能源

页岩气:是否可以对其进行适当开采?

复杂流体及其油藏实验室(Total-CNRS-波城大学)主任吉尔斯•皮亚迪耶尔-卡博特(Gilles Pijaudier-Cabot)访谈。 

纪尧姆·雅克蒙特(Guillaume Jacquemont) 科学N°444
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页岩碳氢化合物,新能源埃尔多拉多还是环境灾难?互联网上流传的录像加剧了这场热烈的辩论,例如,在井眼附近的区域中,显示了被打火机带到水龙头出口时被点燃的气体所污染的水。水力压裂技术,但仍用于从中层中提取常规烃 xx e 世纪,是所有批评的中心。页岩油的支持者赞扬储量的程度。但是估计可靠吗?在美国,页岩气的生产无论如何都在2000年代中期爆发,这种大规模的繁荣发生在监管不善的情况下,对利润的追求导致了生态事故,例如地下水污染。在这些事故中,技术限制和不良做法应占多少?可以改进开采技术以安全地开采储量吗?复杂流体及其储层实验室负责人Gilles Pijaudier-Cabot的最新动态(UMR 5150, -CNRS- 波城大学和Adour国家/地区以及卡诺学院 伊西夫 or.

什么是石油,石油或页岩气?

Gilles Pijaudier-Cabot: 这些是碳氢化合物,被困在渗透性极差的粘土中,称为页岩。在常规烃的情况下,石油或天然气在称为基岩的岩石中形成,然后向上迁移到多孔的“储层岩石”中,并在其上方封入“密封岩石”,从而防止了他们的飞行。对于页岩,碳氢化合物仍被困在基岩中。

因此,这些沉积物更难以开采:必须破碎岩石,以便碳氢化合物从岩石中逸出。为此,我们注入加压水,并与沙子混合(以防止裂缝闭合过快)和各种添加剂(例如促进沙子渗透到裂缝中的润滑剂)。

术语油通常表示所有液态烃。这些范围从“轻”油(粘度不高,杂质很少)到最重(沥青)。

 

他们的开采和储备规模是多少?

G.P.-C. : 今天,我们主要使用天然气。在大多数情况下,油很难从岩石中出来。它们仍在美国的一些井田中被开采,并且正在进行研究以开发提取技术。实际上,由于页岩气的涌入导致天然气市场一定程度的饱和,石油公司的需求重新导向了该产品。

页岩的开采主要发生在美国。有几个国家开始详细研究其地下土壤,甚至有些人会开采天然气。 2014年初,中国已开挖了约100口井(相比之下,美国总共有40,000口)。

根据美国能源信息署(US Energy Information Agency)的估算,世界储量总计3450亿桶石油(550亿立方米)和207万亿立方米可技术开采的页岩气。 环评 )(日期为2013年)。这将占全球技术可开采石油的10%和天然气的32%。几个国家将特别富裕:美国,阿根廷,俄罗斯,阿尔及利亚,加拿大和墨西哥。在欧洲,法国以3.9万亿立方米的天然气位居第二,仅次于波兰。

 

这些估计可靠吗?

G.P.-C. : 不总是。就法国而言,概算是根据法国进行的调查得出的。 BRGM( 地质矿产研究室) 伊彭 (法国石油和新能源研究所)和一些在该国生产石油的公司(尤其是塞纳-马恩省)。但是,这一估计数存在很大的不确定性:实际储量可能高出十倍或低十倍。此外,要知道这些存款是否易于开采和获利还远远不够。波兰的案例是具有代表性的,在该案例中,国家地质研究所在进行了几十次探索性钻探后,将美国最初的估计数除以十。

毫无疑问,法国各地约50口井的钻探足以澄清估计数,但体制上的障碍阻止了这一估计。在法国,国家拥有地下室。因此,他必须签发钻井许可证或亲自组织。但是,所有许可证都已取消,该州不希望投资于这种承认计划。取消许可证的理由是,如果一家企业承担了此类计划的财务风险,则它必然会想要以最低的成本利用其发现的东西。现在,这是 现状。在美国,土地所有者还拥有地下土壤,因此私营公司只需向他付款即可勘探和开发其地下土壤。

 

页岩气开采的后果如何,特别是在地缘战略层面?

G.P.-C. : 第一个后果是由于大量供应,天然气价格下跌。为了降低市场饱和度,美国正在开发能源以外的销售渠道。因此,该国正在经历石化工业的复兴,该工业使用天然气作为原料来制造各种化合物,例如聚合物。结果,一些地区正在重新工业化。这种现象主要涉及美国,但最终所有油气生产地区(沙特阿拉伯,阿尔及利亚等)都可以从中受益。

从地缘战略上讲,美国已成为天然气出口国,现在生产的能源与消耗的能源一样多。因此,它们对俄罗斯等出口国的依赖减少。

 

此操作有哪些主要的环境风险?

G.P.-C. : 在注入深度(通常为2,000至4,000米)处,地下土壤的污染不是问题,因为那里已经存在的水比注入的水纯度要低得多。有时我们谈论这种水上升到地下水位的危险。但是,除了特定的地质构造外,这是不可能的:水将必须迁移数百甚至数千米(地下水位的深度约为100米)。为了更好地理解水力压裂对水库水文状况的影响,正在开展许多工作,从而更好地确定了处于危险中的目标地区。另一方面,流经井的水含有添加剂,并可能被各种有毒或致癌的化合物污染。因此,必须谨慎管理,以免威胁操作人员的健康。

主要风险是井中有水渗漏,并且这些水穿过地下水位。从技术上讲,我们知道如何管理这种风险,这在常规操作中也存在(使用水力压裂以提高采收率)。例如,用水泥管提供密封。问题更多的是经济方面的问题:安全设备价格昂贵,公司并不总是进行必要的投资,从而导致美国发生污染。对于页岩碳氢化合物来说,这个问题更为严重,因为由于岩石的低渗透性,与常规作业相比,必须钻更多的井。而且,随着天然气价格的下跌,必须以较低的成本挖掘许多井。

我认为,我们不知道如何从技术上解决的唯一问题是“表面污染”:必要的设备占用了大量空间。我们必须修建道路,水井,工业设施以及沉淀池,因为大量的水从深处流出。然后必须将其存储,再注入或处理,然后再释放到环境中。通常,水的供应和管理是农场要认真考虑的问题之一。

钻井也被指控造成温室气体泄漏...

G.P.-C. :确实有一种甲烷(一种强大的温室气体)泄漏到大气中。同样,这不是页岩所固有的,而是所有瓦斯抽采装置所共有的,而且这里的问题比技术问题更经济:因为有必要以低成本和良好的实践来挖掘多口井并非总是能够使泄漏得到控制。在评估页岩的温室气体排放方面,还应记住,在能量相等的情况下,天然气的燃烧所排放的二氧化碳少于煤炭。因此,整个资产负债表是有争议的。

 

还提到了地震和地面沉降的风险。它是什么?

G.P.-C. : 对于地震,当然必须避免出现不稳定区域。在这些区域之外,风险很小:存在微震性,但影响环境或栖息地的程度太低。其他人类活动具有更大的影响。因此,根据2012年发表的一项美国研究,地热能引发的地震比开采页岩气要多得多。

至于沉降,在常规油田中已观察到轻微沉降。储水槽就像浸水的海绵,排空时会收缩。通常,地面仅沉降一到两厘米,这不会造成特殊问题。对于页岩气,情况更加不确定。岩石的水分不饱和,也就是说,它们吸收了大量的水分。仅注入的水的30%或40%被回收。因此,风险不只是引起塌陷,还不如改变岩石的行为。为了理解这一点,我们可以想象一种用于陶器的粘土:当我们向其中添加水时,我们会将其转化为一种橡皮泥。因此,我们可能会导致变形和地面运动,这可能会在手术后数十年发生。

工程师的感觉是风险低,但缺乏科学的数据来完全排除风险。我只知道有关该主题的两部作品。一年前,在我的实验室中,我们启动了一个项目进行研究,但是我们试图从分子水平揭示这一现象的研究仍处于非常初步的阶段。

德国似乎正朝着以剥削为条件的授权迈进。诸如地方禁令之类的监管措施似乎足以限制滋扰吗?

G.P.-C. :法国的问题是,我们对地下室的了解不够深。为了决定在某个区域禁止或限制开采,必须提供一定数量的参数:开裂程度,地震活动性,地下土壤的稳定性和水文学性等。如果我们今天在未明确定义所有这些参数的情况下寻求立法,则有可能导致系统地应用预防原则和普遍禁止。

因此,在制定监管框架之前,首先必须启动一项重大的地下勘探计划。存在几个项目。国家能源研究协调联盟()已开发了一项页岩气研究计划,该计划耗资约2000万欧元,其中很大一部分将用于勘探。目前,这些项目还在书架上睡觉...

今天唯一值得立法的案例是表面污染。在某些地区,例如自然保护区,开发页岩所需要的设施将对景观和生物多样性造成破坏。

您如何探索地下室?

G.P.-C. :探索分三个阶段进行。首先,我们分析了地表的地质,并推导出了地下土壤的某些参数。然后,使用炸药将地震波发送到地下,通过分析反射波来重建其属性。在此地球物理勘测的基础上,进行了一些钻探以验证和完善结果。

 

我们正在考虑改善提取技术的途径是什么?

G.P.-C. : 工程师和研究人员之间的共识是,首要任务是改善水力压裂,而不是开发替代方案。该技术在技术上和经济上都是最成熟的。目的不一定是进一步破碎岩石,而是要更好地了解工作中的现象,以提高操作的安全性(已经有利可图)并更好地将危险区域作为目标。

大型程序已经启动。一类在欧洲,主要发生在荷兰的大学,由私人团体资助,例如 血压 ,总计或埃克森美孚。在美国, 国家科学基金会 ( 美国国家科学基金会 )为与公司和大型大学相关的项目提供财务支持。在加拿大,研究还汇集了主要大学。这些计划中的每个项目可能要花费数百万欧元。其他更谦虚的项目正在各地进行。

 

您能否澄清所有这些项目是关于什么的?

G.P.-C. :有三个主轴和一定数量的其他项目。第一条主轴旨在更好地理解非均质介质中压裂的物理原理。当骨折遇到关节时,即较软或较不利于传播的区域会发生什么?它会在那儿传播还是停止在那儿,让更多的缝隙周围的裂缝消散能量?我们在实验室中研究的正是这类问题。

在第二主轴上,人们试图对储层进行数值模拟,以确定裂缝的路径。虽然第一个轴涉及精细和局部分析,但这里的问题是预测整个岩体的行为。由于必须进行大量的计算,因此很难大规模地研究裂纹的扩展。

第三轴涉及控制 原位 水力压裂。裂缝的开口会产生地震噪声,该噪声由传播的小波组成。然后,我们尝试在表面检测出岩石并推断出岩石破裂的位置。然后,我们可以实时监视后者。模型已经建立,我们正处于实验验证阶段。

所有这些工作将使人们更好地理解水力压裂在地下土壤中引发的现象。这是确定可能存在危险的地方的关键点,从而可以在特定地方批准或不批准页岩气的开采。

 

还有哪些其他项目呢?

G.P.-C. :有些旨在用不同的液体甚至凝胶代替水。加拿大公司GazFrac已开始在试验场上测试丙烷凝胶,其技术应很快可用。这种凝胶可以更好地渗透到岩石中,增加裂缝的数量,并且更容易散发出去。然后我们可以恢复它。主要的困难是丙烷易燃。因此,安装必须安全。

最后,一些工作旨在使添加剂更清洁,例如通过选择可生物降解的添加剂。因此,埃克森美孚公司使用瓜尔豆胶(一种主要在印度种植的豆类)来增加水的粘度。

 

是否放弃了水力压裂的替代方案?

G.P.-C. :不,不完全是。在美国,对炸药的破裂进行了一些研究,但仍处于实验室阶段。就我们而言,我们正在研究一种通过电击使岩石破裂的技术。我们暂停了这项研究,因为我们正处于需要原型的阶段,目前暂时无法在法国实施。这种技术以及其他正在研究的技术的优势在于,它们可以更好地控制裂纹:当电脉冲或点火停止时,裂纹会迅速停止。炸药。进行水力压裂时,裂纹扩展不稳定的风险更高。 n

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