Горючие сланцы что это такое

Горючие сланцы: свойства, способы добычи и переработки

Горючие сланцы – это природные минерально-органические вещества, содержащие биологическое топливо, по составу напоминающее нефть. Полезные ископаемые, ставшие в последнее время важным сырьевым ресурсом для производства сланцевой нефти.

Способы добычи

Существуют два способы добычи сланцевой или керогеновой нефти из горючих сланцев, связанные с использованием наземной и подземной перегонки. Керогены – это органические материалы, содержащие нетрадиционную нефть. Тот и другой имеют свои достоинства и недостатки, а поэтому требуют дальнейшего усовершенствования, чем собственно говоря, и занимаются сегодня разработчики месторождений.

Для справки: Есть и третий способ добычи сланцевой нефти (традиционной лёгкой некерогеновой нефти), но уже не из непосредственно самих сланцев, а из коллекторов низкой проницаемости, присутствующих в месторождениях горючих сланцев.

Карьерный

Традиционный, шахтный способ разработки сланцевых месторождений известен достаточно давно и не составляет больших проблем. Однако, его применение уместно только в тех случаях, когда залежи располагаются вблизи поверхности земли.

В данном случае происходит прокладка штреков с организацией больших пролётов без крепления в высокопрочных породах. Также применяется разработка залежей камерно-столбовым или коридорно-столбовым способами. Необходимость диктуется соображениями безопасности. Для загрузки и перемещения породы используются экскаваторы, рудовозы и иное оборудование открытых карьеров.

Недостатками данного способа являются значительное воздействие на рельеф окружающей территории и выделение огромного количества углекислого газа при дальнейшей перегонке сырья методом пиролиза. Хотя сейчас и существуют и новые методы, позволяющие улавливать CO₂в значительных количествах, но в целом проблема остаётся пока нерешённой.

Подземный

Второй способ значительно дороже и сложнее, так как предполагает бурение многочисленных скважин, гидравлические разрывы пластов, температурное и химическое воздействие. Кроме того, требуется привлечение огромного количества специалистов и оборудования, а также проведение множества исследований.

И при этом он не гарантирует длительную высокопродуктивную работу скважины. Как правило, после года работы происходит значительное снижение нефтедобычи. Приходится или повторять всю процедуру сначала, или прекращать эксплуатацию.

Естественно, что столь губительное воздействие на природу, вызывает противодействие со стороны природоохранных организаций и приводит к законодательному запрету на подобные методы добычи сланцевой нефти. Однако, несмотря на все возникающие трудности, данный метод постоянно совершенствуется и достаточно широко применяется на территории США.

Процессы переработки

Добыча газа из сланцев

Извлечение газа из горючих сланцев методом наклонно-горизонтального бурения, рентабельно лишь в том случае, если имеются большие площади залегания этого полезного ископаемого. Преимущество данного метода заключается в проведении глубинных гидравлических разрывов, создании трещин и дальнейшей откачкой газа, что наиболее удобно при расположении месторождений вблизи густонаселённых пунктов, не имеющих иных энергетических ресурсов.

Тем не менее, большой комплекс экологических проблем и высокая стоимость данного метода создают значительные трудности на пути его реализации. В настоящее время сланцевый газ не представляет достойной альтернативы традиционному голубому топливу – природному газу.

Добыча нефти из сланцев

Очень дорогой способ добычи нефти непосредственно из керогена горючих сланцев, залегающих на достаточно большой глубине. Мало того, при этом применяются четыре достаточно дорогих и сложных метода, оказывающих сильнейшее воздействие на окружающую среду:

Применение в народном хозяйстве

Использование горючих сланцев в качестве топлива малоэффективно: тепла выделяется немного, зато копоти – чрезмерное количество. Гораздо резоннее получать из них топливо в виде масел и смолы.

Страны Прибалтики активно используют сланцевое топливо для производства электроэнергии на своих электростанциях, а США и Канада широко освоили выпуск сланцевого газа и нефти.

Кроме того из этого класса минералов получают бензин, бытовой газ, целый ряд веществ химической промышленности. Ароматические углеводороды, бензол, кокс, клей, пластмассы, синтетический дубитель, гербициды, битумы и даже лекарства содержат в своей основе вещества, полученные из горючих сланцев. Сланцевая смола отлично защищает от коррозии, имеет хорошие изолирующие свойства, обеспечивает надёжное соединение материалов, а также применяется в качестве химического удобрения почвы.

Месторождения в России и мире

Пространства нашего государства в достаточной степени обеспечены сланцевыми месторождениями. Крупнейшим из них является знаменитая Баженовская свита – группа горных пород. Также имеются залежи в Ленинградской области, Среднем Поволжье, в ряде районов Сибири и на Дальнем Востоке. На севере европейской части страны выделяются Вычегодское и Печоро-Тиманское сланцевые месторождения.

Из зарубежных стран, обладающих значительными запасами этого природного ископаемого можно выделить:

Мировые запасы

Хотя, по оценкам специалистов мировые запасы этого вида топлива оцениваются в 650 трлн. тонн, из которых предполагается извлечь 26 трлн. тонн сланцевой нефти, что на порядок превосходит запасы обычной нефти, добыча столь дорого вида энергетического сырья малорентабельна.

70% процентов этого богатства сосредоточено в Вайоминге, Колорадо и Юте – штатах США.

Лидерами по запасам сланцевой нефти являются:

По запасам сланцевого газа места распределены следующим образом:

Страны, добывающие горючие сланцы

Разработка сланцевых месторождений в настоящее ведётся в США, Канаде, Бразилии; Эстонии, России, Германии; Китае и Израиле.

Коммерческая добыча сланцевого газа широко распространена на территории: США (Луизиана, Пенсильвания, Техас), Канады (Альберт, Саскачеван), Китай (река Сычуань).

Безусловным мировым лидером по производству сланцевой нефти являются США. Некоторые перспективы в этом направлении имеют Канада, Аргентина, Бразилия и Китай. Однако, целый ряд проблем экологического, экономического и политического плана сильно ограничивают возможности стран-производителей в развитии этого направления добычи топливных ресурсов.

Можно с полной уверенностью утверждать, что сланцевая революция совершилась пока только на территории Соединённых Штатов Америки, позволив им на некоторое время занять лидирующее положение в мире по нефтедобыче и выпуску газа. Но, с учётом очень высоких цен на этот вид углеводородов, такое положение дел остаётся крайне нестабильным и с финансовой точки зрения.

Развитие сланцевой отрасли в России

Перспективы развития сланцевой отрасли в нашей стране являются достаточно благоприятными. Этому способствует огромный исторический опыт, плюс гигантские запасы российских сланцев, оцениваемые в 75 миллиардов баррелей.

С учётом того, что залежи традиционной нефти и газа постепенно истощаются, а других альтернативных источников топливных и химических углеводородов пока не найдено, в долгосрочной перспективе сланцевые залежи страны представляют значительный интерес.

Понятно, что разработка столь сложных месторождений потребует разработки новых ультрасовременных технологий, а также – значительных инвестиций и принятия мер по экологическому сопровождению проведения работ. Тем не менее, совместными усилиями SalymPetroleumDevelopment, Shell, «Газпром нефть» разработана дорожная карта освоения Баженовской свиты, определяющая сроки осуществления проекта.

Также, значительный интерес представляют редкостные мергелиевые сланцы, обнаруженные на территории Саратовской области. Нефтяные запасы в них оценены в 40 млрд. тонн. Методика извлечения нефти, газа и кокса разработана. Возможно, в ближайшем будущем этот регион сможет обеспечить атомную промышленность России сланцевым коксом и редкоземельным рением, пока что закупаемым в США, Чили и Казахстане. Что немаловажно в плане развития сланцевой отрасли России.

Источник

Горючие сланцы как полезные ископаемые для топлива

Горючие сланцы имеют такой же потенциал для добычи как нефть, уголь и горючий газ, например, для сжигания в качестве топлива.
Точно также, как уголь, горючий сланец может быть добыт под землей в случае глубоких подземных запасов и может быть добыт с поверхности земли.

Что такое горючий сланец?

Поскольку общепризнанного определения горючего сланца не существует, его обычно классифицируют как глинистую (или углеродистую), мелкозернистую, осадочную породу, в которой твердые органические вещества или кероген должны образовывать не менее 5-25%. Подобно углю, горючий сланец может использоваться в качестве топлива.

Из чего состоят горючие сланцы?

Качество горючего сланца определяется содержащимся в нем органическим веществом. Кроме органического вещества, горючий сланец содержит негорючую минеральную часть, состоящую из терригенного и цементного материала или продуктов горных пород.

Большинство горючих сланцев представляют собой мелкозернистые осадочные породы, содержащие относительно большое количество органического вещества, обычно известного как «кероген». Кероген содержит значительное количество сланцевой нефти и горючего газа, которые могут быть извлечены путем деструктивной дистилляции.

Деструктивная дистилляция — процесс включающий разложение керогена при высокотемпературном нагревании для расщепления крупных молекул органического вещества.

Органическое вещество в сланце состоит в основном из углерода, водорода, кислорода и небольшого количества серы и азота. Оно образует сложную макромолекулярную структуру, которая нерастворима в обычных органических растворителях (например, дисульфид углерода). Органическое вещество смешивается с различными количествами минерального вещества, состоящего из мелкозернистых силикатных и карбонатных минералов. Соотношение органических и минеральных веществ для товарных марок горючих сланцев составляет примерно от 0,75:5 до 1,5:5. В некоторых горючих сланцах присутствует небольшое количество битума, растворимого в органических растворителях. Происхождение нефти похоже.

Из-за своей нерастворимости органическое вещество должно быть подвергнуто воздействию при температуре около 500°C, чтобы разложить его на нефтеподобную смолу и газ. Часть органического углерода остается с остатком сланца после воздействия, но может быть сожжена для получения дополнительной энергии.
Горючий сланец отличается от угля тем, что органическое вещество в угле имеет более низкое атомное отношение органических и минеральных веществ, у угля обычно больше, чем 4,75:5.

Теплотворность горючих сланцев или плотность энергии 2500-4000 ккалорий на килограмм.
Теплотворность угля 5700-7000 ккалорий на килограмм.

Разработана работоспособная схема классификации горючих сланцев на основе их осаждающих сред и дифференцирования компонентов органического вещества с помощью ультрафиолетовой/синей флуоресцентной микроскопии. Их классификация оказалась полезной при соотнесении компонентов органического вещества с выходами и химией масла, полученного методом ретортации.
Около 85% добываемого сланца используется для сжигания в сланцевых электростанциях; 12% — для ретортирования для получения сланцевого масла; около 3% — для цементных заводов.

Сланец также содержит мелкозернистую, обломочную осадочную породу, состоящая из грязи, которая представляет собой смесь хлопьев глины и крошечных частиц.

Добыча горючего сланца в странах мира

В России добыча сланца в горнорудной области за последние годы снизилась примерно до 2 млн тонн в год. Он добывается под землей, а запасы в России 7 млрд тонн.

На территории бывшего СССР есть несколько регионов, где добывается горючий сланец.
Первый, Балтийский сланцевый район, расположенный в Ленинградской области России и на территории Эстонии, недалеко от Финского залива, занимает около пятидесяти тысяч квадратных километров, что является крупным и известным. Ленинградское месторождение включает в себя месторождение кукерсита в Веймаме близ Санкт-Петербурга. Российские сланцевые ресурсы на Ленинградском месторождении, которое находится у реки Нарва, имеют энергетический рейтинг ниже 35 ГДж м3. Заключение по данным российских ленинградских активных сланцевых месторождений — 1 млрд тонн.
Вторым известным регионом является Волжский сланцевый район, который эксплуатирует месторождения, расположенные в Саратовской области.
В Кемеровской области разведано Барзасское месторождение имеющее благопрятные условия для добычи в карьерах.
Толщина пласта для рентабельного производства должна быть не менее 0,5 м при толщине вскрышных пород до 10 м или толщина пласта не менее 1,4 м при толщине вскрышных пород свыше 10 м.

В настоящее время сланцевые месторождения эксплуатируются в Эстонии, России, Китае, США, Бразилии, Израиле, Германии и др.
Фушунский карьер в северо-восточном Китае эксплуатируется уже более 70 лет, в основном для добычи угля, а также сланца, как побочного продукта, залегающего в верхнем слое угольного пласта. Часть добываемого сланца используется для ретортирования (разложения) при производстве сланцевой нефти.

В Бразилии ведется добыча открытым способом горючего сланца, около нескольких тысяч тонн в сутки.

Применение этого органического вещества

Обычно сланец сначала добывают, а затем его пиролизируют в ретортах (термическое разложение) или сжигают в котлах. Сланец также может быть подвергнут ретортации или газификации под землей, что исключает процесс добычи; однако подземная ретортация или газификация была испытана только в прототипном масштабе в США и в бывшем СССР, но эта технология не продолжилась в коммерческой добыче.

Положение о геологической разведке полезного ископаемого, ресурсов и установлении запасов полезных ископаемых предусматривает, что горючие сланцы могут рассматриваться в качестве полезного ископаемого, если теплотворная способность пласта равна или превышает 6,1 МДж на кг.

Горючие сланцы — одна из нетрадиционных форм ресурсов. Эти ресурсы могут быть включены в число основных источников энергии на ближайшие десятилетия.

Топливо является экологически чистым и излучает меньше загрязняющих веществ, чем уголь или нефть. Эксплуатация этого топлива, похоже, улучшает энергетический статус-кво и помогает двигаться вперед к более экологичному сочетанию энергоносителей. Хотя потенциал сланцевой нефти и газа у многих народов вызывает экологические опасения.

Источник

Горючие сланцы, свойства, химический состав, добыча и применение

Горючие сланцы, свойства, химический состав, добыча и применение.

Горючие сланцы – это полезное ископаемое, твердая горючая осадочная порода, вид ископаемого топлива, состоящая из горючей органической (керогена) и минеральной частей.

Горючие сланцы:

Горючие сланцы – это осадочная порода со слоистой (пластинчатой) структурой серого, тёмно-серого, черного, коричневого, желтого и оливкового цвета. Легко распадается на отдельные плитки, слои.

Горючие сланцы загораются от спички и при горении издают запах жженой резины, сильно коптят. Воспламеняются и горят в нем только органические вещества.

Залегает горючий сланец на глубине 80-200 метров.

По расчетам геологов запасов горючих сланцев на порядок больше, чем обычной нефти. Однако, залежи сланца не играют ведущей экономической роли. Он относится к альтернативным источникам тепла и химического сырья.

Происхождение горючих сланцев:

Сланцы образовались миллионы лет назад из останков мелких морских животных, водорослей, высших растений и планктона на дне морей, океанов или озер под действием давления. В отсутствии кислорода они разлагались на составляющие и формировали полимеры виде керогена. Полимеризация происходила с участием одновременно и минерального компонента, содержащегося в осадках на дне водоемов.

Месторождения горючих сланцев:

Основные ресурсы сосредоточены в США (штаты Колорадо, Юта, Вайоминг) и связаны с формацией Грин-Ривер. Крупные бассейны имеются в Бразилии (Ирати, Параиба), Китае (Фушунь), России (Прибалтийский, Волжский, Вычегодский, Тимано-Печорский, Сырдарьинский, Амударьинский бассейны, Кендерлыкское и Баженовское месторождения). Многочисленные месторождения горючих сланцев найдены в Болгарии, Великобритании, Германии, Франции, Испании, Австрии, Канаде, Австралии, Италии, Швеции, Казахстане, Украине, Югославии.

Химический состав горючих сланцев:

В состав горной осадочной породы входят следующие минералы: кальцит, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и другие.

Органическая часть состоит из керогена. Кероген представляет собой смесь органических материалов (петроленов, битумов, гумусовых веществ и т.п.). Его состав меняется от месторождения к месторождению. Он не может быть описан какой-либо единой химической формулой. Во всяком случае, в его состав входят углеводороды и примеси: сероводород, азот и пр.

В обычных горючих сланцах доля керогена составляет 10-30 % от массы. И только лишь в сланцах самого высокого качества достигает она достигает 50-70 %. Остальное – осадочная порода.

Наличие в сланцах углеводородной составляющей позволяет извлекать ее. Получается нефть и природный газ. Однако их добыча не всегда экономически и экологически оправдана.

Физические свойства горючих сланцев:

Добыча нефти и газа из горючих сланцев:

Добыча нефти и газа из горючих сланцев производится путем термического воздействия на кероген, содержащийся в горючих сланцах. Она проводится двумя основными способами: добычей сланца открытым или обычным шахтным способом с последующей перегонкой либо добычей в пласте, когда нагревание производится непосредственно под землей.

Применение и использование горючих сланцев:

Источник

Сланцевая нефть, сланцевый газ, горючие сланцы

Легкая нефть

Легкая нефть (также известная как сланцевая нефть, сланцевая нефть или легкая нефть низкопроницаемых коллекторов), представляет собой легкую сырую нефть, содержащуюся в нефтеносных пластах со сверхнизкой проницаемостью, часто в сланцах или плотных песчаниках, но высокой нефтенасыщенностью.

Промышленная добыча из низкопроницаемых нефтеносных пластов требует того же гидроразрыва пласта (ГРП) и часто использует ту же технологию горизонтальных скважин, что и при добыче сланцевого газа.

Хотя сланцевую нефть иногда его называют «сланцевым маслом», в последнее время горючие сланцы и сланцевые углеводороды стали различать

Ныне Международное энергетическое агентство (МЭА) рекомендует использовать термин «легкая нефть в плотных породах» для нефти, добываемой из сланцев или других пластов с очень низкой проницаемостью.

Ранее, в отчете Мирового энергетического совета за 2013 г. использовались термины «плотная нефть» и «сланцевые породы».

Нефтегазоносные сланцевые пласты неоднородны и сильно различаются даже на относительно небольших расстояниях.

Низкопроницаемые коллекторы после ГРП можно разделить на 4 группы:

Горючие сланцы

ГС имеют коричневую, коричнево-желтую, серую, оливково-серую окраску, листоватую или массивную текстуру.

Tермин «Горючие сланцы» иногда применяют для обозначения всех высокозольных твердых каустобиолитов, содержащих органические вещества различного происхождения и различных условий преобразования (углистых, битуминозных и липтобиолитовых сланцев).

Kероген-сингенетичное осадконакоплению органическое вещество c высоким выходом смол при сухой перегонке, при ограниченном выходе битумов, экстрагируемых органическими растворителями при низкой температуре.
Он богат водородом и по его содержанию ближе к нефти, чем к углю.

сапрогумиты (менилитовые сланцы Карпат).

Oрганическое вещество ГС характеризуется высоким содержанием водорода (7-10%), большим выходом летучих при термической переработке (до 90%), высокой удельной теплотой сгорания (Qbdaf = 29-37 МДж/кг).

Основные провинции сланцевой нефти:

В России аналогом сланцевых отложений tight oil являются толщи:

Баженовская свита в Западной Сибири,

Аачимовские отложения в Западной Сибири,

Доманиковые отложения Волго-Уральской нефтегазоносной провинции,

Хадумская свита Предкавказья и др.

Российские сланцевые толщи:

также представлены кремнисто-глинисто-карбонатными породами, обогащенными органикой и другими компонентами нефти в рассеянном состоянии (микронефть).

органическое вещество в породах относится к категории «слабо- и умеренно концентрированного» и составляет 2,5-10 %, достигая 20-40 %.

Применение традиционных технологий добычи, традиционных технологий вывода углеводородов из нефтегазоматеринской породы в традиционные ловушки нефти и газа не дает результата. Более 70% от сгенерированных углеводородов остается в матрице генерирующей толщи.

Сланцевый газ

Локомотивом добычи сланцевой нефти и газа стали США после промышленного внедрения технологий гидравлического разрыва пластов (ГРП).
Преимуществом добычи сланцевых углеводородов является короткий жизненный цикл до7 лет при полной окупаемости.
Обычно в 1 й год добывается до 75% нефти, что невероятно для традиционных месторождений, где добыча в 1 й год составляет до 6% запасов.
Быстро окупаемые проекты привлекли малый бизнес, который и совершил сланцевую революцию в США на кредитные средства.

Основные сланцевые отложения в США:

Влияние сланцевой нефти на экономику

Это важно, потому что цены на нефть определяются не только законами спроса и предложения.
Настроения инвесторов больше влияют на цены на нефть.
Они торгуют нефтью на мировых товарных биржах.
Трейдеры могут предлагать цену на нефть вниз или вверх, в зависимости от их предположений о факторах, влияющих на нефть.
В 2008 г. они создали нефтяной пузырь на рынке активов, подняв цену нефть сорта West Texas Intermediate до 145 долл США/ барр, а потом опустив до 30 долл США/ барр просто из-за страха, а не из-за значительного изменения спроса или предложения.

В 2011 г. цены на нефть выросли до 100 долл США/ барр, и добывающие сланцевую нефти компании снова активизировали начали бурение скважин и добычу.
Это привело к снижению цен в 2014 г.
Но сланцевые компании смогли удешевить добычу нефти, внедрив все более инновационные технологии.
Это сначала вызвало бум добычи сланцевой нефти в США, а потом привело к стагнации этой отрасли промышленности.

Источник