Skarb ukryty w skałach

Dzięki nowoczesnym technologiom wydobycia gaz łupkowy(shale gas) – uzyskiwany z łupków osadowych – może stać się szansą ekonomiczną również w Polsce. Eksperci i wyspecjalizowane firmy badają właśnie, jak wielka jest to szansa.

Gaz ziemny

Gaz ziemny jest paliwem kopalnym, czyli substancją powstałą ze związków organicznych w wyniku zalegania miliony lat pod ziemią. Po długotrwałym podgrzewaniu wewnętrznym ciepłem Ziemi ze związków organicznych zaczął powstawać gaz ziemny, który unosił się ku powierzchni ziemi. Wędrujący gaz piął się do góry, aż napotkał pułapki w postaci porowatych skał, izolowanych od góry warstwą skał nieprzepuszczalnych. Powyższe pułapki przypominają wielkie zbiorniki, z których przy pomocy wierceń pionowych można wydobywać obecnie gaz. Ta technologia jest znana dość długo i jest powszechnym, konwencjonalnym sposobem eksploatacji złóż.

Gaz łupkowy

Gaz łupkowy znajduje się w skałach, w których pierwotnie się wykształcił. Skały te posiadały niewielką przepuszczalność i zachowały surowiec wewnątrz, nie pozwalając mu unieść się do wyższych warstw. Złoża gazu łupkowego nazywane są złożami niekonwencjonalnymi.

Pierwsze próby szczelinowania zostały przeprowadzone w 1981 roku w stanie Texas (USA)

Pierwszy etap eksploatacji złoża nazywany jest odwiertem poziomym (horizontal drilling). Technika wiercenia poziomego polega na początkowym odwierceniu za pomocą specjalnego sprzętu (downhall drilling motor) pionowego otworu, a następnie po osiągnięciu odpowiedniej głębokości, skrzywieniu i stopniowym przejściu do odcinka poziomego.

Technologia wydobycia

Obecna technologia pozwala na pionowe wiercenie (vertical drilling) do głębokości powyżej 7 km, poniżej najniższych zbiorników wodnych (water aquifer). Miejsce, w którym wiertło (drill bit) zaczyna proces zakrzywiania otworu (angle building process), nazywane jest KOP (kick-off-point). Długość łuku przejściowego pomiędzy odcinkiem pionowym i poziomym może sięgać ¼ mili (ok. 400 metrów). Odcinek poziomy może osiągnąć długość nawet od jednego do ponad trzech kilometrów od pionowego szybu (well). Ściany wierconych otworów są zarurowywane, a rury cementowane w przestrzeni pomiędzy rurą a przewiercaną skałą (casing & cement barrier), aby uzyskać stabilność i wytrzymałość otworu oraz odizolować otwór od kontaktu z warstwami wodonośnymi i zapobiec zanieczyszczeniu niepożądanymi kopalinami. Skały łupkowe mają bardzo niską przepuszczalność (dlatego nie pozwoliły na przedostanie się gazu w kierunku powierzchni ziemi). Odwierty poziome muszą być wykonywane z bardzo dużym zagęszczeniem. Przeciętnie na 2,6 km przypada od 4 do 8 odwiertów.

Sama technologia wiercenia poziomego nie wystarczy do efektywnej eksploatacji niekonwencjonalnych złóż gazu. Jest to możliwe dopiero dzięki zastosowaniu technologii szczelinowania hydraulicznego (hydraulic fracturing). Zabieg polega na wtłoczeniu pod bardzo dużym ciśnieniem (nawet powyżej 600 barów), płynu szczelinującego do wykonanych otworów wiertniczych. Płyn szczelinujący stanowi głównie mieszanina wody, piasku o odpowiedniej granulacji oraz dodatków (mixture of water, sand and additives). Duże ciśnienie płynu szczelinującego sprawia, że tworzą się i powiększają istniejące szczeliny (fissures) w skałach łupkowych. Tworzą się jednocześnie drogi komunikacji (pathways) dla gazu dopływającego ze zbiornika łupkowego (shale resevoir) do otworu.

Dla Polski możliwość skutecznej eksploatacji złóż gazu łupkowego może być wielką szansą, ale również wielkim rozczarowaniem

Istnieje ogromna liczba wariantów zabiegów szczelinowania. Do jednego otworu należy wtłoczyć średnio od 7,5 do 11,3 mln litrów wody (dla porównania jeden basen olimpijski mieści około 2,25 mln litrów wody) oraz od 450 do 680 ton piasku. Niezbędne zasoby wody przechowywane są w sztucznie stworzonych zbiornikach lub w zbiornikach mobilnych zlokalizowanych blisko otworu wiertniczego (wellbore). W celu wcześniejszego pozyskania wody drążone są miejscowo studnie lub woda zostaje dowieziona ze źródła. Całość tworzy obieg zamknięty, w którym woda na bieżąco poddawana jest procesom oczyszczania i wykorzystywana jest do innych funkcji podczas wiercenia otworów czy szczelinowania.

Prekursorzy

Pierwsze próby szczelinowania zostały przeprowadzone w 1981 roku w stanie Texas (USA). Technologia ta została opatentowana przez założoną przez Georga T. Michela firmę Mitchell Energy & Development pod koniec lat 90-tych. Firma ta została przejęta w 2002 roku przez Devon Energy za 3,5 mld dolarów. Szczelinowanie górotworu to kosztowny zabieg. Może stanowić nawet 25% kosztów wykonania odwiertu. Wydobyty gaz za pomocą maszyn znajdujących się na powierzchni (surface equipment) transportowany jest siecią rurociągów (pipelines) do odbiorców.

Prekursorem technologii szczelinowania są Stany Zjednoczone. Zgodnie z informacjami zawartymi w raporcie „Gaz łupkowy – podstawowe informacje” opublikowanego opublikowanym przez PKN Orlen w lipcu 2010, Stany Zjednoczone w 2009 roku stały się największym producentem gazu naturalnego na świecie (wydobycie 598,37 mld m3). 50% pochodzi ogólnie ze źródeł niekonwencjonalnych, a 14% przypadło na gaz łupkowy (wydobycie na poziomie 83,77 mld m3).

Proces zagospodarowania złóż mógłby się rozpocząć za około 10 lat

Wynik 598,37 mld m3 oznacza 3,9% wzrost w stosunku do roku 2008, kiedy wydobytych wynosiło 576,95 mld m3 , co stanowiło wzrost o 6,7% w stosunku do roku 2007. Według obliczeń wyspecjalizowanych organizacji, Stany Zjednoczone posiadają około 50 bln m3 możliwego technicznie do wydobycia gazu ziemnego, z czego 60% to złoża niekonwencjonalne. Z tego wynika, że ogólnie gazu w USA starczy na najbliższe 116 lat. W Stanach Zjednoczonych nabycie praw do poszukiwania i eksploatacji złóż na danym terenie firmy negocjują bezpośrednio określone stan lub rząd z właścicielami prywatnymi. Umowy te dają właścicielom rekompensatę za użytkowanie ich terenu oraz eksploatację złóż. W USA właściciel terenu jest również właścicielem kopalin znajdujących się pod powierzchnią gruntu. Operator musi uzyskać odpowiednie zezwolenia od firmy, która eksploatuje złoża wymagające szczególnych działań na rzecz ochrony środowiska. Po wydobyciu gazu metodą szczelinowania i wysłaniu gazu na rynek następuje likwidacja złoża. Poszczególne odwierty zostają w sposób trwały zlikwidowane (zacementowane na spodzie otworu), likwiduje się również całą strefę przyodwiertową. Teren wokół przywrócony zostaje do pierwotnego stanu i stopniowo przechodzi się również do likwidacji całej infrastruktury napowierzchniowej.

Szansa czy zagrożenie

Dla Polski możliwość skutecznej eksploatacji złóż gazu łupkowego może być wielką szansą, ale również wielkim rozczarowaniem. Do 1 kwietnia 2011 roku wydano 11 koncesji na poszukiwanie i rozpoznawanie tylko gazu łupkowego oraz 74 koncesji na poszukiwanie i rozpoznawanie zarówno węglowodorów niekonwencjonalnych, jak i konwencjonalnych. Polskie prawo geologiczne i górnicze nie przewiduje szczególnych procedur dla poszukiwania, rozpoznania i wydobywania gazu ze źródeł niekonwencjonalnych. Wszystko odbywa się podobnie jak w przypadku źródeł konwencjonalnych.

To, czy gaz w łupkach występuje w Polsce i w jakich ilościach, powinno się rozstrzygnąć w ciągu najbliższych czterech lat, czyli w okresie na jaki średnio wydano koncesje poszukiwawcze. Pas łupkowy rozciąga się od Wybrzeża między Słupskiem a Gdańskiem, w kierunku Warszawy, aż po Lublin i Zamość.

Potencjalne złoża gazu łupkowego w Polsce znajdują się na głębokościach od 2500–3000 m we wschodniej części pasa do 4000–4500 m w jego części zachodniej. W przypadku pozytywnych wyników poszukiwań oraz ekonomicznego uzasadnienia eksploatacji proces zagospodarowania złóż mógłby się rozpocząć za około 10 lat.

Eksploatacja niekonwencjonalnych złóż nie pozostaje bez wpływu na środowisko naturalne. Należy wspomnieć, że otwory są odpowiednio zabezpieczane uniemożliwiając przedostawanie się związków chemicznych do wód gruntowych. Z drugiej strony w przypadku źle wykonanej konstrukcji zarurowania otworu może istnieć ryzyko przeniknięcia substancji chemicznych do wód gruntowych. Z pewnością wyciek ropy w Zatoce Meksykańskiej po zatonięciu platformy wydobywczej BP, w kwietniu 2010 mroku, podsycił niepokój dotyczący wpływu szczelinowania hydraulicznego na środowisko i ludzi. Pod koniec maja 2011 roku władze amerykańskiego stanu Nowy Jork sprzeciwiły się eksploatacji gazu łupkowego w dolinie rzeki Delaware, gdzie w czterech Stanach (Pensylwania, Nowy Jork, Delaware i New Jersey) miało powstać 18 tysięcy szybów gazowych. Organizacje ekologiczne twierdzą, że szczelinowanie zagraża czystości wody, koncerny zapewniają, że technologia jest bezpieczna. Zanosi się, że spór może przybierać na sile.