Выгоды и риски новых технологий

В последнее время средства массовой информации и государственные органы уделяют большое внимание революционным технологиям, позволяющим вырабатывать энергию из возобновляемых источников с нулевым уровнем вредных выбросов в атмосферу. Однако в сфере использования традиционных энергоносителей тоже появились прорывные инновации. Благодаря все более активному применению двух технологий — горизонтального бурения и гидроразрыва пласта — добывающие компании в США обеспечили рентабельность извлечения отечественных запасов природного газа и нефти более чем на 50 ближайших лет. В то же время начались бурные дебаты о том, как достичь баланса между потенциальным эффектом от применения новых технологий и возможными негативными экологическими последствиями. В настоящей статье мы не даем прогнозов относительно того, чем завершатся эти дебаты, — решение данного вопроса в конечном итоге является прерогативой государственных органов тех стран, на территории которых сосредоточены запасы сланцевого газа и нефти, находящейся в малопроницаемых пластах. Настоящая статья призвана лишь охарактеризовать потенциальные выгоды и риски, связанные с указанными новыми технологиями, для последующего обсуждения.

В Соединенных Штатах, где добыча газа на основе сланцев и нефти из малопроницаемых пластов на сегодняшний день ведется наиболее активно, эти современные технологии продемонстрировали способность существенно влиять на структуру энергоснабжения и во многом уже изменили ее. Например, значительно увеличилась доля природного газа в совокупном объеме производства электроэнергии, а в перспективе дешевый природный газ, скорее всего, будет более широко использоваться на транспорте и в промышленности. Эти тенденции могут способствовать росту американской экономики и повышению уровня занятости в США, особенно если они обусловят уменьшение расходов населения и предприятий на электроэнергию, обеспечат рост производства электроэнергии внутри страны и сокращение импорта нефти, а также позволят снизить уровень загрязнения атмосферы и объемы выбросов парниковых газов (на это вполне можно рассчитывать, если природный газ заменит собой другие ископаемые виды топлива).

Однако потенциальные выгоды от применения новых технологий необходимо рассматривать вкупе с потенциальными рисками. Так или иначе, природный газ представляет собой углеводородное сырье, при сжигании которого выделяются парниковые газы (хотя и в меньших объемах, чем при использовании существующих технологий сжигания угля). Кроме того, ситуацию с углеродными выбросами от сгорания природного газа могут усугублять утечки метана. В процессе подготовки и проведения гидроразрывов пласта с целью высвобождения газа и нефти из малопроницаемых пород возникают экологические риски, включая риски загрязнения воды и воздуха, а также деградации почв. Некоторые из них весьма серьезны и не до конца изучены.

Сторонники использования дешевого газа считают, что это сырье следует рассматривать как переходный «низкоуглеродный» этап на пути к повсеместному внедрению технологий, обеспечивающих нулевой уровень вредных выбросов в атмосферу. Эту точку зрения оспаривают другие специалисты, которые полагают, что такой подход в краткосрочной перспективе замедлит освоение возобновляемых источников энергии, а в более отдаленном будущем вынудит экономику в любом случае использовать природный газ из-за масштабного развертывания соответствующей инфраструктуры.

Следует отметить, что данная проблема касается отнюдь не только Соединенных Штатов Америки. Действительно, в настоящее время именно США находятся в этой связи в центре внимания и привлекают значительные средства, поскольку запасы сланцевого газа и нефти, находящейся в малопроницаемых пластах, наиболее активно исследуются и осваиваются именно в этой стране. Однако многие другие государства также пристально следят за тем, как в США расширяется и контролируется применение технологий горизонтального бурения и гидроразрыва пласта. К числу стран, обладающих значительными нетрадиционными запасами нефти и газа, относятся Австралия, Алжир, Аргентина, Великобритания, Германия, Индия, Индонезия, Канада, Китай, Колумбия, Мексика, ОАЭ (Абу-Даби), Оман, Польша, Россия, Саудовская Аравия и Украина.

Сложность поиска оптимальных сбалансированных решений, связанных с использованием этих прорывных технологий, проявляется в неоднозначном отношении к проблеме со стороны различных государств мира. Некоторые правительства считают, что при существующем уровне знаний риски проведения гидроразрывов пласта слишком велики, поэтому они запретили использование этой технологии до тех пор, пока не будут проведены дополнительные исследования. Другие продолжают применять ее в той или иной степени.

Цель настоящей статьи состоит не в том, чтобы дать «единственно правильный ответ» на все вопросы или предложить рекомендации относительно принятия правительствами каких-либо политических решений. Мы лишь стремимся обозначить направления анализа и обсуждения проблем, связанных с последствиями, трудностями, преимуществами и недостатками добычи газа из сланцев и нефти из малопроницаемых пластов. В статье речь идет о происхождении и развитии этих революционных технологий, а также о том, каким образом они могут изменить структуру энергопотребления. Далее мы рассматриваем потенциальные экономические выгоды, которые могут быть получены в ближайшие 20 лет, и потенциальные экологические риски, которые необходимо осознавать и учитывать в процессе принятия решений.

Появление новых технологий

Специалистам уже давно известно, что сланцы представляют собой так называемую «материнскую горную породу», то есть породу, из которой нефть и природный газ на протяжении миллионов лет медленно перемещались в традиционные пласты-коллекторы. Не располагая экономически целесообразными методами извлечения крупных объемов углеводородов, сосредоточенных в материнской породе, добывающие компании ограничивались освоением традиционных месторождений. Лишь в середине 1990-х годов появились новые технологии, позволяющие экономически эффективно извлекать запасы непосредственно из материнской породы.

Компании, работающие на территории бассейна Барнетт неподалеку от Далласа, начали совмещать некоторые уже апробированные методы бурения и испытывать их на сланцевой породе. Когда представители отрасли научились совмещать две технологии — гидроразрыва пласта и горизонтального бурения, — обширные запасы газа, сосредоточенные в сланцевых месторождениях, стали доступными для разработки. Сегодня этот метод используется для извлечения не только газа, но и нефти из некоторых малопроницаемых пород на новых и зрелых месторождениях по всей стране.

В 2005 г. цены на природный газ превышали 13 долл. за 1 млн британских тепловых единиц (БТЕ), и ожидалось, что к 2020 г. Соединенные Штаты будут импортировать более 20% потребляемого ими газа и вырабатывать свыше 50% электроэнергии из угля[1]. В начале 2012 г. цены на газ постепенно упали до отметки ниже 2 долл. за 1 млн БТЕ. На момент написания настоящей статьи Соединенные Штаты получили ряд предложений об экспорте газа, а доля угля в структуре производства электроэнергии сократилась с 50% в 2008 г. менее чем до 40%, тогда как доля газа выросла с 20 почти до 30%[2]. Тем временем добывающие предприятия занимаются освоением новых запасов газа и нефти, а сервисные компании разрабатывают новые технологии «крупномасштабного гидроразрыва пласта» («супер-ГРП»), благодаря которым, по мнению ряда отраслевых экспертов, коэффициенты извлечения могут повыситься до 70%.

Потенциальные выгоды

Таким образом, технологии добычи газа из сланцев и нефти из малопроницаемых пластов вполне можно считать прорывными. Их использование способно обеспечить ряд преимуществ, но в то же время несет в себе определенные риски. Все эти потенциальные выгоды и риски необходимо знать и учитывать, чтобы ключевые заинтересованные лица из числа представителей государственного и частного сектора могли принимать решения, опираясь на достоверную информацию. Для экономики США использование дешевого газа может обеспечить следующие выгоды: снижение расходов населения и предприятий на электроэнергию, рост конкурентоспособности американской промышленности, увеличение производства электроэнергии внутри страны, повышение уровня занятости и рост ВВП. Благодаря тому, что газовая энергетика в значительной степени вытеснит угольную, могут снизиться объемы выбросов парниковых газов, а сокращение импорта нефти для нужд транспортной отрасли будет способствовать укреплению энергобезопасности страны. Кроме того, можно ожидать появления весьма позитивных тенденций и за пределами Соединенных Штатов.

Эффект для экономики США

При существующем уровне цен более широкое использование природного газа может существенно снизить стоимость электроэнергии на потребительском и оптовом рынках. По данным Управления энергетической информации США, за период с 2005 г. благодаря потреблению дешевого природного газа в жилищно-коммунальном секторе годовые расходы американских домохозяйств на электроэнергию сократились в среднем почти на 800 долл. в расчете на домохозяйство, то есть на 25%[3]. В перспективе можно ожидать дальнейшего значительного снижения затрат бытовых, коммерческих и промышленных потребителей на электроэнергию.

Очевидно, что изменения в структуре энергобаланса окажутся благоприятными и для американской экономики в целом. Уменьшение стоимости электроэнергии позволит повысить конкурентоспособность различных отраслей промышленности США и увеличить объемы производства. Снижение волатильности цен и связанный с этим рост уверенности инвесторов обусловят увеличение объемов инвестиций. Наконец, расширение производства электроэнергии внутри страны будет способствовать экономическому росту и повышению уровня занятости.

Выбросы парниковых газов

При сжигании природного газа образуется меньше выбросов CO2 в расчете на единицу энергии, чем при сжигании других видов ископаемого топлива, в частности угля. Эффективные электростанции комбинированного цикла, работающие на природном газе, выбрасывают в атмосферу на каждый киловатт-час менее половины объема CO2, выделяемого обычными угольными электростанциями. Выбросы оксидов азота у газовых электростанций также существенно меньше, а выделяемые ими оксиды серы составляют по объему лишь 1% от аналогичного показателя электростанций, работающих на угле[4]. Автомобили, оснащенные газовыми двигателями, выбрасывают в атмосферу меньше CO2 в расчете на километр, чем работающие на бензине. Промышленные предприятия, использующие в качестве топлива природный газ, выделяют меньше диоксида углерода по сравнению с теми заводами и фабриками, где применяются технологии сжигания угля или нефтепродуктов. Как отмечено ниже, при оценке итогового влияния горизонтального бурения и гидроразрывов пласта на уровень выбросов парниковых газов необходимо также учитывать факторы, под воздействием которых освоение запасов сланцевого газа может привести к росту объема вредных выбросов.

Энергобезопасность

В транспортном секторе и в промышленности природный газ вполне способен потеснить нефть. Кроме того, наблюдается значительный рост объемов бурения в рамках добычи нефти из малопроницаемых пластов на сухопутной части Соединенных Штатов. Добывающие компании проводят горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта на различных нефтяных формациях США с весьма обнадеживающими результатами. Например, на формации Баккен в штате Северная Дакота добыча нефти выросла менее чем с 30 000 баррелей в сутки (барр./сут.) в 2008 г. до 469 000 барр./сут. к концу 2011 г.[5] Заменив часть используемой нефти природным газом и частично удовлетворив спрос на нефть за счет ее добычи из малопроницаемых пластов, Соединенные Штаты могут существенно сократить чистый импорт жидкого топлива и приблизиться к энергетической независимости.

Мировые перспективы

Технологии горизонтального бурения и гидроразрыва пласта обладают значительным потенциалом использования в мировом масштабе. По оценкам Международного энергетического агентства, мировые извлекаемые запасы газа, залегающего в нетрадиционных источниках, почти втрое превышают аналогичные совокупные запасы США и Канады, причем такие месторождения газа имеются практически в каждой стране[6].

За период с 2008 г. международные инвесторы вложили в разработку нетрадиционных месторождений нефти и газа на территории Соединенных Штатов более 40 млрд долл., стремясь овладеть научно-техническими знаниями и навыками, необходимыми для освоения залежей сланцевого газа в их собственных регионах. Однако разработка нетрадиционных запасов за пределами Северной Америки может оказаться более проблематичной в силу ряда причин, включая особенности геологического строения месторождений, отсутствие трубопроводной инфраструктуры, специфику нормативно-правового и налогового режимов, а также сравнительно низкий уровень развития сервисных сегментов нефтегазовой отрасли.

В качестве примера можно назвать Европу, где развитие технологий добычи газа из сланцев и нефти из малопроницаемых пластов происходит довольно медленно. Некоторые европейские государства объявили мораторий на использование технологии гидроразрыва пласта до тех пор, пока добывающие компании не смогут гарантировать более высокий уровень экологической безопасности.

В Китае освоение запасов сланцевого газа и нефти, находящейся в малопроницаемых пластах, может обеспечить доступ к газовым ресурсам, объем которых, по некоторым оценкам, на 50% превышает соответствующий показатель Северной Америки[7]. Китайские компании уже вложили значительные средства в разработку северо-американских месторождений, а сейчас они, помимо этого, изучают возможности осуществления прямых инвестиций в сервисный сектор. Если бы Китай и другие страны начали широкомасштабно применять технологии горизонтального бурения и гидроразрыва пласта на своей территории, они могли бы изменить экономическую структуру мировой нефтегазовой отрасли и повлиять на конкурентоспособность различных регионов подобно тому, как аналогичная деятельность в Соединенных Штатах влияет на мировую конкурентоспособность сегодня.

Потенциальные риски

Описанные выше потенциальные выгоды добычи газа из сланцев и нефти из малопроницаемых пластов следует рассматривать в контексте потенциальных экологических рисков, которые могут возникнуть при масштабном использовании этих технологий. Проблема осложняется еще и тем, что в США структура нефтегазодобывающего сектора сильно фрагментирована (в стране насчитывается более 2000 компаний, ведущих добычу газа и нефти на суше), а география буровых работ очень широка (в 2011 г. на территории 48 континентальных штатов США было пробурено почти 10 000 горизонтальных скважин)[8].

К числу потенциальных экологических рисков относятся такие факторы, как негативное влияние на качество атмосферного воздуха, выбросы парниковых газов, а также пагубное воздействие на земельные и водные ресурсы. Эти проблемы усугубляются тем, что некоторые месторождения сланцевого газа и нефти, находящейся в малопроницаемых пластах, расположены в непосредственной близости от городов — это касается, например, штатов Техас, Пенсильвания, Нью-Йорк и Огайо.

Качество атмосферного воздуха

Значительная часть оборудования, используемого в процессе бурения газовых и нефтяных скважин, работает на дизельном топливе и выбрасывает в атмосферу оксиды серы и азота, а также твердые частицы, что ведет к загрязнению воздуха.

Выбросы парниковых газов

При сжигании природного газа и нефти в атмосферу выбрасывается диоксид углерода — основной парниковый газ. Таким образом, чем шире будут использоваться эти ископаемые виды топлива, тем значительнее будут выбросы парниковых газов. Хотя при горении природного газа выделяется меньшее количество CO₂, чем при горении других ископаемых видов топлива, рост объемов добычи и распределения природного газа может привести к увеличению выбросов метана (так называемых «неконтролируемых выбросов»). Метан — гораздо более мощный парниковый газ по сравнению с диоксидом углерода (за период в 100 лет он нагревает атмосферу в 25 с лишним раз сильнее, чем CO2 в аналогичном объеме)[9], поэтому даже небольшой объем неконтролируемых выбросов может свести на нет преимущество использования природного газа. Таким образом, динамика вредных выбросов, происходящих в процессе добычи, распределения и потребления природного газа, по-прежнему является фактором неопределенности, который требует глубокого анализа (особенно с учетом увеличения объемов добычи сланцевого газа).

Кроме того, дешевый газ способен заменить собой возобновляемые источники энергии с нулевым уровнем выбросов CO₂; его использование может повысить спрос на энергоносители в целом и спровоцировать в США возврат к энергоемкой экономике. Учитывая эти факторы, мы полагаем, что в итоге общий объем выбросов парниковых газов в США может либо немного уменьшиться, либо остаться на прежнем уровне, либо несколько увеличиться. Это будет зависеть от объема неконтролируемых выбросов метана.

Землепользование

По мере того как география бурения постепенно смещается из сравнительно удаленных районов в более густонаселенные, все более заметным становится негативное воздействие территориально сконцентрированных буровых работ (в некоторых районах на каждые 16 га приходится одна скважина) на состояние земельных ресурсов. Это воздействие особенно ощутимо на начальном этапе бурения, который при строительстве стандартной скважины для добычи газа из сланцев или нефти из малопроницаемых пластов может длиться без перерыва больше месяца, когда сотни грузовиков постоянно совершают рейсы на объект и с объекта.

Водообеспеченность, загрязнение водоносных горизонтов, водоочистка и водоотведение

Для проведения гидроразрыва пласта на одной нефтяной или газовой скважине необходимо закачать в малопроницаемую породу до 19 000 куб. м воды под высоким давлением. При существующих технологиях от 30 до 70% этой воды остается в естественных трещинах породы[10]. Однако значительное количество жидкости возвращается вместе с газом на поверхность, где ее необходимо очищать либо иным образом утилизировать.

В настоящее время лишь часть этой воды эффективно перерабатывается для вторичного использования, и в результате проблема водоснабжения становится для отрасли все более актуальной. В некоторых районах, таких как бассейн Маркеллус, имеется удобный доступ к поверхностным водам. Однако в окрестностях бассейнов Барнетт, Игл-Форд и Хейнсвилл, находящихся в северной, южной и восточной частях штата Техас и в штате Луизиана, водные ресурсы не столь изобильны.

Еще один вопрос, вызывающий споры, — потенциальное загрязнение местных водоносных горизонтов, которые служат источниками питьевой воды. В декабре 2011 г. был опубликован предварительный доклад Агентства США по охране окружающей среды, в котором указывалось на связь между проведением гидроразрывов пласта и загрязнением грунтовых вод[11]. Следует отметить, однако, что впоследствии Агентство заявило о необходимости пересмотреть свое заключение и подчеркнуло, что сделанные им выводы касаются исключительно того района, о котором шла речь в документе.

Водоочистка и водоотведение также могут стать серьезными проблемами. На сегодняшний день утилизация воды в большинстве случаев проводится в глубоких скважинах или на очистных сооружениях, хотя все чаще воду начинают перерабатывать для вторичного использования (с учетом того, что сейсмологи указали на связь между закачкой воды в глубокие скважины и землетрясениями в некоторых районах)[12]. Однако такая переработка не всегда оказывается эффективной: отмечены случаи, когда операторы недостаточно качественно очищали или утилизировали отработанную воду.

Учитывая многочисленные проблемы, связанные с потреблением и переработкой воды, мы прогнозируем быстрое развитие новых технологий в этой области, таких как использование для гидроразрыва пласта сжиженного пропана вместо воды. В будущем можно ожидать появления многих других технологических инноваций в этой сфере.

***

Благодаря техническому прогрессу появились инновации, которые, возможно, представляют собой крупнейший прорыв в сфере энергетики за несколько десятилетий, — прорыв, который сулит значительные экономические выгоды и может обусловить масштабные геополитические изменения. Однако развитие технологий сопровождается возникновением серьезных потенциальных рисков, которые также необходимо учитывать наряду с этими выгодами. В дальнейшем при принятии решений о том, каким образом следует осваивать запасы сланцевого газа и нефти, находящейся в малопроницаемых пластах, необходимо будет все тщательнее взвешивать возможные последствия применения соответствующих технологий, их достоинства и недостатки.

Роб Дженкс (Rob Jenks) — консультант McKinsey, Сиэтл
Томми Инглсби (Tommy Inglesby) — партнер McKinsey, Хьюстон
Скотт Найквист (Scott Nyquist) — старший партнер McKinsey, Хьюстон