Прогнозы физиков в области применения фрекинга


23.11.2017

Спрос общества на энергию зависит главным образом от нефти и газа, которые являются ограниченными ресурсами. Будущие технологии могли бы сократить потребление энергии, но до этого необходимо тщательно контролировать существующие ресурсы. Директор научно-исследовательского центра нефтяной инженерии (Al-Naimi Petroleum Engineering Research Center) Тадеуш Пацек (Tadeusz Patzek) использует физику для решения этой задачи путем моделирования добычи газа методом фрекинга.

Пацек и его коллеги описывают два видения глобального энергопотребления. Оптимисты считают, что человеческое население, потребление энергии и экономика могут продолжать расти в геометрической прогрессии, потому что люди будут продолжать изобретать инновационные способы выживания. Другие, однако, отмечают, что Земля накладывает четкие ограничения на рост, а это означает, что производство энергии в какой-то момент достигнет пика.

Добыча нефти и газа действительно достигала пиков в прошлом, но они были сглажены открытиями новых запасов и технологий для добычи топлива из ранее недоступных районов. Наиболее сложным и противоречивым здесь является процесс гидроразрыва пласта (ГРП) древних океанских пластов, образованных сланцевыми образованиями. Процесс фрекинга заключается в закачке воды и песка под высоким давлением в слои сланца в несколько километров под землей, что приводит к образованию трещин, которые высвобождают уловленные углеводороды.

«Мои соавторы, Скотт Тинкер и Майкл Мардер, и я, работали над проектом Sloan Foundation, цель которого состояла в том, чтобы смоделировать добычу газа из сланцев в США в малейших деталях», - говорит Пацек. Вместо того, чтобы применять существующие способы стимуляции газовых скважин, которые сложны и требуют много времени, исследователи были вдохновлены элегантными, простыми моделями физики конденсированных веществ. В результате применения этих моделей требуется очень мало параметров для моделирования диффузии газа из скважин, при этом исследователи подтвердили точное прогнозирование добычи газа на 14 000 скважинах в США.

В целом, исследование показало, что только 10-20% природного газа на сланцевых месторождениях извлекаемо современными методами. Это говорит о том, что, хотя технические усовершенствования могут продлить срок службы фрекинга в качестве полезного источника энергоресурсов, поток поставок газа, прогнозируемый некоторыми промышленниками, пока не гарантирован.

Пацек пока не определился, является ли он оптимистом или пессимистом в отношении фрекинга. «Я ученый, и мое мировоззрение о природе строго регулируется химией и физикой происходящих процессов. Однако я также и активный эколог, а в этой плоскости бизнес-соображения обычно уходят для человечества на второй план».

Пацек и его коллеги, безусловно, показали, что физика играет определенную роль в разработке новых бизнес-моделей для будущих источников энергии.

Phys.Org‎, 20.11.2017