Репортаж про поїздку на газовий проект Шелл в США. Частина 2 – Буріння свердловин та проведення гідророзриву

На території штату Пенсильванія сланцеві породи родовища Марселлус залягають на глибині 2-3 км. Потужність пластів сланцевих порід складає 30-35 метрів.

Читайте також: Репортаж про поїздку на газовий проект Шелл в США. Частина 1

Відповідно, типова глибина буріння свердловин складає 2-3 кілометри, а довжина горизонтальної ділянки – близько 1,5 км. З однієї ділянки зазвичай бурять 6 свердловин на відстані близько 5 метрів одна від одної. Вартість буріння кожної свердловини складає близько 6-7 мільйонів доларів.

Газ, який видобувається на території округу Тайога, містить 97% метану, незначну кількість етану та домішки інертних газів.

Планування ділянки для видобутку сланцевого газу

Підготовка земельної ділянки для видобування сланцевого газу. Фото Станіслава Черногора

Підготовка земельної ділянки для видобування сланцевого газу. Фото Станіслава Черногора

Перший етап робіт на будь-якому майданчику з видобування сланцевого газу – це планування та вирівнювання ділянки. Верхній шар грунту знімається і складується по периметру майданчика, аби потім бути використаним для рекультивації ділянки. Транспортування матеріалів з та на ділянку мінімізується для оптимізації витрат. Будівельні роботи тривають близько 70 днів. Регуляторні вимоги вимагають повернення до початкового стану загального ландшафту та трав’яного покриву. Питання відновлення дерев, якщо вони росли на майданчику, вирішується в рамках угоди із землевласником.

Буріння свердловини

Територія бурового майданчика має приблизний розмір 200 на 200 метрів. Зазвичай, горизонтальні ділянки свердловин мають протяжність 1,5 кілометри і направлені під кутом одна до одної в два боки від бурового майданчика: 3 в один бік, 3 в інший. Таким чином, територія, яку охоплює буріння з одного майданчика має форму прямокутника зі сторонами 1000 метрів на 3000 метрів (3 кілометри квадратних).

Мапа ділянок, з яких видобувається сланцевий газ. Прямокутниками зображено територію, на якій газ видобувається з одного майданчика. Фото Дмитра Бикова

Мапа ділянок, з яких видобувається сланцевий газ. Прямокутниками зображено територію, на якій газ видобувається з одного майданчика. Фото Дмитра Бикова

Буріння кожної свердловини займає близько 2 тижнів, а загальний процес буріння 6 свердловин на одному майданчику займає близько 3 місяців. Швидкість буріння залежить від розвитку технологій, наявності відповідного обладнання та досвіду буріння в конкретних геологічних умовах. Для прикладу першу свердловину компанії Шелл в Україні Біляївська-400 бурили майже рік.

Буровий станок. Фото Дмитра Бикова

Буровий станок. Фото Дмитра Бикова

При бурінні свердловин встановлюється три рівні сталевої обсадки та цементування свердловини для уникнення потрапляння вуглеводнів та інших хімічних речовин в підземні горизонти. Перший рівень сягає глибини 150 метрів і слугує для захисту підземних вод. Далі використовується долото меншого розміру, за допомогою якого пробурюється свердловина до глибини 750 метрів. Саме до цієї глибини встановляється проміжна сталева обсадка та другий рівень обмурівки для захисту поверхневих підземних порід від потрапляння вуглеводнів. Після буріння всіх 6 свердловин до глибини 750-900 метрів на ділянці встановлюють більший буровий станок, який закінчує буріння вертикальної ділянки та бурить горизонтальні відводи.

Свердловина, яку відвідала українська група, матиме загальну протяжність 3 658 метрів, з яких на момент візиту групи залишилося пробурити близько 427 метрів горизонтальної ділянки.

Українська група та фахівці компанії Шелл на буровому майданчику. Фото Станіслава Черногора

Українська група та фахівці компанії Шелл на буровому майданчику. Фото Станіслава Черногора

Зміна напряму буріння свердловини відбуваєтться поступово: кожен елемент колони змінює нахил всього на 2 градуси. На 30 метрів буріння досягається зміна кута у 8 градусів, а повний поворот на 90 градусів відбувається на відстані близько 300 метрів.

Станок приводиться в дію за допомогою газових двигунів, які використовують газ із сусідніх свердловин. Дизельні двигуни використовуються лише при запуску, а також для підвищення потужності при потребі. Такий підхід знижує локальне забруднення повітря на ділянці, оскільки викиди від спалювання природного газу є меншими у порівнянні із викидами від спалювання дизельного палива. На ділянці використовувалися два газових двигуна потужністю 11 МВт та менші дизельні двигуни потужністю 750 кВт.

Після закінчення буріння свердловини вудбувається випробовування свердловини під тиском на цілісність.

Проведення гідророзриву

Під час візиту на газовий проект Шелл в США українська група відвідала свердловину Delaney 451, на якій нещодавно закінчилася операція з проведення гідророзриву і відбувалася робота установки ГНКТ (гнучкі насосно-компресорні труби) з очищення стовбура свердловини.

Вигляд території до початку видобування сланцевого газу. Знімок Google Earth

Вигляд території до початку видобування сланцевого газу. Знімок Google Earth

Свердловина Delaney 451 розташована поруч із новозбудованим резервуаром для зберігання запасу свіжої води (відкритий трикутний резервуар на малюнку нижче) та закритою ємністю для зберігання відпрацьованої води, що може бути використана на інших свердловинах (закритий резервуар округлої форми у правому нижньому куту на малюнку нижче).

Детальніше про систему управління водними ресурсами читайте в одній з наступних публікацій за результатами візиту на газовий проект Шелл в США.

Вигляд території в процесі видобування сланцевого газу. Знімок Google Earth

Вигляд території в процесі видобування сланцевого газу. Знімок Google Earth

Майданчик для буріння огороджений ровом із насипаним всередині камінням для уникнення ерозії грунтів та відведення дощової води, аби та не потрапляла на поля фермерів, що знаходяться в 10-15 метрах від ділянки для буріння.

Найближчий будинок розташований на відстані близько 150 метрів від виробничого майданчика.

На задньому плані видно найближчий будинок, який також можна побачити на супутникових знімках вище. Фото Дмитра Бикова

На задньому плані видно найближчий будинок, який також можна побачити на супутникових знімках вище. Фото Дмитра Бикова

Під час проведення гідророзриву пласта установка ГНКТ опускає в свердловину пристрій для перфорації, який містить заряди конусовидної форми. Після приведення зарядів у дію утворюються отвори в металевій колоні, обмурівці свердловини і породі глибиною близько 30 сантиметрів. Саме через ці отвори в подальшому в товщу сланцевих порід під тиском закачується рідина для гідророзриву, яка поглиблює тріщини в породі та не дозволяє їм змикатися.

Тріщини внаслідок проведення гідророзриву можуть сягати 200 метрів і мають середню товщину в кілька міліметрів.

Під час проведення гідророзриву проводиться акустичний моніторинг на випадок виникнення підземних поштовхів, спричинених закачуванням рідини для гідророзриву.

Швидкість закачування води під час проведення гідророзриву складає 8-12 метрів кубічних на хвилину, а тривалість закачування – 1,5-2 години на кожну стадію. Таким чином, загальний обсяг води на кожну стадію гідророзриву сягає 720-1440 метрів кубічних. На кожній свердловині може бути проведено близько 15 стадій гідророзриву.

Кожна стадія гідророзриву відокремлюється спеціальними пробками із м’якого полімеру. Після завершення операції з гідророзриву за допомогою установки ГНКТ здійснюється очищення стовбура свердловини та вибурюванн пробок, які розділяють різні стадії фрекінгу.

Установка ГНКТ. Фото Дмитра Бикова

Установка ГНКТ. Фото Дмитра Бикова

Після цього частина рідини для гідророзриву (50-70% за оцінками фахівців Шелл), яка була закачана в породу, повертається на поверхню. Ця рідина окрім початкових складових може містити метан, важкі метали, природні радіоактивні елементи та інші речовини, що містяться в геологічних формаціях.

Читайте також: Поводження зі зворотною водою при видобуванні сланцевого газу

Якщо на момент закінчення гідророзриву до ділянки не підведено газопровід, то природний газ, що надходить разом зі зворотними водами, виділяється в сепараторах і направляється на факел. Таким чином, в повітря потрапляє не метан, що має високий потенціал глобального потепління, а продукти його згоряння: вуглекислий газ та вода. Період спалювання газу на факелі короткий і використовується для оцінки дебіту свердловини. Свердловина може потім бути заблокована на певний час для підведення газопроводів. Сепаратори також відокремлюють пісок і інші тверді речовини і воду.

Сепаратори. Фото Станіслава Черногора

Сепаратори. Фото Станіслава Черногора

Рідина, що повертається на поверхню, збирається через підземні труби, які з’єднують колонні головки та сепаратори, у спеціальні ємності. Потік зворотніх вод протягом перших кількох днів складає десятки метрі кубічних на добу, знижуючись потім до 10 і менше метрів кубічних на добу.

Ємності для зворотніх вод. Фото Станіслава Черногора

Ємності для зворотніх вод. Фото Станіслава Черногора

Видобування сланцевого газу

На ділянці, де вже завершено всі роботи із буріння та проведення гідророзриву і отриманий притік природного газу, залишаються лише колонні головки із вимірювальним та регулюючим обладнанням, сепаратори для очищення природного газу, ємності для води та компресорна установка для подачі газу в підземні газопроводи. Все інше обладнання прибирається, а звільнена частина ділянки має бути рекультивована. Ділянка, яку відвідала українська група, була звільнена від обладнання, однак роботи з рекультивації на час візиту не були здійснені.

Ділянка видобутку сланцевого газу. Фото Дмитра Бикова

Ділянка видобутку сланцевого газу. Фото Дмитра Бикова

Розгалужена система трубопроводів збирає газ із виробничих майданчиків і через магістральні газопроводи направляє до місць подальшого використання.

Продовження публікацій про систему поводження з водою та вплив видобування сланцевого газу на довкілля та соціальне середовище очікуйте найближчим часом.