опасную и не выдавать новые разрешения на операции. В штатах Вермонт и Нью-Йорк власти уже запретили применять технологию гидравлического разрыва. В штате Техас в марте прошли протесты против использования методики гидроразрыва. В России отношение экологических активистов к технологии гидроразрыва пластов также достаточно негативное. Например, коренные народы Ямало-Ненецкого автономного округа высказались против технологии ГРП, так как нефтегазовые компании проникают на пастбищные угодья северных народов.

Методика гидроразрыва запрещена на законодательном уровне и в некоторых европейских государствах: в Болгарии, Великобритании и Франции. Одна из причин запрета - риск землетрясений. Так, в 2011 году в Великобритании произошло два небольших землетрясения, спровоцированных добычей сланцевого газа. Гидроразрыв сам по себе является искусственным микроземлетрясением, которое, впрочем, можно отследить только с помощью приборов. Однако в упомянутом случае толчки были настолько сильны, что люди почувствовали их и без аппаратуры.

Некоторые землетрясения, однако, объясняют увеличением сейсмической активности из-за истощения месторождений в целом. Это происходит благодаря росту напряженности в горных породах, причиной которой являются пустоты, образующиеся после выкачивания нефти или газа, и даже пробуренные скважины. Представитель пресс-службы «Газпром нефти» отрицает связь между технологией гидроразрывов и землетрясениями в России: «ГРП в подавляющем большинстве проводятся на глубине около 2,5 км (для сравнения - самые глубокие артезианские скважины едва достигают 500 метров). А землетрясений в Ханты-Мансийске, по моим сведениям, не было никогда».

В России метод гидроразрыва пласта был широко распространен на месторождениях нефтяной компании «ЮКОС», а сейчас используется компаниями «Газпром нефть» и «Роснефть». Метод используют на нефтяных месторождениях в Ханты-Мансийском автономном округе и Ямало-Ненецком автономном округе. В частности, на Приобском нефтяном месторождении в 2006 году был произведен крупнейший в России гидроразрыв: в пласт закачали 864 тонны проппанта.

На сегодняшний день «Роснефть» продолжает проводить гидравлические разрывы пластов и проводит не менее двух тысяч операций в год. Также развитие горизонтального бурения поспособствовало распространению технологии многостадийного гидроразрыва пласта, при котором трещины создаются на нескольких участках скважины. В 2016 году «Газпром нефть» провел 30-стадийный гидроразрыв пласта на Южно-Приобском месторождении, самый масштабный гидроразрыв в России.

На протяжении 65 лет гидроразрыв пласта - лишь один из известных методов интенсификации добычи углеводородов, не имел такого резонансного значения, которое приобрел в последние годы в странах Европы и Украине и теперь неразрывно связывается с добычей сланцевого газа. Однако, эта технология была известна на территории бывшего СССР задолго до начала промышленной добычи сланцевого газа вСША в начале нынешнего столетия. На постсоветском пространстве Россия - является лидером применения ГРП , уступая позиции по количеству операций лишь США - в мировом масштабе.

Удивительно, но факт: на сегодня ГРП запрещен лишь в тех странах, где газ не добывается в принципе: Франция, Чехия, Болгария. По странному «стечению» обстоятельств РФ является основным поставщиком газа для этих стран. С Украиной другая история: страна добывает ~20 млрд.куб.м в год газа (обеспечивая ~40% потребности), а благодаря наличию запасов, планов и проектов добычи газа из нетрадиционных источников (песчаников, сланцев, угольных пластов и др.) собирается снизить газовую зависимость от «Газпрома».

Многие годы Россия была монопольным поставщиком газа и в Украину, которая теперь развивает проекты диверсификации поступления газа, в т.ч. за счет добычи сланцевого газа на отечественных месторождениях. Лишь за последние два года, благодаря экономии и энергоэффективности, Украине удалось существенно (с 40 до 30 млрд.куб.м) снизить импорт российского газа, в то время как увеличение собственной добычи рассматривается как действенный способ избавления от чрезмерной газовой зависимости от «Газпрома».

В связи с сокращением объемов импорта российского газа в Украину подобные инициативы страны естественно не вызывают оптимизма у российского газового монополиста, который и так теряет позиции на газовом рынке Европы из-за сланцевой революции в США . Россия пока что не планирует искать свой сланцевый газ, однако не против изучения возможности добычи сланцевой нефти, по-прежнему широко применяя ГРП на своих нефтяных месторождениях.

Сланцевый газ: позиция «Газпрома»

После очевидно позитивных результатов США , когда были получены существенные дополнительные объемы газа именно за счет разработки сланцев (в 2009 г. добыто 67 млрд.куб.м сланцевого газа, т.е. ~11,3% общей добычи газа в США ), «Газпром» начал отслеживать развитие отрасли сланцевого газа. Теперь, ежегодно в 4 квартале монополия публикует отчет о мониторинге этой отрасли.

Осенью 2010 г., по результатам первого года мониторинга, стало известно, что «Газпром» располагает собственными технологиями, схожими с используемыми при добыче сланцевого газа, и применял их при добыче угольного газа в Кузбассе («Газпром», 29.10.2010 http://www.gazprom.ru/press/news/2010/october/article104865/).
В релизе 2011 г. указывалось, что российская газовая монополия изучает сланцевую тему по региональным рынкам, а в 2012 г. - «Газпром» делал акцент на негативном опыте развития этой отрасли в Европе, в частности констатировал выдачу запретов наГРП в ряде стран.

«…«Газпром» располагает собственными технологиями разработки сланцевого газа…», - указывает Игорь Юсуфов - член Совета директоров «Газпром», учредитель фонда «Энергия», экс-министр энергетики России в 2001-2004 годах. (Статья «Сланцевый газ — это убыточный бизнес и очень ущербная вещь для окружающей среды», 25 апреля 2013). Однако в «Газпроме» не видят необходимости разработки собственных сланцевых пластов, т.к. считают, что 28 трлн.куб.м природного газа, находящиеся на балансе компании, вполне достаточно на десятилетия, для обеспечения внутренних потребностей российской экономики и выполнения обязательств перед партнерами в СНГ и за рубежом.

Таким образом, в России пока что нет стратегической необходимости делать ставку на сланцевый газ, особенно в условиях избытка добычи природного газа и катастрофического снижения объемов его поставок за рубеж. Тем не менее, в частности недавняя покупка «Роснефтью» компании «ТНК-ВР», по мнению некоторых украинских геологов, обусловлена, прежде всего, стратегическими интересами приобретения достигнутых «ТНК-ВР» технологий в добыче трудноизвлекаемых углеводородов, в т.ч. нетрадиционных газовых ресурсов.

В это же время, ГРП широко отрабатывают российские нефтяные компании, среди которых - «Газпром нефть» (ранее - «Сибнефть») - дочернее предприятие «Газпрома», где ему принадлежит 95,68% акций.
В частности, 8 апреля 2013 г. «Газпром нефть» и Royal Dutch Shell plc подписали Меморандум о подтверждении Генерального соглашения о партнерстве в области разведки и добычи сланцевой нефти. Стороны создадут совместное предприятие, которое займется новыми проектами по разведке и разработке нефтеносных сланцев на территории Ханты-Мансийского автономного округа

ГРП - технология, обеспечивающая лидерство России на мировом рынке нефти

Россия широко использует ГРП добывая нефть (газ пока что сам идет), причем большее количество ГРП применяет только США , а Россия уверенно занимает второе место в мире. С добычей газа, пока что больших проблем не возникает, но с нефтью не все так хорошо. Лавры многолетнего лидера добычи нефти видимо не дают покоя России, которая не первый год пытается навязать соперничество Саудовской Аравии. За последние несколько лет это удалось сделать фрагментарно, а также по результатам отдельных месяцев (рис. 1).

Несмотря на высокую мировой цену, нефть - как основной энергоресурс в мировом энергобалансе (нефть - 33%, уголь - 30%, газ - 24%), все еще составляет конкуренцию непомерно высоким ценам на российский газ. Россия продолжает использовать привязку собственных газовых цен к корзине нефтепродуктов, но это уже становится скорее частным случаем, т.к. многие страны уходят от этой привязки, отдавая преимущество торговле в центрах специализирующихся на торговле именно газом (биржа, хабах).

Лишь благодаря использованию многостадийного ГРП и технологии горизонтального бурения, России все еще удается наращивать добычу нефти. Это те же технологии, которые использует США для добычи сланцевого газа и нефти.

Российские компании пока что проводят 8-стадийный ГРП , в то время как западные - до 40 стадий, в среднем выполняют в 20 стадий. В июле 2013 г. американская компания NCS Oilfield Services провела 60-стадийный ГРП на скважине в Канаде, что стало новым рекордом. По запасам нефти Россия занимает 8-е место в мире, уступая нескольким странам ОПЕК и Канаде. Доказанные запасы нефти России в 3-4 раза меньше (рис.2), чем у Саудовской Аравии - мирового лидера нефтедобычи, но несмотря на это, Россия извлекает из недр объемы сопоставимые с Королевством. Большая часть добытой нефти поставляется на экспорт, что обеспечивает значительную долю финансовых поступлений в страну.

При очевидно разных возможностях и условиях добычи нефти гонка за лидерство между Саудовской Аравией и РФ продолжается. Именно поэтому ведущие российские компании, в т.ч. предприятия «Газпрома», именно в нефтяной отрасли отрабатывают и усовершенствуют методы увеличения (интенсификации) добычи углеводородов, среди которых - гидравлический разрыв пласта (или то, что называется фрекингом).

ГРП шагает по России

«…Россия является одним из крупнейших потребителей услуг по ГРП как для интенсификации добычи нефти, так и для увеличения нефтеотдачи пластов», - «Газпром нефть», 5.12.2012.

С 1985 г. в России создавались специализированные компании, которые, впоследствии ежегодно проводили тысячи ГРП . Для большинства разрабатываемых скважин ГРП стал необходимой частью в процессе добычи нефти. Наиболее эффективно ГРП применяется на российских скважинах с коллекторами характеризующимися низкой проницаемостью. Очень часто лишь благодаря применению ГРП удается достигнуть рентабельного уровня дебита скважин. В Сибири ежегодно проводится 500 скважино-операций. Еще на рубеже 2005 г. в структуре запасов для нефтедобычи в России более 40% располагалось в коллекторах с низкой проницаемостью, а в будущем ожидалось их увеличение до 70%. Поэтому большое внимание уделялось перспективам применения ГРП . (Ю.Д. Качмар, В.М. Світлицький и др. «Інтенсифікація припливу вуглеводнів у свердловину». - Львів, 2005. - 414 стор.)

В недалеком прошлом частные нефтяные компании «ЮКОС» и «Сибнефть» использовали метод ГРП на своих месторождениях, но данная информация не была доступна широкой международной общественности.
В марте 2013 г. на конференции «CERA Week» (г. Хьюстон, штат Техас, США ) российские нефтяные компании поведали миру о своих достижениях и планах по использованию ГРП для увеличения добычи на старых месторождениях. В частности отчитались нефтекомпании:
«Газпром нефть» в течении следующих трех лет совместно с Shell приступит к освоению пластов, месторождения сходного по своей геологической структуре с сланцевым месторождением Баккен (США ). Также в проекте примут участие «Роснефть» и Exxon Mobil;
«Роснефть» в 2013 г. планирует применить ГРП на 50 скважинах (в 2012 г. - на 3); «Лукойл» до 2011 г. не использовал ГРП , но к началу 2013 г. у компании уже было 215 горизонтальных скважин, а через три года их число будет увеличено до 450;

В открытых источниках не составляет труда найти более впечатляющие цифры использования ГРП российскими нефтяными компаниями.

В 2012 г. НК «Газпром нефть» пробурила 68 горизонтальных скважин, из них 19 - с применением многостадийного ГРП (до 6 стадий). До 2013 г. «Газпром нефть» уже провела 2,5 тысяч ГРП . Ежегодно проводится ~500 ГРП , и компания пока не планирует уменьшать эту цифру.

На 2013 г. было запланировано бурение 120 скважин, в т.ч. 70 с мультистадийнымГРП . 10 июля 2013 г. «Газпром нефть» впервые провела 8-стадийный ГРП на Вынгапуровском НГКМ . Позиция крупнейшей российской государственной нефтедобывающей компании относительно ГРП становится понятной из выступления Президента ОАО «НК «Роснефть» И.И.Сечина на конференции «CERA Week» г. Хьюстон, Техас, 6 марта 2013 года.

«…Роснефть стремится стать технологической компанией. В добыче мы уже активно используем такие методы, как многостадийный гидроразрыв пласта в сочетании с горизонтальным бурением. Особенности наших залежей требуют разработки и адаптации технологий стимулирования пласта, эту программу мы ведем сегодня с участием партнеров из Статойла и ЭксонМобил. Наши специалисты широко применяют бурение горизонтальных скважин с отходом от вертикали до 7 км, в т.ч. на шельфе, и с эффективной проводкой до 1 км в пластах толщиной всего 3-4 метра. Ведется разработка низкопроницаемых карбонатных залежей горизонтальными скважинами, в т.ч. многоствольными…», - отметил И.Сечин.

В частности, в начале ноября 2006 г. на Приобском нефтяном месторождении, эксплуатируемом ООО «РН-Юганскнефтегаз» (дочернее предприятие «Роснефть», которая получила контроль над основным активом «ЮКОСа» — «Юганскнефтегазом»), при участии специалистов компании Newco Well Service был произведён крупнейший в России гидроразрыв нефтяного пласта. Операция длилась 7 часов и транслировалась в прямом эфире через интернет в офис «Юганскнефтегаза». Согласно данным открытых источников, до мая 2012 г. «Юганскнефтегаз» выполнил более 10 000 ГРП .

В 2009-2010 гг. «Роснефть» оставалась крупнейшим клиентом сервисных компаний на проведение ГРП , и в настоящее время делается ˃2 тысяч ГРП в год, а абсолютное большинство новых скважин вводится в эксплуатацию после ГРП . НК «Татнефть» в 2013 г. планирует провести 579 ГРП (в 2012 г. - 376). За первое полугодие компанияООО «Татнефть-РемСервис» провела для «Татнефти» 309 операций ГРП , что на 113 больше, чем за 6 месяцев 2012 г. («Нефть России», 31.07.2013)

Из годового отчета НК «Лукойл» за 2012 г. становится известно, что компания активно использует ГРП в своей работе. «В 2012 г. инвестирование в высокотехнологичные методы разработки, такие как бурение горизонтальных скважин и ГРП , позволило Компании ввести дополнительные запасы в разработку на Северном Каспии и в Республике Коми…»

«К прорывным технологиям НК «Лукойл», внедренным в 2012 г., относится бурение горизонтальных скважин с МГРП . В 2012 г. введено 99 скважин с МГРП . Средний дебит нефти - 43,5 т/сут. Если в 2011 г. технология МГРП применялась только в Западной Сибири, то в 2012 г. - и на месторождениях ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ», ООО «ЛУКОЙЛ-Коми…». «…в 2012 г. Группа «Лукойл» выполнила 5 605 операций ПНП (повышения нефтеотдачи пластов), что на 15% выше уровня 2011 года. В 2012 г. дополнительная добыча за счет применения в России методов ПНП составила 23,1 млн т. Основной объем дополнительной добычи (˃15,1 млн т) получен за счет физических методов, в первую очередь за счет ГРП ..».

«В 2012 г. на месторождениях Группы проведены 867 операций ГРП со средним приростом дебита нефти 8,1 т/сут. За счет других методов ПНП - гидродинамических, тепловых, химических, интенсификации добычи было добыто почти 8 млн т нефти. В 2012 г. продолжилось активное внедрение новейших химических технологий (были проведены 1 602 операции против 1 417 в 2011 году)», - отчитывается НК «Лукойл» перед акционерами.

Результаты, а также планы работы российских нефтяных компаний свидетельствуют о том, что вряд ли в ближайшее время они изменят отношение к ГРП , за счет которого обеспечиваются значительные объемы добычи нефти. Применение ГРП активно осуществляется и на газовых месторождениях, но по понятным причинам информация об этом является более закрытой.

Об использовании ГРП на газовых месторождениях России сообщал многолетний партнер «Газпрома» немецкий концерн BASF . В частности речь шла о компании «Ачимгаз» (СП «Газпрома» и Wintershall), которая в Уренгое использует технологиюГРП : «… наша дочерняя компания Wintershall, соблюдая строгие стандарты безопасности и экологические нормы, на протяжении вот уже нескольких десятилетий использует эту технологию при добыче нефти и особенно газа в России, Аргентине, Нидерландах и Германии. До сих пор не было ни одного случая загрязнения грунтовых вод», - цитирует Харальда Швагера - члена Совета исполнительных директоров BASF SE отвечающего за нефтегазовый бизнес - газета Frankfurter Allgemeine. Основной тезис BASF и Х.Швагера, в частности: «…технология фрекинга в будущем получит широкое распространение в разных частях света, ее активное применение серьезно изменит систему энергоснабжения и цены на энергоносители».

Кто проводит ГРП в России

Услуги по проведению ГРП в России в основном оказываются западные специализированные сервисные компании. Имеющийся в России парк оборудованияГРП (флот) принадлежит как специализированным сервисным компаниям, так и сервисным подразделениям российских нефтегазодобывающих компаний. Наибольшее количество ГРП производят в России Trican Well Service, Сургутнефтегаз,КАТКО нефть, Schlumberger, CalFrac, ТатРемСервис, MeKamiNeft, Weatherford, Halliburton и ряд других компаний.В феврале 2013 г. компания «Татнефть» приобрела новый, второй по счету флот для проведения ГРП , который произведен в Беларуси по лицензии «американской» компании «NOV Fidmash» («Нефть России», 25.02.2013).

Лишь в конце мая 2013 г. в России были закончены испытания новейшего отечественного оборудования для ГРП нефтяных и газовых пластов.

Широкое применение ГРП на российских месторождениях нефти и газа — наиболее актуальная тема отрасли последние несколько лет. Увеличивающая потребность российских компаний в применении ГРП была спрогнозирована специалистами еще несколько лет назад. Разработка высокопроизводительного технологического комплекса ГРП была заказана Министерством образования и науки Российской Федерации в 2011 г. в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».

В основу передовых технических решений легли военные разработки. Производительность комплекса ГРП определяется мощностью насосной установки, а также количеством задействованных в процессе ГРП насосов. В новейшей российской технике ГРП применена газотурбинная силовая установка, развивающая мощность до 2250 л.с. и способная поддерживать ее длительное время. Подобные газотурбинные двигатели установлены в российских танках Т80 и американских «Абрамс».
Серийным производством высокопроизводительных комплексов ГРП с 2013 г. займется консорциум «РФК» — объединение российских машиностроительных предприятий во главе с ООО «Русская фрактуринговая компания». На сегодняшний день в консорциум помимо ПКБ «Автоматика» и Тихорецкого машиностроительного завода входит машиностроительная группа «ПромСпецСервис». Стоимость мобильного комплекса РФК запланирована в пределах 200-300 млн.рублей. (сайт «РФК» http://www.fracturing.ru/newsblender.html)

ГРП : от «полезного изобретения» до «варварского метода»

В то время как «Роснефть» является крупнейшим клиентом иностранных сервисных компаний на выполнение ГРП , а «Лукойл» - называет многостадийный ГРП - прорывной технологией, - высшее руководство России, вынуждено лукавить - отмежёвываясь от ГРП .

Причиной тому является развернутая антисланцевая кампания на просторах Европы и Украины, где именно ГРП - позиционируется как небезопасный вид добычи полезных ископаемых. В поддержке именно такой позиции, хоть и косвенно, прослеживается и российский след. Наиболее очевидно это в Болгарии и Украине.

«Гидроразрыв был полезным российским изобретением, а стал варварским способом добычи нефти» - приходит к выводу руководитель East European Gas Analysis Михаил Корчемкин по результатам собственного исследования: «До того, как стать “варварским способом” добычи нефти, эта технология считалась полезным российским изобретением, необходимым для модернизации и технического развития экономики страны».

Основанием для такого вывода послужила официальная позиция России: «…Что касается других способов добычи самой нефти с помощью гидроразрывов и других достаточно варварских способов, вы понимаете, к чему это приводит, специалисты это знают очень хорошо», - сообщил В.Путин на заседании Комиссии по вопросам стратегии развития ТЭК и экологической безопасности 13 февраля 2013 года.

Насколько такая позиция вяжется с планами российских нефтяных компаний относительно дальнейшего применения ГРП на месторождениях России? Ведь без применения ГРП на своих месторождениях Россия утратит позиции мирового лидера нефтедобычи и поступления в бюджет, т.к. именно этот метод интенсификации добычи многие годы позволял оспаривать лидерство Саудовской Аравии.

Некоторая разбежность позиций РФ и Украины относительно сланцевого газа и ГРП как метода его добычи, не сразу бросается в глаза: РФ не поддерживает добычу сланцевого газ, но полным ходом применяет ГРП на своих нефтяных месторождениях. В Украине же добыча сланцевого газа получила резонанс, в первую очередь из-за опасения последствий применения ГРП , хотя на самом деле этот метод также как и в России имеет долгую историю применения. Не исключено, что в том числе благодаря методу ГРП , в 80-х годах минувшего столетия Украина достигла доныне невиданных результатов в добыче газа.

Александр Лактионов
Главный специалист по исследованию энергетических рынков компании “Смарт Энерджи”, к.э.н.

Гидравлический разрыв пласта (ГРП или фрак, от английского hydraulic fracturing) является неотъемлемым процессом стимуляции скважины в процессе добычи нефти и газа из сланцевых пород.
Еще не так давно вокруг ГРП было очень много разговоров и очень многие организации выступали против разрешения на проведение ГРП. Главным аргументом против ГРП выдвигалась теория о том, что ГРП очень сильно загрязняет подземные источники пресной воды, вплоть до того, что из-под крана начинает течь вода с примесями газа, которые можно поджечь, о чем, кстати, был снят ролик, который попал во многие передачи и выпуски новостей.

Сегодня я затрону вопрос ГРП и мы посмотрим на то, как все выглядит на практике. А затем я расскажу о том, насколько правдивы разговоры о загрязнении пресных источников и пагубном влиянии ГРП. Так же я коснусь нашумевшего видео о том, как люди поджигаю воду в кране. Видео видели все, а вот историю за кадром этого видео почти никто не знает.

1. В начале разберемся с тем, что вообще такое ГРП, т.к. многие этого не знают. Традиционно нефть и газ добывались из песчаных пород, которые обладают высокой пористостью. Нефть в таких породах может свободно мигрировать среди песчинок к скважине. Сланцевые породы наоборот, имеют очень низкую пористость, а нефть в них содержится в трещинах внутри сланцевого пласта. Задача ГРП - увеличить эти трещины (или образовать новые), дав нефти более свободный путь к скважине. Для этого в нефтенасыщенный пласт сланца под высоким давлением нагнетается специальный раствор (на вид напоминающий холодец), состоящий из песка, воды и дополнительных химических добавок. Под высоким давлением нагнетаемой жидкости сланец образует новые трещины и расширяет уже имеющиеся, а песок (проппант) не дает трещинам сомкнуться, таким образом и улучшается проницаемость пород. ГРП бывает двух видов - проппантный (с использованием песка), и кислотный. Тип ГРП выбирается на основе геологии разрываемого пласта.

2. Для проведения ГРП требуется довольно большое количество техники и персонала. Технически же процесс идентичен не зависимо от компании, проводящей работу. К арматуре скважины подключается трейлер с блоком манифольдов. К этому трейлеру подключаются насосные установки нагнетающие раствор ГРП в скважину. За насосными станциями устанавливается смесительная установка, возле которой устанавливают трейлера с песком и водой. За всем этим хозяйством устанавливают станцию контроля. С противоположенной стороны арматуры устанавливается кран и каротажная машина.
***
Справа, на фотографии - блок манифольдов, слева - насосные трейлера, далее - арматура и за ней кран. Каротажная машина находится слева, за трейлерами. Ее видно на других фотографиях.

3. Процесс ГРП начинается в смесителе, куда подается песок и вода, а так же химические добавки. Все это смешивается до определенной консистенции, после чего подается в насосные установки. На выходе из насосной установки раствор ГРП попадает в блок манифольдов (это что-то вроде общего смесителя для всех насосных установок), после чего раствор отправляется в скважину. Процесс ГРП не проводится за один подход, а проходит этапами. Составлением этапов занимается команда петрофизиков на основе акустического каротажа, как правило, открытой скважины, проведенной во время бурения. В течении каждого этапа каротажная команда ставит в скважине заглушку, отделяя интервал ГРП от остальной скважины, после чего производит перфорацию интервала. Затем проходит ГРП интервала, и заглушка снимается. На новом интервале ставится новая заглушка, снова проходит перфорация, и новый интервал ГРП. Процесс ГРП может длится от нескольких дней, до нескольких недель, а количество интервалов может доходить до сотни.
***
Так выглядит смеситель. Шланги идущие к нему - линии подключения воды.

4. Помпы, используемые при ГРП оснащены дизельными двигателями мощностью от 1 000 до 2 500 л.с.. Мощные насосные прицепы способны нагнетать давление до 80 МПа, при пропускной способности 5-6 баррелей в минуту. Количество помп рассчитывается все теми же петрофизиками на основе каротажа. Высчитывается необходимое давление для разрыва пласта, и на его основе считается количество насосных станций. В течении работы количество используемых помп всегда превосходит расчетное количество. Каждая помпа работает в менее интенсивном режиме, чем это требуется. Делается это по двум причинам. Во-первых, это значительно сохраняет ресурс помп, во-вторых, при выходе из строя одной из помп она просто выводится из линии, а давление на остальных помпах слегка увеличивается. Таким образом поломка помпы не влияет на процесс ГРП. Это весьма важно, т.к. если процесс уже начат то остановка неприемлема.
***
Помпы подключенные к блоку манифольдов. "Будка" на заднем плане - пункт контроля работы смесителя. Противоположенный вид, от будки, - на второй фотографии.

5. Технология ГРП токовой не родилась вчера. Первые попытки "ГРП" предпринимались еще в 1900 года. Заряд нитроглицерина опускался в скважину, после чего детонировал. В то же время была опробования кислотная стимуляция скважин. Но оба метода, несмотря на раннее рождение, потребовали еще очень много времени, чтобы стать совершенными. Бум ГРП получил лишь в 1950-х годах, с развитием проппанта. Сегодня метод продолжает совершенствоваться и улучшаться. При стимуляции скважины продляется ее жизнь и увеличивается дебит. В среднем прирост нефтепотока к расчетному дебиту скважины составляет до 10 000 тонн в год. Кстати, ГРП проводится и на вертикальных скважинах в песчаннике, поэтому ошибочно думать, что процесс приемлем только в сланцевых породах и родился только что. Сегодня около половины скважин подвергаются ГРП стимуляции.

6. Тем не менее, с развитием горизонтального бурения очень многие люди стали высказываться против проведения стимуляций скважин, т.к. ГРП наносит вред окружающей среде. Было написано очень много трудов, снято видео и проведено расследований. Если читать все эти статьи, то все складно, но это только на первый взгляд, а мы же присмотримся к деталям.
***
Вид на блок манифольдов от арматуры. Кстати, ходить среди трейлеров и труб можно лишь во время каротажа, когда в системе нагнетания нет давления. Любой человек, появившийся среди трейлеров с помпами или труб во время проведения ГРП увольняется на месте без разговоров. Безопасность прежде всего.

7. Самый главный аргумент против ГРП - загрязнение грунтовых вод химическими веществами. Что именно входит в состав раствора - тайна компаний, но кое-какие элементы все же разглашены и есть в открытых публичных источниках. Достаточно обратиться к базе данных по ГРП "ФракФокус", и можно найти общий состав геля (1, 2). На 99% гель состоит из воды, лишь оставшийся процент - химические добавки. Сам проппант не входит в данном случае в подсчет, т.к. не является жидкостью, да и безвреден. Итак, что же входит в оставшийся процент? А туда входят - кислота, противокоррозийный элемент, фрикционная смесь, клей и добавки для вязкости геля. К каждой скважине элементы из списка подбираются индивидуально, всего их может быть от 3 до 12, попадающих в одну из вышеперечисленных категорий. Действительно, все эти элементы токсичны, и не приемлемы для человека. Примером конкретных добавок являются например: Ammonium persulfate, Hydrochloric acid, Мuriatic acid, Ethylene glycol.
***
Каротажная машина. Команда собирает заряды и готовит заглушку для проведения перфорации.

8. Как эти химические вещества могут подняться на верх минуя ловушки удерживающие нефть? Ответ мы находим в отчете Ассоциации по защите окружающей среды (3). Случиться это может либо из-за взрывов на скважинах, либо из-за разливов во время проведения ГРП, либо из-за разливов утилизационных бассейнов, либо из-за проблем с целостностью скважин. Первые три причины не в состоянии заразить источники воды на огромных площадях, остается лишь последний вариант, который сегодня официально подтвержден Академией наук США (4).

9. Кому интересно как отслеживается движение жидкостей внутри пород, то делается это с помощью так называемых трейсеров. Специальная жидкость, имеющая определенный радиационный фон, нагнетается в скважину. После чего в соседних скважинах, и на поверхности, ставят сенсоры, реагирующие на излучение. Таким образом можно смоделировать очень точно "общение" скважин между собой, а так же обнаружить утечки внутри обсадных колонн скважин. Не беспокойтесь, фон у таких жидкостей очень слабый, а радиоактивные элементы используемые при таких исследованиях очень быстро разлагаются не оставляя следов.

10. Нефть на поверхность поднимается не в чистом виде, а с примесями воды, грязи и различных химических элементов, в том числе и химическими добавками использованными во время ГРП. Проходя через сепараторы нефть отделяется от примесей, а примеси утилизируются через специальные утилизационные скважины. Говоря простым языком - отходы закачиваются обратно в землю. Обсадная труба зацементирована, но она ржавеет со временем, и в какой-то момент в ней появляется течь. Если труба имеет хороший цемент в затрубном пространстве - то это ржавчина не имеет значения, утечки из трубы не будет, если же цемента нет, или цементная работа была выполнена плохо - то жидкости из скважины попадут в затрубное пространство, откуда могут попасть куда угодно, т.к. течь может быть выше нефтяных ловушек. Эта проблема известна инженерам очень давно, и фокус на этой проблеме был заострен еще в начале 2000-х, т.е. задолго до обвинений в адрес ГРП. Еще тогда когда многие компании создали внутри себя отдельные ведомства отвечающие за целостность скважин и их проверку. Утечки могут приносить с собой в верхние слои пород много грязи, газа (не только природного, но и сероводорода), тяжелых металлов и способны заразить чистые источники воды и без химических элементов ГРП. Поэтому тревога поднятая сегодня является весьма странной, проблема существовала и без ГРП. Особенно это касается старых скважин, которым более 50 лет.

11. Сегодня регламенты многих штатов разительно быстро меняются, особенно это касается Техаса, Нью-Мексико, Пенсильвании и Северной Дакоты. Но к удивлению многих, - вовсе не из-за ГРП, а из-за взрыва платформы БП в Мексиканском заливе. Во многих случаях компании спешно проводят каротажи по проверке целостности обсадной трубы и цемента за ней, и передают эти данные в государственные комиссии. К слову заметить, что пока каротажи по целостности скважин официально никто не требует, но компании самостоятельно тратят деньги и делают данную работу. При неудовлетворительном состоянии скважины глушатся. Надо отдать должное инженерам, например из 20 000 скважин инспектированных в Пенсильвании, в 2008 году, было зарегистрировано лишь 243 случая утечек в верхние водные слои (5). Иными словами, ГРП не имеет отношения к заражению и газификации пресных вод, виной тому является плохая целостность скважин, которые не были заглушены вовремя. А токсичных элементов в нефтенасыщенных пластах полным полно и без химических добавок используемых во время проведения ГРП.

12. Другой аргумент, который приводят противники ГРП - чудовищное количество пресной воды требуемое для проведения операции. Воды для ГРП требуется действительно много. Отчет Ассоциации по защите окружающей среды дает цифры, всего с 2005 по 2013 года было использовано 946 млрд. литров воды, при том, что за это время было проведено 82 000 операций ГРП (6). Цифра интересная, если не задуматься. Как я упомянул до этого, ГРП начал широко использоваться с 50-х годов, но статистика начинается лишь с 2005, когда было начато массовое горизонтальное бурение. Почему? Хорошо было бы упомянуть общее количество операций ГРП и количество воды, израсходованное до 2005 года. Ответ на данный вопрос, частично, можно найти все в той же базе данных по ГРП "ФракФокус" - начиная с 1949 года было проведено более 1 миллиона операций ГРП (7). Так сколько же воды было использовано за это время? Об этом отчет почему-то не говорит. Наверное потому, что 82 тысячи операций как-то меркнут на фоне миллиона.

13. Вопросов к EPA (Environmental Protection Agency) тоже много. На EPA очень многие любят ссылаться, как на очень веский источник. Источник и в правду веский, но и веский источник может дать дезу. В свое время EPA нашумели на весь мир, проблема в том, что наделав шуму, мало кто знает чем все кончилось, а кончилась история весьма плачевно, для некоторых.
***
Так выглядит проппант. Его называет песком, на самом деле это не тот песок, который добывается в карьерах и в котором играют дети. Сегодня проппант изготавливается на специальных заводах, и бывает он разных видов. Обычно идентификация идет соразмерно песчинкам, например это - проппант 16/20. В отдельном посте непосредственно о процессе ГРП я подробно остановлюсь на типах проппанта и покажу его различные виды. А песком его называют потому, что при первом ГРП компания Халлибертон использовала обычный мелкий речной песок.

14. С EPA связано две очень интересные истории (8). Итак, первая история.
В пригороде Далласа, в городе Форт Ворс, нефтяная компания осуществляла бурение скважин для добычи газа, естественно с использованием ГРП. В 2010 году, региональный директор EPA, доктор (стоит обратить внимание на высокий статус и наличие хорошего, высшего, образования) Ал Армендариз, подал чрезвычайный иск в суд против компании. В иске говорилось что люди живущие вблизи скважин компании находятся в опасности, т.к. скважины компании газифицируют водные скважины находящиеся вблизи. В тот момент накал страстей вокруг ГРП был очень высок, и терпение ЖД комиссии Техаса взорвалось. Для тех, кто забыл - в Техасе вопросами земельного пользования и бурения занимается Железнодорожная комиссия. Была составлена научная группа, которую отправили для исследования качества воды. Верхний метан в под Форт Ворсом находится на глубине 120 метров и никакой шапки не имеет, в то время как глубина водных скважин не превышала 35 метров, а ГРП проходящий на скважинах компании был осуществлен на глубине 1 500 метров. Так вот, оказалось, что никаких тестов для исследования пагубного влияния EPA не проводили, а просто взяли и заявили, - ГРП загрязняет пресную воду, и подали в суд. А комиссия, взяла и провела тесты. Проверив целостность скважин, взяв пробы грунта и проведя необходимые тесты комиссия вынесла единый вердикт - ни одна скважина не имеет утечек и к газификации пресной воды отношения не имеют. EPA проиграли два суда, компании и второй суд непосредственно ЖД комиссии, после чего директор EPA, - доктор Ал Армендариз уволился "по собственному желанию". Сейчас он работает в ночном клубе в столице Техаса, городе Остин.

К слову, проблема газификации воды действительно есть, но она никак не связана с ГРП, а связана с очень неглубоким залеганием метана. Газ из верхних слоев постепенно поднимается наверх и попадает в водные скважины. Это естественный процесс, никак не связанный вообще с добычей и бурением. Такой газификации подвержены не только водные скважины, но и озера и родники.
***
Справа - ковш смесителя. Слева - контейнер с проппантом. Проппант подается в ковш на конвейерной ленте, после чего смеситель забирает его в центрифугу, где происходит его смешение с водой и химическими добавками. После чего гель подается к помпам.

15. А теперь дорогие читатели, сядьте поудобнее, запаситесь попкорном и пристегните ремни - я расскажу о нашумевшем видео, в котором люди поджигают воду текущую из-под крана.

Сразу за историей с нерадивым доктором из EPA, ЖД комиссия обратила свой взор на очень популярное видео, которое к тому моменту где только не показывали. Некий Стивен Липский, хозяин скважин с пресной водой, и консультант по вопросом окружающей среды Алиса Рич сняли видео, в котором они поджигают воду, идущую из-под крана. Водозабор производился из водных скважин Стивена. Вода загорелась, якобы, из-за высокой концентрации газа, в которой виновата нефтяная компания со своим злосчастным ГРП. На самом деле, при расследовании, оба обвиняемых сознались, что к системе трубопровода был подключен баллон с пропаном, и сделано это было с целью привлечения новостных ведомств, которое заставило бы людей верить в то, что ГРП виновато в газификации пресной воды. В данном случае было доказано, что Алиса Рич знала о фальсификации, но хотела передать заведомо ложные данные в EPA и между Алисой и Стивеном был сговор, для оклеветанная деятельности компании. Опять же, было доказано, что компания и процесс ГРП не наносят вреда окружающей среде. После этого инцидента, кстати, все как-то сконфуженно притихли относительно обвинений ГРП в газификации воды. Видимо отправляться за решетку никто не торопится. Или все разом поняли, что процесс этот естественен и был до появления ГРП?

Итак, подводя итог всему вышесказанному - любая деятельность человека наносит вред окружающей среде, добыча нефти - не исключение. ГРП, сам по себе, не наносит вреда окружающей среде, и в широком масштабе существует в промышленности уже более 60 лет. Химические добавки, закачиваемые в процессе ГРП на большую глубину не представляют никакой угрозы верхним водным слоям. Действительной проблемой сегодня является цементаж и сохранение целостности скважин, над которой компании усиленно работают. А химических элементов и грязи, которые способны отравить пресную воду, в нефтенасыщенных пластах хватает и без ГРП. Сам же процесс газификации естественен и о такой проблеме знали и без ГРП, с этой проблемой боролись и до ГРП.

Сегодня нефтяная промышленность намного чище и экологичное, чем когда-либо в истории, и продолжает бороться за сохранение окружающей среды, а многие истории и байки идут от очень недобросовестных работников официальных ведомств. К сожалению, такие истории очень быстро остаются в памяти большинства людей, и очень медленно опровергаются фактами, которые мало кому интересны.
Так же нужно не забывать, что война с нефтяными компаниями была, есть и будет всегда, и дешевый газ в огромных объемах не всем ко двору.

Важно, дополнение:
В связи с тем, что в комментариях начали появляться упоминания про Пенсильванию и наличие газа в скважинах с пресной водой, я решил так же прояснить данный вопрос. Пенсильвания очень богата газом, и один из самых мощных бумов газового горизонтального бурения пришелся как раз на этот штат, в особенности на северную его часть. Проблема в том, что залежей газа (метана и этана) в штате несколько. Залежи верхнего газа называются Devonian, в то время как залежи глубокого сланцевого газа имеют название Marcellus. После детального молекулярного анализа состава газа, и проверки 1 701 водной скважины (с 2008 по 2011 года) на севере штата, был дан единый вердикт - в водных скважинах нет сланцевого газа, а присутствует метан и этан из верхнего слоя Devonian. Газификация скважин естественна и связана с геологическими процессами, идентично проблеме Техаса. Процесс ГРП никак не способствует миграции сланцевого газа на поверхность.

Кроме того, в Пенсильвании, в связи с тем, что это был один из первых штатов в США вообще, сохранилось очень, очень много документов, уходящих в историю вплоть до начала 1800-х годов, в которых упоминаются горящие ручьи, а так же воспламеняющиеся источники воды, с обильной концентрацией газа в ней. Есть масса документов, в которых упоминается наличие очень высокой концентрации метана на глубине 20, лишь 20 метров! Масса документов указывает на очень высокую концентрацию метана в реках и ручьях, более 10 mg/L. Поэтому, в отличие от Техаса, где о подобных документах я лично ничего не слышал, в Пенсильвании проблема газификации была задокументированная еще до начала вообще хоть какого-либо бурения как такового. Поэтому о каком вреде ГРП идет речь, если есть документы которым более 200 лет, а так же молекулярно доказано, что газ в водных скважинах не является сланцевым? Организации, борющиеся с ГРП о таких документах почему-то забывают, либо подобными исследованиями не занимаются и не интересуются.

Так же стоит обратить внимание на то, что Пенсильвания является одним из штатов, который требует у операторов анализа качества пресной воды, согласно Акту 13, до начала бурения, для отслеживания уровня возможного загрязнения. Так вот, при анализе качества воды, почти всегда допустимая концентрация растворенного газа, 7000 μg/L, является превышенной. Вопрос, почему тогда люди не жаловались на состояние здоровья, экологию и загубленную землю на протяжении двухсот лет, а вдруг спохватились массово жаловаться с началом газового бурения? (9).
Газификация естесственна, и не является следствием ГРП и бурения вообще, эта проблема есть в любой стране, с залежами газа на поверхности.

Постскриптум:
Я думаю, многим будет интересно узнать о ГРП в России. На сегодняшний день в России работает около сотни комплексов ГРП. Все комплексы - иностранной сборки. Интерес к ГРП Россия проявляет с послевоенных времен, но в связи с огромными запасами газа в принципе ГРП не имеет бурного развития на сегодняшний день. Хотя работы и тесты проводятся.

Малая история ГРП

В мировой практике добычи нефти и газа, гидроразрыв пласта занимает видное место среди прочих методов интенсификации притока углеводородов. Однако в Украине последние несколько лет он подвергается критике, основанной на применении исключительно при добыче сланцевого газа, и сомнениях относительно совершенства технологий, которые нам якобы «навязывают» западные компании.

Альтернативой добыче собственных нефтегазовых ресурсов является их импорт. Стоимость импорта газа из России, основного поставщика для Украины, широко известна и она стала основной причиной активизации мер по снижению энергетической зависимости – диверсификации маршрутов и источников поставки газа, в т.ч.: внешней – поставки газа из Европы по схеме «реверса» и в виде СПГ , а также внутренней – увеличения собственной добычи на суше и шельфе.

Последнее время немногим компаниям, работающим на территории Восточной Европы, удается достигнуть значительного прогресса в добыче нефти и газа. В первую очередь это объясняется истощенностью месторождений и низким уровнем запасов, при которых традиционные методы бурения и добычи уже не работают. Другими словами, шансы на то, что после бурения обычной вертикальной скважины будет зафиксировано попадание в подземный природный резервуар скопления газообразных углеводородов и будет получен стабильный приток товарной продукции – невелики.

Условия добычи газа остаются почти неизменными на Севере России, Катаре, Иране и еще нескольких регионах, которые географически расположены над такими резервуарами, которые имеют гигантские масштабы и благоприятные условия залегания ископаемых. Более того некоторые из этих стран осуществляют обратную закачку добытого газа для увеличения давления в нефтяных пластах и таким образом – извлечения больших объемов нефти.

Однако все же большая часть стран мира вынуждена внедрять способы интенсификации добычи газа на своей территории, т.е. применять новые методы извлечения углеводородов на истощенных месторождениях и в новых, более глубоких, продуктивных горизонтах, где нефть и газ содержатся в плотных породах: угольных пластах, сланцах, плотных песчаниках и др.

Технология добычи углеводородов в плотных породах, которые залегают узким, но протяженным пластом, изначально требует бурения обычной вертикальной секции скважины, а после – горизонтальной секции (путем искривления ствола), сооружаемой внутри и вдоль продуктивного горизонта длинной около 1 км. Это позволяет увеличить площадь контакта с породой и соответственно увеличить приток товарной продукции с применением методов интенсификации добычи, известных и в США и СССР еще с 50-х годов прошлого века, в частности, такого как гидравлический разрыв пласта (ГРП ).

Применение именно таких методов позволяет странам с недостаточным ресурсным потенциалом, но высоким энергопотреблением получить, хотя бы относительную энергетическую независимость, снижая внешнее влияние от дорогостоящего импорта углеводородов.

Что такое «гидроразрыв пласта»?

«ГРП - один из методов интенсификации работы нефтяных и газовых скважин и увеличения приёмистости нагнетательных скважин. Метод заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида (газ, вода, конденсат, нефть либо их смесь) к забою скважины. После проведения ГРП дебит скважины, как правило, резко возрастает. Метод позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна. Кроме того, в настоящее время метод применяется для разработки новых нефтяных пластов, извлечение нефти из которых традиционными способами нерентабельно ввиду низких получаемых дебитов. Также применяется для добычи сланцевого газа и газа уплотненных песчаников» – Источник: Википедия.

Согласно терминологии «Газпрома»: «Гидроразрыв пласта – гидравлический разрыв пласта, - формирование трещин в массивах газо-, нефте-, водонасыщенных и других горных породах под действием подаваемой в них под давлением жидкости. Операция проводится в скважине для повышения дебита за счет разветвленной системы дренирования, полученной в результате образования протяженных трещин. Реализация гидроразрывов пластов на газовых скважинах стала возможной с появлением насосных агрегатов, обеспечивающих скорость закачки 3–4 куб.м/мин при давлении 100 МПа. При закачке в скважину рабочей жидкости с высокой скоростью на ее забое создается высокое давление. Если оно превышает горизонтальную составляющую горного давления, то образуется вертикальная трещина. В случае превышения горного давления формируется горизонтальная трещина.

В качестве рабочей жидкости, как правило, используют загущенные жидкости на водной или углеводородной основе. Вместе с рабочей жидкостью закачивают закрепляющий агент (песок или твердый материал фракции 0,5-1,5 мм), заполняющий трещину и препятствующий ее смыканию. При применении загущенной жидкости за счет снижения ее утечек в пласт можно поднять забойное давление при значительном снижении скорости закачки и за счет песконесущей ее способности транспортировать закрепляющий агент по всей длине трещины». На постсоветском пространстве общепринятым является сокращение – «ГРП», однако для подчеркивания негативного акцента процесса, чаще используется его иностранное название – «фрэкинг» (сокращение от англ. Hydraulic fracturing).

Некоторые факты про ГРП :

Жидкость для процесса в среднем 99,95% состоит из воды и песка с малой долей химических добавок, также используется вода и др. жидкости, азот или СО2, ранее применялся раствор с крахмалом;

Ежегодно десятки тысяч скважин подвергаются ГРП , по результатам которых пока что не доказано загрязнение подземных вод жидкостью применяемой при операции;

Лидерами применения и идеологами создания технологии являются США и Россия.

ГРП : насколько это новая технология?

ГРП не является новой технологией. Впервые он был применен в США в 1947 г. на газовом месторождении Hugoton в округе Грант юго-западного Канзаса компанией Stanolind. Эксперимент не был очень успешен. Патент на этом процессе был выпущен в 1949 г., а исключительная лицензия была выдана Halliburton Oil Well Cementing Company. 17 марта 1949 г. Halliburton выполнил первые два коммерческих ГРП в округе Стивенс (штат Оклахома), и округе Арчер (Техас). В качестве жидкости при первых ГРП использовалась техническая вода, в качестве расклинивающего агента – речной песок.
Чуть позже ГРП проводились и в СССР . В 1953-1955 гг. разработчиками теоретической основы стали советские учёные Христианович С.А. и Желтов Ю. П. (модель трещин ГРП «Христиановича-Желтова»), которые также оказали значительное влияние на развитие ГРП в мире. Сфера применения ГРП расширилась также на добычу метана из угольных пластов, газа уплотненных песчаников, а также сланцевого газа. Впервые в мире гидроразрыв угольного пласта был произведён в 1954 г. на Донбассе. Сегодня метод ГРП довольно часто применяется как государственными, так и частными добывающими компаниями как метод интенсификации добычи нефти и газа.

До 1988 г. в США было проведено более 1 млн. ГРП (1500 ГРП в месяц), а сфера применения этой операции настолько расширилась, что около 40% скважин после бурения подлежали проведению ГРП и более 30% запасов стало экономично выгодно разрабатывать с применением ГРП . Благодаря ГРП было обеспечено увеличение добываемых запасов на 1,3 млрд.т нефти.

В 2002 г. в Северной Америке была разработана модернизированная технология ГРП для коллекторов с высокой проницаемостью. Уже в 2005 г. было известно, что на 85% газовых и более 60% нефтяных скважин проводился ГРП . Таким образом, этот метод стал обычным методом завершения газовых скважин всех типов коллекторов.

За последние 65 лет, эта технология использовалась энергетическими компаниями для извлечения природного газа и нефти из ловушек в скальных образованиях, а также для стимулирования притока воды из водных скважин и доведения геотермальных скважин до коммерческой жизнеспособности. Сегодня, для получения или сохранения экономической целесообразности эксплуатации, девять из 10 сухопутных нефтегазовых скважин нуждаются в проведении ГРП .

ГРП – не является новинкой и для Европы. Например, во Франции, результаты отчета Парламентского управления по оценке научно-технологических решений (Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques, OPECST ) указывали на то, что процесс ГРП использовался в стране с 1980-х годов не менее 45 раз без каких-либо последствий для окружающей среды. Для сравнения, в Великобритании начиная с 1970 г. было проведено более 200 ГРП . В 1980-х годах Германия и Нидерланды, для увеличения объемов добычи на существующих наземных скважинах, начали применять ГРП . Начиная с 1975 г. массивные ГРП были проведены в Германии на газовых скважинах в плотных песчаниках Rotliegend и угольных пластах (рис. 2), что до сих пор обеспечивает большую часть немецкой добычи природного газа.

До настоящего времени в Нидерландах ГРП произведен на более 200 скважинах. В частности за 2007-2011 гг. на 22 скважинах, в т.ч. 9 – на суше и 13 – на шельфе.

Этот период совпал с открытием новых нефтегазовых месторождений в Северном море. В 1970-х годах Великобритания, Норвегия, Нидерланды и др. начали их эксплуатацию.

Инновационные возможности горизонтального бурения, которое позволяет добывать газ в больших объемах, были подтверждены французской компаний Elf Aquitaine, которая, в период 1980-1983 гг., успешно осуществила бурение нескольких скважин на юго-западе Франции.

Несмотря на успешность продвижения технологии страны ЕС по-разному рассматривают применение ГРП и вообще разработку сланцевого газа.
Статья 194 Лиссабонского договора (международный договор, подписанный на саммите ЕС 13 декабря 2007 г.), который был призван заменить не вступившую в силу конституцию ЕС, гласит, что принятие решений о структуре потребляемых энергоресурсов относится к компетенции конкретных государств-членов ЕС в свете отдельных энергетических приоритетов, проблем энергетической безопасности и имеющихся ресурсов. Именно поэтому разные страны-члены ЕС применяют различные подходы к разработке сланцевого газа.

Пример тому, Польша – крупный импортер природного газа, а также крупнейший в ЕС производитель и потребитель угля. Правительство Польши приняло решение о разведке сланцевого газа, как средства для поддержки снижения внутренней добычи традиционного газа, декарбонизации своей экономики (уменьшения объемов потребления угля и его доли в структуре энергобаланса) и уменьшения зависимости от импортируемого газа.

Другие страны, такие как Великобритания, Дания, Швеция, Венгрия, Румыния и Литва также изучают, планируют изучить потенциал своих ресурсов и постепенно внедряют ГРП на своих месторождениях. Пока что лишь три страны ЕС: Франция, Чехия, Болгария заблокировали использование ГРП на своей территории.

К концу ХХ века совместное применение горизонтального бурения и гидроразрыва вызвали революцию в газовой отрасли, которая началась в США и теперь меняет мир. (О роли США в сланцевой революции см. публикацию .) Несмотря на различное отношение к добыче сланцевого газа, США и Россия являются странами, где ГРП получил наиболее широкое распространение как один из основных методов добычи нефти и газа, – ежегодно производится несколько тысяч таких операций.

Мировые тенденции развития и расширения использования этого метода затронули не только страны Европы, но и Россию, и Украину, которые уже более 65 лет используют его на своих истощаемых месторождениях. Однако с 2006 г., на фоне обострения межгосударственных взаимоотношений в вопросе стоимости импорта российского газа, Украина определила одной из альтернатив снижения газовой зависимости от России – активизацию деятельности по разведке и добыче сланцевого газа. С этого момента официальные позиции двух стран, профессионального сообщества и граждан общества двух братских народов, относительно ГРП , стали расходиться.

Александр Лактионов
Главный специалист по исследованию энергетических рынков компании “Смарт Энерджи”

В современной отрасли нефтедобычи гидроразрыв пласта (ГРП) представляет собой эффективный метод воздействия на призабойную область скважины. Этот способ необходим для увеличения продуктивной отдачи от месторождения нефти или газа, степени поглощения нагнетательных разновидностей скважин, а также в рамках работ по изоляции грунтовых вод. Сам процесс гидравлического разрыва пласта включает создание новых трещин и увеличение уже имеющихся, которые пролегают в призабойной породе. Воздействие на трещины происходит посредством регулировки давления жидкости, подаваемой в скважину. В результате гидроразрыва пласта из скважины становится возможно добывать ценные ресурсы, расположенные на удаленном расстоянии от ствола.

Из истории появления гидроразрывов пласта

Разработки по увеличению производительности нефтедобычи из готовых скважин проводились в Штатах уже в конце XIXвека: тогда был опробован способ стимулирования посредством взрыва нитроглицерина, который разбивал твердые породы и позволял получать оттуда ценные ресурсы. В тот же период производились испытания по разработке призабойной зоны при помощи кислоты, и последний метод получил активное распространение в 30-е годы прошлого века.

В ходе применения кислоты для стимулирования продуктивности скважин было установлено, что повышение давления может привести к разрывам пластов. С этого началось развитие идеи гидроразрыва пластов породы, и первую попытку предприняли уже в 1947 году. Несмотря на неудачу, исследователи продолжали разработку метода, и их работы увенчались успехом спустя два года. В 50-е годы в Штатах все чаще стали проводиться разработки с применением метода гидравлических разрывов пласта, и к последней трети XXвека число таких операций превысило миллион только в самой Америке.

Гидравлический разрыв пласта как методика разработки скважин стал использоваться и в СССР: первые попытки отмечены 1959 годом. После этого наступил период угасания популярности этого способа, поскольку на территории Сибири стали разрабатывать скважины, которые и без дополнительных манипуляций обеспечивали бесперебойную добычу нефти и газа в нужных объемах. С конца 80-х методика вновь получила распространение, когда прежние месторождения перестали давать такое же количество ценных ресурсов, но еще не могли быть сочтены полностью исчерпанными. В настоящее время методика гидравлического разрыва пласта применяется на территории всей России, а также в других государствах.

Разновидности гидравлических разрывов пласта

В современной области разработки ресурсов различают два вида гидравлического разрыва:

• Проппантный гидроразрыв пласта. При этом методе применяется специальный материал для расклинивания. Во время процедуры проппант заливают внутрь для того, чтобы создаваемые от давления трещины не соединялись обратно. Такая разновидность способа хорошо подходит для песчаников, алевролитных и других терригенных пород. Гидравлический разрыв с пропаннтом используется чаще всего.
• Гидроразрыв пласта с применением кислоты. Такой метод более приемлем для карбонатных пород, и трещины, которые получаются при сочетании повышения давления и добавления разрушающей жидкости, не нуждаются в дополнительном закреплении, как в первом случае. Главное отличие кислотного гидравлического разрыва от обычной обработки той же кислотой заключается в количестве материала и степени давления.

Вне зависимости от типа обработки успешность применения ГРП зависит от ряда факторов. Прежде всего, объект для осуществления метода должен быть выбран с учетом его особенностей, видов пластов, а также глубины и интенсивности разработки. Выбор технологии зависит от условий, в которых находится скважина. При правильном применении эффективность нефтедобычи в обработанной скважине становится намного выше.

Процесс проведения гидроразрыва пласта

Гидроразрыв пласта целесообразно проводить для скважин с невысокой продуктивной способностью, которая происходит из-за естественной плотности слоев или при снижении качества фильтрации после вскрытия очередного слоя.

Процесс обработки занимает несколько этапов:

• Исследование скважины, в ходе которого определяется ее способность к поглощению, устойчивости к давлению и другие параметры.
• Очистка скважины. Для этого применяют дренажные насосы и промывают ствол, чтобы свойства фильтрации в призабойной области были достаточными для дальнейшей работы. Также скважина может быть обработана соляной кислотой, чтобы условия для формирования трещин от разрыва были оптимальны.
• Спуск в скважину труб для подачи жидкости в забой. Обсадная колонна оснащается пакером и гидроякорем для того, чтобы давление не деформировало трубу. Устье оснащается головкой для подсоединения оборудования, которое необходимо для нагнетания промывочной жидкости.
• Сам гидроразрыв производится посредством нагнетания жидкости до того времени, пока в пласте не появятся трещины. Сразу после гидравлического воздействия требуется закачать жидкость на высокой скорости.
• Устье перекрывается, скважину не трогают до уменьшения показателей давления.
• Промывка скважины после гидравлического разрыва и освоение.

При небольшой глубине гидроразрыв пласта может быть осуществлен без труб НКТ либо без предохранителя. В первой ситуации нагнетание производится по обсадным трубам, а во второй оно может быть организовано и по кольцу вокруг них. Данная методика позволяет минимизировать потери в показателях давления, если в процессе используется жидкость очень густой консистенции. Кроме того, для некоторых скважин проводят многоступенчатый разрыв, при котором разные пласты получают трещины, благодаря чему их проницаемость сильно возрастает.

Для определения местоположения самих трещин применяется метод радиоактивного каротажа. Данная технология позволяет узнать, где именно находятся разрывы, при введении обыкновенного и заряженного песка.