Может быть, вы слышали, что у нас небольшой энергетический кризис?
В условиях высоких цен на газ и высокой зависимости от неустойчивых ископаемых видов топлива существует острая необходимость в поиске альтернативных источников энергии. И давайте будем честными, большинство производителей энергии не расстроятся, если просто найдут больше источников ископаемого топлива.
ГРП- илигидроразрыв, или просто гидроразрыв - это один из способов, которым мы можем добраться до «скрытых» запасов природный газ, нефть - даже вода. Это звучит чрезвычайно сложно (и на самом деле это довольно крутой научный и инженерный подвиг), но фрекинг - довольно простой процесс. Глубоко под землей (мы говорим о 7 000 футов/2, 133 метра ниже поверхности) горные породы, такие как сланец, могут удерживать газы, воду или нефть в своих порах. Гидроразрыв пласта перемещает этот ресурс из пор горных пород в добывающие скважины.
Это делается путем создания горизонтальных «вен» от вертикальной скважины, а затем закачки в эту горизонтальную скважину воды (плюс песок и некоторые химические добавки) под чрезвычайно высоким давлением. Это вызывает трещины в породе, которые разветвляются, высвобождая газ, нефть или воду в образовавшиеся трещины. Газы и нефть нагнетаются в горизонтальные скважины, а затем поступают в резервуары для хранения вместе с водой, которая возвращается.
Так что все гладко! Мир получает доступ к некоторым труднодоступным энергетическим ресурсам, и все выигрывают, верно? За исключением, конечно, процесса, крайне сопряженного с проблемами экологии и безопасности. От обвинений в загрязнении подземных вод до сообщений о вырубке земель - у критиков постоянно растет список опасений, связанных с гидроразрывом пласта.
В этой статье мы углубимся в детали механики гидроразрыва пласта. Мы также рассмотрим последствия - как положительные, так и отрицательные - которые фрекинг может принести окружающей среде и обществу, и заглянем в будущее фрекинга.
Углубленный гидроразрыв
Чтобы понять, почему был разработан фрекинг, представьте себе традиционную операцию бурения. Колодец отлично работает, если мы подключаемся к большому бассейну газа или воды под землей, что позволяет нам выкачивать ресурсы из резервуара. Но когда ресурс, который мы пытаемся захватить, плотно заперт в порах сланца, как мы высвободим его и вытащим на поверхность?
Начинается примерно так же: бурится глубокая скважина. По оценкам Chesapeake Energy, средняя глубина ее колодцев составляет 7 700 футов/2 347 метров (примерно шесть Эмпайр-стейт-билдингов, поставленных встык). Колорадская нефтегазовая ассоциация дает диаметр отверстия 12,25 дюйма (31 сантиметр). Когда колодец достигает нужной глубины, он поворачивает вправо или влево (называемыйточкой старта) и становится горизонтальным. Этот горизонтальный участок может занимать от 1 000 до 6 000 футов или от 305 до 1 829 метров.
Стальная обсадная труба помещается вскважину, т. е. в пробуренное отверстие. Сталь предназначена для защиты грунтовых вод и прилегающей территории от любой потенциальной утечки во время гидроразрыва пласта. Внизу, в горизонтальной части колодца, сталь перфорируется насквозь с помощью инструмента, который может проникать в сталь и цемент колодца, создавая небольшие отверстия для выхода воды или мельчайших частиц - очень похоже на ваш кухонный дуршлаг. В этот момент водный раствор (о котором мы поговорим позже) закачивается под чрезвычайно высоким давлением.
Когда раствор достигает перфорированных точек, жидкости становится слишком много, чтобы камень мог ее впитать, и камень трескается. Для завершения гидроразрыва требуется от 3 до 10 дней. Добавки и песок, найденные в водной смеси, удерживают эти трещины открытыми, позволяя газу (или любому другому ресурсу) выходить и подниматься на поверхность в воде, которая закачивается обратно и отделяется. Эти ресурсы могут течь из трещин в течение многих лет или, возможно, десятилетий. Сточные воды хранятся и очищаются, закачиваются в нагнетательные скважины или перерабатываются; его также хранят в открытых ямах или используют на дорогах.
Оборудование, используемое при гидроразрыве пласта, (как и ожидалось) рассчитано на тяжелые условия эксплуатации. Имейте в виду, что для доставки 1 миллиона галлонов (3,8 миллиона литров) воды в колодец требуется около 200 танкеров, а для более глубоких сланцевых пластов может потребоваться от 2 до 10 миллионов галлонов (от 7,6 до 37,9 миллиона литров) воды. Одних только «насосных машин» требуются для подачи раствора под давлением в ствол скважины.
Прежде чем мы перейдем к некоторым вопросам, связанным с гидроразрывом пласта, давайте рассмотрим некоторые причины, по которым люди так взволнованы.
Гасленд
Номинированный на премию Американской киноакадемии документальный фильм 2010 года «Газланд» рассказывает историю жителей, пострадавших от гидроразрыва пласта в своих общинах. Многие помнят (буквально) зажигательный образ человека, поджигающего воду из-под крана - предположительно из-за природного газа, загрязняющего водопровод. Официальные лица в Колорадо определили, что утечка произошла из-за естественного запаса метана, который просочился в скважину домовладельца, а не из-за гидроразрыва. Тем не менее, были случаи, связанные с фрекингом, когда метан попадал в водоснабжение, и газовые компании были вынуждены признать свою ответственность и заплатить огромные штрафы за свою халатность.
Заправиться
Как вы понимаете, существуют довольно серьезные критики фрекинга. Но прежде чем мы углубимся в подводные камни операции, давайте рассмотрим некоторые преимущества, которые описывают сторонники.
Начнем с того, что многие отмечают, что фрекинг дает людям множество доступных ресурсов, которые обычно находятся в порах породы.
Есть и экологические аргументы: вместо того, чтобы бурить много скважин, процесс включает бурение одной скважины, которая уходит горизонтально, что имеет преимущества на рельефе поверхности. По оценкам, доступ к 90 процентам газовых скважин сегодня должен осуществляться посредством гидроразрыва пласта. Кроме того, также утверждается, что природный газ является более экологически чистым топливом, чем нефть или уголь, и это правда: он действительно сгорает более чисто, с резким сокращением выбросов углекислого газа, оксидов азота и оксидов серы. (В следующем разделе мы увидим некоторые аргументы против «чистого» характера фрекинга.)
Такие компании, как Chesapeake Energy и Halliburton, также быстро отмечают, что каждый раз, когда США сокращают свою зависимость от иностранной нефти, это выгодно американским компаниям и потребителям. И нет никаких сомнений в том, что гидроразрыв пласта успешно используется для получения внутреннего природного газа в США: из 1,1 миллиона операций по гидроразрыву пласта за последние 60 лет американцы получили примерно 600 триллионов кубических футов (почти 17 триллионов кубических метров) природного газа.
И мы не можем забыть о создании рабочих мест и их друге, доходе. По оценкам Департамента охраны окружающей среды штата Нью-Йорк, если штат вновь откроет свои двери для фрекинга (он ввел запрет на фрекинг в 2008 году), будет создано 17 6000 рабочих мест и будет накоплено 125 миллионов долларов налоговых поступлений. Фрекинг, как и нефтяная и горнодобывающая промышленность в целом, не является семейным бизнесом. В этом есть большие деньги, и для некоторых это достаточная мотивация. Однако таких больших выплат не происходит для операторов, которые случайно подключаются к источникам воды или разрушают недвижимость в результате несчастных случаев. По этой причине можно утверждать, что выплата на самом деле заставит операторов следовать безопасным и этичным методам.
Сланцевые регионы
Несмотря на то, что большие запасы природного газа находятся на всей территории США, есть несколько крупных участков, известных каксланцевые регионы К ним относится регион Марцеллус (охватывающий части штатов Огайо, Пенсильвания, Западная Вирджиния, Мэриленд и Нью-Йорк), сланцевый регион Антрим в Мичигане и сланцевое месторождение Барнетт в Техасе.
Фрекинг запрещен
До сих пор мы обсуждали только логистику и преимущества ГРП. Но фрекинг - это не совсем так, когда дело касается безопасности. На самом деле, почти на каждый аргумент в пользу гидроразрыва, который мы выдвинули в предыдущем разделе, есть довольно веский контраргумент.
С одной стороны, фрекинг по-прежнему является серьезной операцией по добыче полезных ископаемых. Это означает, что бурение, а также грузовики, насосы, транспорт и контейнеры для хранения по-прежнему будут присутствовать на площадке вместе с необходимой соответствующей инфраструктурой. Хотя газовые компании стремятся сделать так, чтобы поиск природного газа на сельскохозяйственных угодьях был бы подарком находки для фермеров, нуждающихся в деньгах, существуют также проблемы с трубопроводами, наносящими ущерб посевам, и оборудованием, разрывающим дороги.
Одна из самых больших претензий к гидроразрыву связана не с самим процессом, а с жидкостью, которая закачивается в скважину для образования трещин. Химические добавки составляют 0,5-2,0 процента водно-песочной смеси. Добавки включают кислоты, помогающие растворять минералы, химические вещества, содержащиеся в моющих, дезинфицирующих и бытовых чистящих средствах. Имейте в виду, что используются миллионы галлонов вещества; Тогда 4 миллиона галлонов (15 миллионов литров) жидкости для гидроразрыва эквивалентны 300 тоннам химических добавок. Огромную озабоченность вызывает то, что эти жидкости остаются в земле и просачиваются в почву и грунтовые воды. (Не говоря уже о возможности поверхностных разливов.)
После разрыва возникает больше проблем. Крошечные трещины могут распространяться далеко, что означает, что технически они могут в конечном итоге расколоться в водопроводе. (Хотя это еще не было задокументировано, потенциальные случаи изучаются). Это означает, что нефть или природный газ могут попасть в питьевую воду.
Есть также проблема огромного количества образующихся сточных вод. Ежегодно необходимо утилизировать миллиарды галлонов сточных вод. Часто это означает очистку на местных очистных сооружениях с последующим сбросом в поверхностные воды. Некоторые также испаряют более летучие химические вещества, содержащиеся в смеси, а это означает, что, несмотря на все разговоры о «чистом сжигании природного газа», существуют проблемы с загрязнением воздуха, когда речь идет о добыче газа (не говоря уже о цистернах, грузовиках и оборудовании, которое находятся в дороге, что не помогает загрязнению).
И одна из проблем, которую мы рассмотрим в следующей главе, заключается в том, что никто не уверен в том, насколько все это вредно.
Будущее фрекинга
Хотя упрощенное использование гидроразрыва пласта существует с середины 1800-х годов, только в последние два десятилетия технология гидроразрыва развилась так, что можно было достичь экономичного коммерческого масштаба. Давайте иметь в виду, что более 90 процентов U. Природный газ С. поступает из внутренних источников; хотя у США нет таких же запасов, как у богатых нефтью стран Ближнего Востока, у них достаточно энергии, чтобы питать каждое устройство, работающее на природном газе, в течение следующих 20 лет.
Из-за того, что добыча сланцевого газа - это такое новое предприятие, критики сетуют на отсутствие исследований и серьезных научных исследований, которые (по общему мнению) должны сопровождать такие опрометчивые вещи. Но проводятся исследования, которые придают обеим сторонам вопроса больше нюансов. Одно из недавно появившихся утверждений состоит в том, что гидроразрыв вызывает такую неустойчивость под землей, что землетрясения возникают из-за огромного давления закачиваемой воды. Национальный исследовательский совет не смог найти никаких доказательств в поддержку этого утверждения, но не выходите сверлить еще: Группа действительно обнаружила, что вода, выбрасываемая из колодцев в резервуары для хранения, была связана с небольшими землетрясениями. Итак, землетрясения происходили, но их причина отличалась от предсказанной.
Трудно отрицать, хорошо это или плохо, что гидроразрыв произвел не что иное, как революцию в горнодобывающей промышленности. Благодаря фрекингу в США резко возросла добыча нефти. К 2013 году США будут производить 11,4 млн баррелей нефти в день, что соперничает с лидерами Саудовской Аравии в 11,6 млн баррелей. Exxon Mobil Corp. и Chesapeake Energy планируют пробурить еще десятки тысяч скважин к 2020 году, а последствия для страны заставили Министерство энергетики США более активно участвовать в изучении практики и безопасности.
Тоже трудно не согласиться? Убедиться, что химические соединения и методы, используемые при гидроразрыве пласта, безопасны для тех, кто работает и живет в пострадавших районах. В 2011 году руководители Halliburton попали в заголовки газет, когда один из них выпил жидкость для гидроразрыва пласта, чтобы доказать ее безопасность. И хотя это звучит глупо, вы можете отдать должное компании за то, что она фактически изменила состав жидкости для гидроразрыва пласта, чтобы материалы в ней были получены из пищевой промышленности. Ее новая жидкость для гидроразрыва CleanStim обещает снизить риск химического воздействия и, наряду с новыми средствами для очистки воды и уменьшения количества бактерий, составляет новую технологию CleanSuite, которая, как надеется Halliburton, уменьшит проблемы со здоровьем и окружающей средой, связанные с гидроразрывом пласта.
Звучит неплохо, но нельзя отрицать, что потребуется гораздо больше исследований, чтобы убедить всех в безопасности фрекинга.
Примечание автора: как работает фрекинг
Трудно не сказать "Да, но" каждой стороне дебатов о гидроразрыве. Поможет ли это с зависимостью США от иностранной нефти? Да, но у него еще нет экологических достижений. Могут ли тонны химических добавок, закапываемых в землю, стать источником загрязнения? Да, но энергетические компании якобы занимаются тем, чтобы сделать эти добавки безопасными. Мне кажется, что любой, кто уверен в своей жесткой позиции в отношении гидроразрыва пласта, вероятно, не признает, насколько многогранен этот вопрос. Лучшее, что вы можете сделать, - это быть в курсе последних событий, читая и исследуя новые разработки, поскольку фрекинг внедряется в наши сообщества.