Сланец

Нетрадиционные месторождения нефти и газа, такие как сланцевые, отличаются высокой плотностью и низкой проницаемостью, что осложняет добычу ресурсов. В такой ситуации широко используется метод гидроразрыва пласта, когда в скважину под сильным давлением закачивают жидкости со специальными добавками. За счет этого горная порода растрескивается и образуются трещины, через которые углеводороды проходят легче. Однако такая процедура нуждается в большом количестве энергии для поддержания давления, а также приводит к сильному расходу закачиваемой жидкости, закупорке пор и химическому загрязнению. Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Китая разработали метод усиленного безводного гидроразрыва пласта с помощью сверхкритического диоксида углерода. Технология позволяет на 43% снизить давление и в 3,5 раза увеличить длину трещин по сравнению со стандартной методикой.

Статья с результатами опубликована в журнале «Geoenergy Science and Engineering», 2025.

Несмотря на свою эффективность в добыче труднодоступных сланцевых нефти и газа, гидроразрыв пласта вызывает множество технических и экологических проблем: большой расход воды, химическое загрязнение, повреждение пласта из-за закупорки пор, высокая вязкость. Все это приводит научное сообщество к поиску безводных способов повышения проницаемости горных пород, например, с использованием газа.

Наиболее перспективным считается сверхкритический диоксид углерода (SC-CO₂) – это углекислый газ, который находится в состоянии выше своих критических температуры и давления, что наделяет его уникальными физическими и химическими свойствами.

– По сравнению со стандартным методом, гидроразрыв ScCO₂ обладает более высокой смешиваемостью с углеводородами и уменьшает закупорку нефти и газа; устраняет проблемы набухания глины и загрязнения пласта; способствует образованию большой сети трещин; а также обладает потенциалом крупномасштабного хранения углекислого газа, что соответствует политике двойного использования углерода, – объясняет Владимир Поплыгин, директор Когалымского филиала ПНИПУ, кандидат технических наук.

Ученые Пермского Политеха, Китайского университета нефти и Китайской академии наук изучили, как сверхкритический диоксид углерода влияет на морфологию, длину, ширину и давление образовываемой трещины. В результате представили технологию усиленного гидроразрыва пласта, который позволяет снизить нагрузку на окружающую среду и повысить эффективность добычи ресурсов.

Методика состоит из трех этапов: сначала с помощью ScCO₂ образуются микротрещины вокруг ствола скважины (при этом порода не разрушается); затем насос, закачивающий газ, останавливается, и при поддерживающем давлении скважина насыщается CO₂, который, вступая в реакцию с минералами, ослабляет структуру горной породы, уменьшает ее прочность и плотность; и только в конце для создания трещин, увеличения их ширины и сложности используется гидравлический разрыв пласта – подача жидкости под высокой скоростью.

Исследователи экспериментально проверили эффективность технологии с помощью разработанной конструкции для проведения настоящего гидроразрыва пласта. Она состоит из системы закачки жидкости, сбора данных, электропитания и устройства трехосного гидроразрыва, то есть трехстороннего давления на образец. Испытания сланцевой породы проводили по традиционной и предлагаемой технологии.

– Результаты показали, что по сравнению с жидкостью на водной основе, усиленный гидроразрыв пласта с диоксидом углерода снижает давление на 43%, а общая длина трещин получается больше примерно в 3,48 раза и с множеством ответвлений. Образующиеся разрывы в породе по стандартной методике существуют только на поверхности сланца и не могут проникнуть внутрь, тогда как с ScCO₂ трещины распространяются вдоль плоскости напластования и, по сути, проходят через весь образец породы. Все это говорит о том, что наша усиленная технология повышения проницаемости пласта имеет большие преимущества и перспективы в добыче труднодоступных ресурсов, – рассказывает Владимир Поплыгин.

Разработанная методика сверхкритического гидроразрыва пласта с применением углекислого газа открывает новые возможности в разработке сланцевых месторождений. Способ эффективен для увеличения сложности трещин в пласте, расширения их ширины и снижения давления. Кроме того, он способствует геологическому хранению углекислого газа, что помогает решать проблемы глобального изменения климата.

Пирит - «камень, высекающий огонь»🔥

Недавно в курганах Горного Алтая обнаружили древнюю скифскую обувь, которой более 2300 лет!!!👠

"... у другой пары на подошвах нашит орнамент из нитей мелкого стеклянного бисера и ромбов, составленных из золотистых кристаллов пирита"

Эстония к 2035 году прекратит производство электроэнергии из сланца. Как же теперь быть? Представители сланцевой промышленности выражают недоумение тем, что страна готова отказаться от сильной экономической отрасли ради небольшой дотационной суммы.

Решение правительства

Эстония в течение ближайшего десятилетия полностью свернет производство электроэнергии из горючего сланца. Как сообщил портал национального гостелерадио ERR, решение об этом принято кабмином республики.

Правительство решило прекратить производство электроэнергии из сланца к 2035 году, а использование сланца в энергетике в целом к 2040 году, - говорится в сообщении.

Обсуждение этого вопроса с общественностью не планируется. Такая установка включена в план климатической устойчивости, который был разработан министерством финансов в 2021 году.

Реакция сланцевой промышленности

Представители сланцевой промышленности выражают недоумение тем, что Эстония готова отказаться от сильной экономической отрасли ради небольшой дотационной суммы.

Мы не понимаем, как можно отказаться от такой важной отрасли, которая обеспечивает значительную часть энергетических потребностей страны, - заявил один из представителей сланцевой промышленности.

Экономическое значение сланцевой промышленности

В Эстонии добывается 80% от общего количества используемого сланца в мире. Самые большие в мире электростанции, работающие на горючем сланце, принадлежат концерну Eesti Energia и обеспечивают свыше 90% вырабатываемой в стране электроэнергии.

Сланцевая промышленность является основой энергетической независимости Эстонии, - подчеркивают эксперты.

Финансовая поддержка от ЕС

В рамках зеленого курса Европейская комиссия утвердила план "справедливого перехода", на основании которого Эстония получит от ЕС €354 млн для прекращения использования сланца. На предприятия сектора приходится более половины общего объема выбросов парниковых газов в Эстонии.

Эти средства помогут нам перейти на более экологически чистые источники энергии, - заявил представитель Европейской комиссии.

Мы тоже не сомневаемся в чьих карманах произойдет это самое "очищение средств"...

Таким образом, решение Эстонии прекратить производство электроэнергии из сланца является шагом в направлении более экологически чистого будущего. Однако это решение также ставит под угрозу экономическую стабильность страны, которая долгие годы зависела от сланцевой промышленности. Вопрос остается открытым: сможет ли Эстония найти баланс между экологией и экономикой?

Источник: ТАСС

Статья с результатами опубликована в журнале «Bulletin of Engineering Geology and the Environment». Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (грант № 51604230), Программы подготовки научных кадров в китайских университетах (грант № D18016) и Минобрнауки РФ (грант № FSNM-2023–0005).

Сланец представляет собой смесь обломочных частиц различных минералов. Обычно он характеризуется низкой пористостью, проницаемостью, обилием глинистых веществ и хорошо развитыми плоскостями напластования, когда друг на друга накладываются уплотненные слои осадочных пород. Это приводит к выраженной анизотропии механических свойств сланца – их неоднородности внутри одной среды, когда в разных направлениях их значения отличаются.

Для изучения механических свойств горных пород производится отбор керна из наклонно-направленных скважин. Это довольно дорогостоящая и трудоемкая операция, и в случае сланцевых коллекторов при горизонтальном бурении она не подходит. Проблему решает применение современной технологии микроиндентирования – для исследования механики горных пород она требует небольшое количество материала. Само испытание проходит путем вдавливания в поверхность образца специального инструмента — индентора. Он позволяет качественно измерить механические свойства частиц минералов на микроуровне.

— На сегодняшний день с помощью этой технологии исследована анизотропия сланца в нано- и макромасштабе. Но между ними существует большой разрыв, так как на микроуровне таким способом неоднородность минерала почти не рассматривалась. И мы даже не можем ответить, отличается ли анизотропия этого минерала в нано-, микро- и макромасштабе, хотя такая информация может значительно отразиться на проведение различных мероприятий. Большинство исследований сосредоточены на частичных механических свойствах одного типа конкретного сланца, а сопоставление с другими типами не проводилось, — объясняет Дмитрий Мартюшев, профессор кафедры «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ, доктор технических наук.

Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Китая собрали образцы сланца из трех месторождений и детально исследовали их основные механические свойства и анизотропию с помощью микроиндентирования. Процесс состоит из трех основных фаз. В первой инструмент проникает в образец с заданной скоростью, потом пиковая глубина вдавливания удерживается в течение заданного времени, и индентор разгружается обратно. В это время система мониторинга регистрирует все показатели. Для каждого сланца ученые проводили более 50 таких индентаций.

— Таким способом мы определили и проанализировали значения твердости, модуля упругости, прочности, разрушения и хрупкости для каждого образца в двух направлениях. После сравнения анизотропии этих механических свойств мы выявили определенную связь между ними и содержанием хрупких и глинистых минералов. Результаты испытаний полезны для бурения новых скважин и планирования гидравлического разрыва в сланцевых горных породах, — поделился Дмитрий Мартюшев.

Исследование ученых Пермского Политеха и Юго-Западного нефтяного университета Китая способствуют пониманию механики поведения сланцевых пород, что влияет на развитие всей нефтяной промышленности. Полученные результаты могут использоваться для решения ряда геологических задач, в том числе для изучения структурных особенностей минерала в процессе поисков месторождений и разработки рекомендаций при планировании различных мероприятий воздействия на пласт.