Розповідь про таких популярних у всіх сучасних дискусіях про сланцевий газ, сланцевої нафти, нафтоносних пісках і пальному сланці (і це, зауважте, все абсолютно різні субстанції!) Варто почати знову-таки з азів. З класики. А саме - з відповіді на просте запитання - звідки все-таки взялася на нашу голову ця смердюча, липка красуня? Звідки з'явилася на нашій планеті нафту?
При цьому, як не дивно, єдиного і точної відповіді на це питання у науки немає і досі. Половина нафти вже здобута, а звідки вона з'явилася - велика таємниця сіё є. Однак, в рамках статистики, можна сказати, що більшість нафтових родовищ на нашій планеті утворилися досить подібним чином і їх освіту укладається в саму опрацьовану наукову гіпотезу утворення нафти. Ця гіпотеза, на жаль, не може пояснити освіту всіх родовищ нафти, але спокійно і з високим ступенем доказовості і самий корінь сили пояснює виникнення їх переважного числа. Якщо бути точніше, то відсотків десь 95%. Це - біогенна теорія освіти нафти.
У чому суть біогенної теорії? На початку було тепле море. Ну - або велике озеро. Особливої ролі для подальшого процесу це не грає, важливо, щоб у живої матерії, яка плавала в цій водоймі, був вільний доступ до води - життя повинна була народжуватися, жити і вмирати, плаваючи в самому універсальному розчиннику на планеті Земля.
На роль таких резервуарів ідеально підходили і підходять теплі мілководні моря. Зараз таким резервуаром є теплий Мексиканську затоку. Саме там зараз закладаються нові барелі сучасної нафти.
У минулому найбільшим таким резервуаром був мезозойский океан Тетіс. Ось він в крейдяному періоді:
А це він же - в палеогені:
Розташовувався океан Тетіс між Євразією і Африкою, простягнувши на тисячі кілометрів між Африкою і ще не зібралася в єдине ціле майбутньої Євразією. Перська Затока, Каспійське і Чорне, Аральське і Середземне моря - це все залишки колишньої пишноти Тетиса, його швидко гинуть, останні недоноски.
Чому океан повинен був бути теплим і мілководним, для того, щоб потім на його місці могла утворитися нафта? Відповідь проста - в теплій воді погано розчиняються всі гази - в тому числі і дуже важливий для окислення мертвої органіки кисень. Тобто, органіка в теплій воді не може повністю розкладеться і окислюватися киснем, і ховали на дні водойми в практично незмінному вигляді.
В результаті цього епічного, мільйонрічного процесу масових поховань найдрібніших одноклітинних істот - в основному одноклітинних водоростей і зоопланктону на дні водойми утворюється так званий горючі сланці. Ось він сланець-красень:
Погодьтеся, що якщо це і схоже на нафту, то тільки кольором. По факту - це просто спресована глина.
У хороших сланцях органічна (тобто - горюча) частина породи становить 50-70%, а в середніх за якістю - так і взагалі не більше 30%. Велика частина органічної речовини в сланці вдає із себе кероген - природний високомолекулярний полімер. Молекулярна маса керогена зазвичай понад 1000 дальтон (а.е.м.), тобто він набагато більш масивний, ніж молекули бітумів (300-500), соляру (150-200) або бензину (80-120). Це навіть не бітум або важка фракція нафти з попередньої частини розповіді, це практично твёрдоё речовина, при цьому ще й абсолютно неравтворімое ні в воді, ні в органічних розчинниках, ні в більшості з кислот або лугів. При цьому, кероген, як і нафта, за фактом - це суміш речовин, тому правильніше говорити, що сланець містить кероген і важкі бітуму.
У лабораторних умовах, при нагріванні керогена до 500-600 С, без присутності кисню, в результаті термолізу він розпадається на речовини, дуже схожі на кокс (вугільний залишок), бітум, нафту і природний газ. Проблема в тому, що для того, щоб зробити такий фокус з керогеном, доводиться його попередньо очистити від мінеральних домішок, розмолоти в пил, додати органічний розчинник (бензол), каталізатор, а потім ще й гріти таку суміш протягом декількох годин. Задоволення відчути себе Господом Богом, що створює запаси нафти з глини, звичайно, тішить самолюбство, але одночасно полегшує гаманець.
Природа ж всі ці операції робить для нас абсолютно безкоштовно - на глибинах в кілька кілометрів горючі сланці, в процесі свого поступового руху вниз, нагрівається до температур близько 150 С, при яких процеси, схожі на термолиз керогена в пробірці лабораторії, починаються вже в самій сланцевої породі. В цьому випадку, така порода з сланцевого конгломерату перетворюється в нефтематерінскіх породу. тобто з неї починає рік з роком, століття за століттям, мільйон за мільйоном років потихеньку видавлювати нагору нафту, газоконденсат і природний газ. В результаті цього процесу, звичайно, аж ніяк не весь кероген породи перетворюється в нафту - а лише тільки мала його частина. Але природі наплювати на всякі там ККД процесів і "вихід придатного" - вона просто робить свою справу.
З описаного вище процесу, власне кажучи, і слід весь ажіотаж по-поводу того, що "сланець врятує світ". Оскільки, як я сказав, практично всі відомі родовища нафти і газу "в дитинстві" були горючими сланцями, практично під будь-яким з великих резервуарів нафти або газу можна знайти потужний шар нефтематерінскіх породи, звідки, власне кажучи, даний нафтовий або газовий резервуар "напузиріло" . І, оскільки, за фактом лише невелика частина керогена перетворюється в повноцінні нафту або газ - в абсолютних цифрах запаси сланцевої нафти і сланцевого газу просто вражають уяву.
Крім того, з багатьма сланцями природа ще не встигла як слід попрацювати - або нафту і газ по дорозі нагору не зустріли на своєму шляху пастку пісковика або вапняку. Такі сланці теж можуть бути насичені формуються нафтою і газом, але ці речовини теж знаходяться там в "незрілому" і вельми рассеяном в порівнянні з традиційними покладами - стані.
Що я маю на увазі, коли кажу про "незрілому" стані?
При термолизе органічної речовини сланців, крім корисних для економіки речей виділяється ще багато чого і відверто даремного або шкідливого - H2 O (вода), H2 S (сірководень), CO2 (вуглекислий газ). Води і вуглекислого газу при процесах розпаду зазвичай виділяється набагато більше, ніж вуглеводнів і сірководню.
Що відбувається в стандартних родовищах нафти і газу, розташованих в пісковиках і вапняках? Такі родовища - це пастки на шляху газу і нафти наверх. У таких порожнинах газ і нафту збираються з лежачих нижче сланців, і відбувається природна диференціація компонентів "первинного" бульйону, що утворився в результатае термолиза керогена. Найважча фракція - вода займає нижню частину породи, нафту і газоконденсат плавають на водяному шарі трохи вище, а легкий метан, етан та пропан збираються безпосередньо під куполом нафтоносної породи. При цьому вода попутно ще й розчиняє абсолютно даремні для нас вуглекислий газ і сірководень.
Виглядає це зазвичай ось так (картинка модельна, для того, щоб показати всі типи родовищ):
1 - газ, 2 - нафта, 3 - пісковики, насичені водою, 4 - пісковики, 5 - вапняки, 6-9 - глини різного складу
Зверху чисто нафтове родовище, посередині - нафтогазове, внизу - чисто газове.
Тип традиційного родовища (нафтове, газове, нафтогазове) зазвичай визначається зовсім не тим, яка нефтематерінскіх порода його породила. Набагато більше значення має "кришка" родовища - вищележачі шари, які, власне кажучи і зупинили невблаганний рух нафти або газу наверх. Іноді ці породи погано пропускають нафту, але добре пропускають газ - тоді родовище буде переважно нафтовим. Іноді нафту затримується прямо над нефтематерінскіх породою - і тоді до верхнього колектора зможе дійти тільки газ. Часто і нафту і газ утворюють листковий пиріг у вміщає породі.
Відповідно якщо ми говоримо про видобуток нафти і газу з первинних сланців, то ми повинні розуміти, що газ або нафту, що видобуваються гідророзривом сланців - це, насправді - обговорені вище "незрілий газ" і "незріла нафту". У них багато водяної пари, вуглекислого газу, сірководню. Метану в сланцевий газ буде відносно мало - зазвичай від 30 до 60%. Використовувати такий газ можна тільки для опалення осель або електрогенерації на ДВС прямо на свердловині. Сжижать або стискати такий газ, особливо до магістральних тисків, буде собі дорожче. Сланцевий газ родовищ Польщі, наприклад, містить всього 50% метану - інше - негорючі та шкідливі фракції. Та ж неприємна особливість присутня і у сланцевої нафти - в її складі багато природних бітумів, велика кількість сірки та інших неприємних домішок, успадкованих безпосередньо з нефтематерінскіх породи.
Тобто - сланцевий газ і сланцева нафта - це вже навіть не "осетрина другої свіжості". Це, скоріше, "протухла оселедець".
Точніше, якщо враховувати особливості утворення нафти і газу - це оселедець "недопротухшая". Те, на що природі потрібно мільйони років, людина намагається зробити за роки, а то й за місяці.