Skomentuj 
Podziel się!
Udostępnij
Twittnij
Wyślij
Drukuj
Według ogólnego kryterium podziału gazu ziemnego, można wyróżnić gaz znajdujący się w złożach konwencjonalnych i niekonwencjonalnych.
O ile eksploatacja złóż konwencjonalnych nie nastręcza problemów i jest procesem znanym od XIX w., o tyle w przypadku złóż niekonwencjonalnych, w których gaz znajduje się w postaci rozproszonej w niewielkich porach skalnych, eksploatacja przedstawia się inaczej (Rys. 1.) W Polsce gaz ten znany jest powszechnie jako gaz łupkowy (shale gas). Poza gazem łupkowym występuje również gaz zamknięty (tight gas), pochodzący z pokładów węgla (coalbed methane), gaz głębinowy (deep gas) oraz hydraty gazowe. Różni je przede wszystkim miejsce wydobycia, to jest skały łupkowe, izolowane pory skalne, złoża węgla.
Gaz łupkowy znajduje się w skałach, w których pierwotnie się wykształcił. Skały posiadające niewielką przepuszczalność zachowały surowiec wewnątrz, nie pozwalając mu unieść się do wyższych warstw gleby. Skały zawierające gaz niekonwencjonalny, to łupki bitumiczne, zupełnie nieprzepuszczalne, albo piaskowce o bardzo niskiej przepuszczalności [1, 2]. W Polsce zasoby gazu ziemnego mogą akumulować piaszczyste skały zbiornikowe o niskiej przepuszczalności oraz skały macierzyste (do tej pory niebrane pod uwagę jako rezerwuary gazu), zawierające ciemne łupki ilaste.
Gaz łupkowy - technologia wydobycia
Pierwsze próby eksploatacji łupków podjęto już w 1821 r. [8], lecz w związku z małą wydajnością tego typu wydobycia, szybko go zaprzestano.
Zmianę przyniósł rozwój technologii i nowy sposób wiercenia - z pionowego w poziome - przy jednoczesnym drenowaniu sieci spękań w skale. Proces "otwierania" skał nazywany jest szczelinowaniem hydraulicznym (hydraulic fracture).
W poszukiwaniu gazu, firma Mitchell Energy rozpoczęła wiercenia na złożu Barnett Shale. Wdrożone zostały dwie technologie, w 1997 r. wprowadzono technologię szczelinowania eksplozją i wysokim ciśnieniem wody, a w 2003 r. zastosowano technologię wiercenia horyzontalnego. Obecnie na złożu Burnett istnieje ponad 12 tys. otworów produkcyjnych, z których do 2008 r. wydobyto 237 mld m3 gazu.
Zgodnie z tą technologią [2, 5, 9], najpierw drąży się otwory pionowe, głębokości ponad 3 000 m, a potem poziome, długości do 2 000 m i przeprowadza hydrauliczne szczelinowanie łupków gazonośnych w celu uwolnienia zaadsorbowanego gazu i umożliwienia jego przepływu wytworzonymi szczelinami w kierunku otworu wydobywczego. Do odwierconego otworu wpompowuje się beton, który wtłacza się między ściany otworu a zewnętrzną ścianę oprawy. Proces ten ma za zadanie uszczelnianie wywierconych otworów oraz zapobiega zanieczyszczeniu warstw wodonośnych.
Do odwiertu poziomego wprowadzona zostaje rura z ładunkami wybuchowymi, które po odpaleniu za pomocą detonatora elektrycznego, naruszają betonową strukturę łupków gazonośnych.
Po wycofaniu działa, zostaje wtłoczona woda pod ciśnieniem 600 atmosfer oraz drobnoziarnisty piasek, ze specjalnymi dodatkami chemicznymi, wciskający się w powstałe w skale pęknięcia, uniemożliwiając ich ponowne zamknięcie. To powoduje rozszczelnienie i spękanie skały łupkowej. Tworzące się kanały pozwalają na wpuszczenie gazu do przewodu. Proces ten jest powtarzany w celu objęcia promieniście całego poziomego złoża łupków wokół pionowego przewodu wiertniczego. Na powierzchni montuje się urządzenia, które mają za zadanie ujęcie i odtransportowanie gazu do rurociągów.
Wraz z rozwojem technologii, woda oraz piasek zostały zastąpione bardziej zaawansowanymi płynami oraz materiałami ceramicznymi o regulowanej lepkości i wielkości, w zależności od złoża.
Istnieje ogromna liczba wariantów podstawowej operacji [13÷15].
Zamiast wody wtłacza się płyny o regulowanej lepkości, zawierające borany, rozpuszczalniki organiczne, antyoksydanty, enzymy i polimery.
Zamiast piasku stosowane są materiały ceramiczne, metalowe i plastikowe kulki oraz płyny organiczne, które przekształcają się w siatkę splątanych włókien.
Otwieranie szczelin kontroluje się za pomocą sond mikrosejsmicznych i światłowodów.
Przed podjęciem kosztownych wierceń, badane są próbki skał, ich właściwości geomechaniczne oraz naprężenia w górotworze. Dopiero wówczas dobierane są płyny, ciśnienie i czas trwania poszczególnych etapów operacji, a cały zabieg symuluje się cyfrowo. Etap laboratoryjny jest żmudny i kosztowny, lecz dający efekty. W łupkach bitumicznych uzyskuje się dokładnie koncentryczne strefy spękań o promieniu nawet 900 m, a w piaskowcach do 200 m.
Opłacalność wydobycia gazu z łupków zależy od istnienia naturalnej sieci spękań oraz zabiegów stymulacji hydraulicznej.
Ze względu na znaczne zróżnicowanie warunków złożowych, nawet w obrębie tego samego złoża, opłacalność może znacznie się różnić. W 2009 r. Credit Suisse oszacowało próg opłacalności wydobycia gazu łupkowego na cenę 0,12-0,37 USD za m3, przy średniej 0,28 USD za m3 [8].
W Stanach Zjednoczonych w 1980 r., dla zachęcenia do podjęcia kosztownych eksploatacji gazu ze złóż niekonwencjonalnych, zostały wprowadzone zwolnienia podatkowe dla producentów niekonwencjonalnych paliw, obowiązujące do 2002 r. (Nonconventional Fuels Tax Credit).
Zasoby gazu łupkowego
Raport EIA (Energy Information Administration) [11] przedstawia ogromny potencjał gazu łupkowego, którego wydobycie może być jednym z przełomów na rynku energetycznym. Wg tego raportu, zasoby gazu łupkowego (technologicznie wydobywanego) w zbadanych 32 państwach (bez Rosji i Bliskiego Wschodu), EIA szacuje na 187,4 bln m3. Jest to więcej niż obecne globalne oceny rezerw konwencjonalnego gazu ziemnego, które szacowane są na 187 bln m3.
Wejście na rynek gazu łupkowego w praktyce podwoiło dostępne ludzkości rezerwy gazu.
W Stanach Zjednoczonych w 1990 r. wydobycie gazu niekonwencjonalnego wynosiło 50 mld m3, co stanowiło 10% całego wydobycia gazu. Obecnie wynosi 240 mld m3, co stanowi 40% całego wydobycia.
Od 2009 r. liderem w produkcji gazu są Stany Zjednoczone, które wyprzedziły Rosję, zajmując pierwsze miejsce, z wydobyciem 593 mld m3.
US Departament of Energy szacuje, że w ciągu kilku lat gaz łupkowy zaspokoi 50% zapotrzebowania kraju i przekształci Stany Zjednoczone z importera gazu w eksportera netto [9, 10].
Poszukiwania i wydobycie gazu łupkowego w świecie realizowane są w Chinach, Indiach, Australii, Argentynie, oraz w Europie, głównie w takich krajach, jak: Polska, Austria, Niemcy, Francja, Wielka Brytania, Ukraina, Rumunia i Bułgaria.
Naukowcy z Texas A&M University szacują, że światowe zasoby gazu, dzięki gazowi niekonwencjonalnemu, mogą wzrosnąć dziewięciokrotnie, do poziomu 1 680 bln m3.
W Europie zasoby gazu niekonwencjonalnego oceniane są na 35 bln m3, czyli 6 razy więcej niż wynoszą zasoby gazu ziemnego (konwencjonalnego).
Ta ilość gazu wystarczyłaby na zastąpienie importu gazu do Europy na 40 lat (Rys. 2 i Tab. 1).
Polskie zasoby gazu niekonwencjonalnego, czyli gazu łupkowego, EIA szacuje na 5,29 bln m3, a to jest 32 razy tyle, na ile szacowane są zasoby gazu konwencjonalnego.
Jak już wspomniano, gaz łupkowy występuje na całym świecie w tych samych strukturach, górotworach ilastych, których w Polsce jest więcej niż w innych krajach [1÷7, 9]. Strefa skał ilastych ciągnie się szerokim pasmem od Pomorza po Rzeszowszczyznę oraz w regionie monokliny przedsudeckiej, jest to ok. 38 tys. km2, co stanowi 12% obszaru Polski (Tab. 2).
Faktyczną ilość gazu łupkowego w Polsce, nadającą się do opłacalnej eksploatacji przemysłowej, pokażą już rozpoczęte wiercenia.
Departament Geologii i Koncesji Geologicznych Ministerstwa Środowiska udzielił już wiele koncesji na poszukiwanie i rozpoznanie złóż gazu łupkowego w Polsce (Rys. 3 i 4).
Polska, dzięki korzystnej budowie geologicznej, jest atrakcyjnym rynkiem poszukiwania gazu łupkowego w Europie. Przy zużyciu gazu w Polsce na poziomie 14 mld m3, zasoby gazu łupkowego są nadzieją na osiągnięcie niezależności, w zakresie strategicznego surowca energetycznego, jakim jest gaz.
Gaz łupkowy a środowisko
Ekolodzy troszczący się o środowisko obawiają się zanieczyszczenia wody pitnej chemikaliami stosowanymi jako dodatki do wody używanej do szczelinowania łupków. Naukowcy z Colorado School of Mines w Golden w Kolorado [9] twierdzą, że na głębokościach, gdzie zalegają łupki nie ma wody pitnej, a dodatki stosowane w procesie szczelinowania, takie jak: środki zmniejszające lepkość, środki powierzchniowo czynne, biocydy, inhibitory osadzania się kamienia z wody, stabilizatory pH, nie powinny mieć wpływu na zdrowie człowieka, bowiem woda stanowi 99,5%, a dodatki 0,5%.
Pokłady wodonośne znajdują się 300 m pod powierzchnią ziemi, a wiercenia są znacznie głębiej, co najmniej 1,5 km pod pokładami wodonośnymi.
Według raportu badaczy z Uniwersytetu Cornell w Ithaca (USA) [16], emisja metanu sprawia, że wpływ gazu łupkowego na środowisko jest dużo gorszy od konwencjonalnego gazu, a nawet od wpływu węgla.
Wydobywanie węgla wiąże się ze znacznie mniejszą ilością metanu uwalnianego w kopalni, ale użytkowany węgiel wytwarza ok. 2 razy więcej dwutlenku węgla niż gaz łupkowy.
Gaz łupkowy będzie jednak wykorzystany do produkcji energii, która będzie niskoemisyjna. Obecnie w Polsce energia produkowana jest w ponad 90% z węgla, czyli jest energią wysokoemisyjną. Polska jest zobowiązana do zmniejszania emisji dwutlenku węgla, a gaz łupkowy służy redukcji CO2.
Według opinii Wiceministra Skarbu Państwa, gaz łupkowy na większą skalę będzie można wydobywać w Polsce ok. 2020 r.
Podsumowanie
W dziedzinie energii obserwuje się w ostatniej dekadzie zainteresowanie niekonwencjonalnymi złożami gazu zawartego w ilastych łupkach (ang. shale gas), w Polsce określanego jako gaz łupkowy. Obecne zapotrzebowanie Polski na gaz ziemny wynosi 14 mld m3 na rok i tylko ok. 5 mld m3 gazu ziemnego pozyskuje się ze złóż krajowych.
Zasoby gazu łupkowego szacowane są na 5 bln m3, co pozwoliłoby zaspokoić zapotrzebowanie na ten surowiec na 300 lat. Pierwszego wydobycia gazu łupkowego na skalę przemysłową w Polsce można się spodziewać ok. 2020 r., co wpłynie pozytywnie na poziom bezpieczeństwa energetycznego kraju.
Literatura
1. Eseme E., Littke R., Krooss B.M.: Factors controlling the thermo-mechanical deformation of oil shales; implications for compaction of mudstones and exploitation. Marine and Petroleum Geology 2006, 23, 715-734.
2. Hadro J.: Strategia poszukiwań złóż gazu ziemnego w łupkach. Przegląd Górniczy, 2010, 58, 3, 250-258.
3. Katsube T.J., Williamson M.A.: Effects of diagenesis on shale nanopore structure and implications for sealing capacity. Clays Clay Miner. 1994, 29, 451- 461.
4. Poprawa P.: Potencjał występowania złóż gazu ziemnego w łupkach dolnego paleozoiku w basenie bałtyckim i lubelsko-podlaskim. Przegląd Geologiczny 2010, 3, 226-249.
5. Steel R.J.: Shelf - margin delta: their stratigraphic significance and relation to deepwater sands. Earth Science Reviews 2003, 62, 283-326.
6. Ross D.J.K., Bustin R.M.: Shale gas potential of the Lower Jurassic Gordondale Member, northeastern British Columbia, Canada. Bull. Can. Petroleum Geology 2007, 55, 51-75.
7. Ross D.J.K., Bustin R.M.: The importance of shale composition and pore structure upon gas storage potential of shale gas reservoirs. Marine and Petroleum Geology 2009, 26, 916-927.
8. Rutkowski M.: Wyciskanie gazu. Polityka nr 9 (2694) z dnia 2009.02.28, 70-73.
9. Bednarz L.: Gaz łupkowy. Gospodarka i polityka. Przemysł Chemiczny 2010, 89, 10, 1312-1315.
10. http: www.Polska-USA.pl.
11. http: www.IEA.
12. http: www.bp.com: BP Statistical Review of Word Energy. June 2010.
13. http: // weglowodory.pl/gaz-lupkowy-technologia-wydobycia/ 2011.
14. http: // węglowodory.pl/zloza-gazu-lupkowego/ 2011.
15. http: www.weglowodory.pl/gaz-lupkowy-w-polsce-obalamy-mity/2011.
16. http: bbc.co.uk 2011.
KOMENTARZE (0)
Do artykułu: Gaz łupkowy - niekonwencjonalny gaz ziemny