Способ добычи сланцевых газов, разрабатываемый учеными ТПУ, может оказаться наиболее перспективным и экологичным из всех ныне существующих
Как уже говорилось выше, в настоящее время подземную газификацию горючих сланцев промышленно осуществляют только в США, применяя внутрипластовые гидроразрывы и сбор метана газоносных сланцевых пластов. Эту работу ведут Chesapeake Energy, Exxon Mobil Corporation и другие крупнейшие корпорации. Однако даже сами добывающие компании признают, что эта технология приводит в негодность твердую составляющую породы, пропитывая ее большим количеством вредного для экологии водного раствора. Не считая больших экологических проблем, из-за которых большинство европейских стран отказалось от этой технологии, ее основным недостатком можно считать крайне низкую степень использования органической массы породы – всего 3–5 %. По мнению ученых ТПУ, конверсия органической массы сланцев и бурого угля в горючие газы и жидкости непосредственно под землей выглядит сегодня наиболее перспективным и экологичным способом разработки месторождений. Особенно многообещающе при этом создание подземного реактора, в котором углеводороды и водород будут производиться в результате пиролиза, как предлагал еще выдающийся русский ученый Дмитрий Менделеев.
МЕТОД ДЕШЕВЫЙ И ЭФФЕКТИВНЫЙ
Ученые из Института физики высоких технологий ТПУ, нашли принципиально новый способ нагрева породы, который основан на всестороннем исследовании свойств материала.
В технологии применяются специфические электрофизические эффекты, присущие слоистым диэлектрическим и полупроводящим материалам.
– Основная задача этого способа заключается в нагреве подземного пласта до температуры разложения гуматов и сапропелитов без использования каких-либо химических реагентов, окислителей, гидроразрыва пласта и с минимальным потреблением воды, – рассказывает заведующий кафедрой техники и электрофизики высоких напряжений ТПУ профессор Владимир Лопатин. – Таким требованиям может удовлетворить электрофизический способ нагрева. Однако, поскольку твердые топлива обладают высоким электрическим сопротивлением, прямой резистивный нагрев технически неосуществим. Мы предлагаем для стартового нагрева слабопроводящих ископаемых топлив использовать диэлектрические потери электромагнитного поля и плазму частичных разрядов в порах с последующим триигом – ростом древовидной разрядной структуры. После замыкания межэлектродного промежутка разрядными каналами нагрев осуществляется преимущественно за счет резистивных потерь в образующейся уже на стадии триинга области карбонизации с невысоким электросопротивлением.
Электроды планируется размещать в пробуренные скважины, а образующиеся газы и сланцевая нефть под воздействием избыточного давления будут отбираться через эти же или дополнительные скважины. Высокое напряжение небольшой мощности требуется только на стадии триинга, а после формирования канала электротеплового пробоя достаточно низкого напряжения для поддержания плазмы и роста области карбонизации.
Выполненные измерения температурных зависимостей диэлектрических и теплофизических свойств сланцев позволили рассчитать динамику распределения температуры в пласте и подтвердить возможность реализации нагрева электрофизическим способом.
– Лабораторные исследования пиролитической газификации кусков сланцев с характерным размером 0,3 метра позволили определить энергозатраты конверсии и состав газа, – говорит Владимир Лопатин. – Энергетическая эффективность конверсии сланцев Цзилиньского месторождения в Китае только по газовой компоненте, оцененная по теплотворной способности образующихся горючих газов, составила 1:50. Пиролитическое разложение осуществляли в камере под давлением азота до 10 атмосфер, имитирующим давление в пласте.
Результаты лабораторных исследований подтвердили возможность пиролитической конверсии сланцев в подземном реакторе и показали перспективность развития такой технологии газификации.
КИТАЙ ДЕЛАЕТ СТАВКУ НА ТПУ
Мы неслучайно упомянули, что первые лабораторные исследования были проведены учеными ТПУ на сланцах Цзилиньского месторождения. Дело в том, что в этой стране существуют огромные запасы сланцев и сейчас Китай энергично ищет способы добычи сланцевого газа, однако... по возможности, более дешевые и экологичные, чем те, что применяются в США. Электрофизический способ преобразования горючих сланцев в жидкие и газообразные топлива непосредственно под землей позволяет добиться высокой экономической эффективности и экологичности при производстве топлива. Ученые из Института физики высоких технологий ТПУ начали работу над этим способом еще в 2009 году, а вскоре их результатами заинтересовались в Китае.
В итоге делегация ученых Института физики высоких технологий ТПУ посетила Цзилиньский университет
(г. Чанчунь, КНР) в рамках совместного проекта по созданию технологии получения газообразного топлива из ископаемой породы. Делегацию возглавил заведующий кафедрой техники и электрофизики высоких напряжений ТПУ профессор Владимир Лопатин.
Во время рабочего визита в Цзилиньский университет ученые ТПУ осуществили газификацию образца горючих сланцев в экспериментальной камере, моделирующей условия залегания подземного пласта.
– Отсутствие открытого пламени позволяет добиться большого выхода водорода, этана, метана и др., и минимизации выделения парниковых газов, – рассказывает Владимир Лопатин. – Китайские коллеги наглядно убедились, что наш способ оказался дешевле и экологичнее, потому что никаких химических веществ при этом в скважину закачивать не нужно, как это происходит в существующих технологиях. Кроме того, таким способом можно добывать значительно большее количество газа, чем при использовании других технологий.
В результате исследований в Томске и Чаньчуне были получены образцы горючего газа и синтетической нефти, оптимизированы режимы нагрева. На основе результатов планируется разработать опытно-промышленное оборудования для испытаний непосредственно на месторождении горючих сланцев к 2015 году.
На сегодняшний день китайская сторона настолько заинтересовалась результатами работы томских ученых из ТПУ, что предложила им начать разработку конкретной технологии добычи сланцевого газа в промышленных масштабах. По словам Владимира Лопатина, это предложение весьма заманчиво, однако ученым из ТПУ хотелось бы, чтобы плодами их работы воспользовались, прежде всего, в нашей стране:
– Пока мы не видим никакой особой заинтересованности со стороны российских газовых и нефтяных корпораций в разработке новых способов добычи сланцевого газа. Возможно, что пока наше предложение не дошло до тех людей, кто принимает стратегические решения в данной отрасли. Однако мы надеемся, что рано или поздно плодами наших научных экспериментов воспользуются на практике. Желательно, чтобы это произошло у нас на Родине.
Александр Воронцов