Wyciskanie gazu
Wielki worek ze światowymi zapasami surowców energetycznych opróżnia się. Gdy sięgnąć doń głębiej, okazuje się, że jest w nim więcej, niż sądzono. Na przykład gaz uwięziony w złożach, które od niedawna potrafimy eksploatować.

Trudno uwierzyć, ale jeszcze 60 lat temu naturalny gaz ziemny, rozpalający ostatnio polityczne emocje do białości, był uważany za surowiec o niewielkim znaczeniu, wręcz przeszkadzający w eksploatacji ropy naftowej. Metanu, który jest głównym jego składnikiem, używano w gospodarstwach domowych nieopodal pól gazowych, w znikomym stopniu interesowały się nim zakłady przemysłowe. Szybko się to zmieniło, gdy przekonano się o zaletach tego czystego paliwa i zaczęła rozrastać się sieć rurociągów.

Intensywnie eksploatowane zasoby gazu już w latach 80. XX w. zaczęły się wyczerpywać, przede wszystkim w Stanach Zjednoczonych. Sięgnięto więc do głębokiego morza i pustyń polarnych. Jednak i to nie wystarczyło. Przypomniano sobie wówczas o tzw. niekonwencjonalnych zasobach gazu. Do najbardziej niezwykłych należą hydraty metanu – ogromne złoża wodnego lodu, w którego strukturze uwięzione zostały cząsteczki gazu; odkryto je na dnie wielu mórz i w obszarach polarnych (patrz: POLITYKA 19/06). Zasoby metanu z tego źródła zwielokrotniłyby globalne możliwości energetyczne. Niestety, eksploatacja metanowego lodu jest niezwykle trudna i ryzykowna. Łatwiejsze do uszczknięcia okazały się zasoby metanu uwięzionego w pokładach węgla kamiennego. Gaz z tego źródła wydobywa się w wielu miejscach na świecie, również w Polsce, chociaż wciąż na zbyt małą skalę w porównaniu do możliwości.

Najnowsze źródła niekonwencjonalne to gaz zawarty w łupkach (shale gas) i gaz uwięziony w izolowanych porach skalnych (tight gas). O istnieniu takich złóż jeszcze kilka lat temu mało kto, nawet wśród specjalistów, u nas słyszał. Dzisiaj skupiają zainteresowanie inwestorów.

 

Skąd w ogóle bierze się gaz? Aby powstało złoże gazu i ropy, musi zadziałać kilka czynników. Przede wszystkim potrzebna jest duża ilość gnijącej materii organicznej: glonów, planktonu, roślin, nie zaszkodzi dodatek szczątków ryb lub dinozaurów – nada się wszystko, co zawiera łańcuchy organiczne. Taki kompost powinien zostać szybko przykryty niezbyt grubą warstwą osadów mineralnych, najlepiej ilastych, zanurzony pod powierzchnię ziemi i podgrzewany geotermicznym ciepłem przez jakieś kilka milionów lat. W typowych warunkach najpierw wygotują się ciężkie frakcje ropy, potem coraz lżejsze, w końcu gaz ziemny. To, co powstaje w naftowej kuchni, jest lżejsze od otoczenia, wędruje więc ku powierzchni, dopóki nie natrafi na pułapkę – porowate skały, dobrze izolowane od góry warstwą skał nieprzepuszczalnych. W tym miejscu tworzy się złoże podobne do wielkiej gąbki nasyconej ropą i gazem.

Jak dotąd geolodzy i eksploratorzy interesowali się głównie właśnie takimi pułapkami złożowymi. A co ze skałami macierzystymi, w których narodziły się węglowodory? Nikt się tym nie przejmował, albowiem, jak wielokrotnie sprawdzono, te ciemne łupki ilaste, bogate w materię organiczną, często pachnące naftą, są prawie zupełnie nieprzepuszczalne. Na powierzchni łatwo się dzielą na cienkie płytki, ale kilometr pod ziemią przypominają beton. Nawet jeśli zawierają jeszcze metan, to jest on zamknięty w izolowanych mikroporach bądź fizycznie związany z materią organiczną (adsorpcja). Owszem, eksploatowano czasami gaz ziemny z takich skał, ale tylko wtedy, jeśli były nieco bardziej spękane niż normalnie, co umożliwiało powolne uwalnianie gazu wbudowanego niejako w strukturę łupków. Taki otwór odwiercono już w 1821 r. (a więc na długo przed epoką wielkiej nafty) w dewońskich łupkach formacji Dunkirk. Szyb, a właściwie studnia głębokości 9,5 m, dostarczała przez wiele lat gazu do oświetlania miasteczka Fedonia w stanie New York (USA). Z czasem o macierzystych łupkach całkiem zapomniano.

Wszystko się zmieniło wraz z rozwojem technik wiertniczych. Wiercenia poziome, jeszcze dwadzieścia kilka lat temu uważane za niezwykły wyczyn techniczny, w połowie lat 90. tak się rozpowszechniły, że zaczęto je stosować na masową skalę, aby zwiększyć wydobycie z konwencjonalnych złóż gazu i ropy. Szybko się okazało, że takie odwierty, drenujące znacznie większą objętość złoża niż tradycyjne otwory pionowe, dają się również zastosować do eksploatacji pozornie bezwartościowych czarnych łupków macierzystych. Jednak sama zmiana kierunku wiercenia niewiele daje. Aby uzyskać znaczące przepływy, trzeba jeszcze wytworzyć sieć sztucznych spękań, by jak największą powierzchnię skał połączyć z szybem eksploatacyjnym. Do wciąż arcytrudnej technologii wiercenia poziomych otworów na dużych głębokościach, przekraczających często 2 km, eksploratorzy dołożyli niezwykle finezyjną technologię tworzenia sieci szczelin, rozbiegających się koncentrycznie od odwiertu nawet na 900 m.

Nikt dokładnie nie wie, ile gazu uda się wycisnąć z czarnych łupków, ale skały tego typu występują na całej kuli ziemskiej, aczkolwiek nigdzie jeszcze poza Stanami Zjednoczonymi nie są wykorzystywane na skalę przemysłową. W USA zaś szybko rośnie wydobycie gazu łupkowego – w 1996 r. było to 8,5 mld m sześc., w 2006 r. już prawie trzykrotnie więcej. W 2007 r. ukończono tam 4185 nowych otworów, znacznie droższych od konwencjonalnych, ale – jak sądzą specjaliści – potrafiących dostarczać stałe ilości gazu nawet przez 30 lat.

Inwestorzy nie ominęli również Polski, która – jak twierdzi Paweł Poprawa z Państwowego Instytutu Geologicznego – ma spory, może nawet największy w Europie, potencjał eksploracyjny. Tutejsze czarne łupki zalegają na głębokościach od 500 do 4 tys. m w kilku tzw. basenach sedymentacyjnych. Najbardziej obiecująca jest strefa ciągnąca się skośnym pasem przez Polskę, od środkowego Pomorza po Lubelszczyznę, oraz obszar leżący na przedpolu Sudetów (patrz mapka).

Ministerstwo Środowiska od 1996 r. udzieliło pięciu firmom zagranicznym koncesji na prowadzenie poszukiwań. Nad wejściem do Polski zastanawiają się kolejne, wśród których są zarówno niewielkie wyspecjalizowane spółki, jak i giganci przemysłu naftowego. Eksploratorzy kończą analizowanie materiałów archiwalnych, pochodzących z wcześniejszych, dosyć licznych polskich wierceń geologicznych. Niektórzy wykonali również dodatkowe prace sejsmiczne i badania geochemiczne. Pierwsze wiercenia rozpoznawcze powinny się rozpocząć w tym roku. W ciągu dwóch, trzech lat powinniśmy już dosyć dokładnie wiedzieć, ile gazu łupkowego mamy w Polsce i jaka jego część jest możliwa do wydobycia. – Być może własne pozyskanie gazu z łupków pozwoli nawet na całkowite uniezależnienie od importu? – mówi Paweł Poprawa.



Nowoczesne szczelinowanie hydrauliczne to w pełni kontrolowany proces, przetestowany w laboratoriach, obudowany patentami i, niestety, dosyć drogi - może pochłonąć nawet 25 proc. kosztów wykonania odwiertu. W podstawowej wersji do otworu tłoczy się wodę pod ciśnieniem sięgającym 600 atmosfer. Gdy w strefie poddanej obróbce otworzy się wystarczająco dużo szczelin, do wody dodaje się drobnoziarnisty piasek, który wciska się w pęknięcia i uniemożliwia ich zamknięcie. Istnieje ogromna liczba wariantów podstawowej operacji. Zamiast wody wtłacza się płyny o regulowanej lepkości, zawierające borany, rozpuszczalniki organiczne, antyoksydanty, enzymy i polimery. Zamiast piasku stosuje się 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. Przede wszystkim jednak przed podjęciem kosztownych prac bada się próbki skał, aby określić ich własności geomechaniczne i naprężenia w górotworze. Pod tym kątem dobiera się płyny, ciśnienie i czas trwania poszczególnych etapów operacji, a cały zabieg przedtem symuluje cyfrowo. Etap laboratoryjny jest żmudny i kosztowny, ale przynosi efekty - w łupkach bitumicznych uzyskuje się precyzyjne, koncentryczne strefy spękań o promieniu nawet 900 m (w piaskowcach do 200 m).


 
Dłuższą historię ma inne źródło niekonwencjonalne – tight gas, czyli gaz zaciśnięty, zamknięty lub uwięziony (polskie nazewnictwo nie jest jeszcze ustalone). Przez wiele dziesiątków lat, poczynając od przełomu XIX i XX w., gazu ziemnego poszukiwano w dosyć prosty sposób. Geolodzy typowali pułapki złożowe, wiercono otwór i obserwowano, ile gazu z niego płynie. Jeśli wystarczająco dużo, eksploatowano złoże. Jeśli mało, wiercono w innym miejscu. Niesłusznie. Jak się okazało, poziomy, z których gaz sączył się w niewielkich ilościach albo nawet wcale, mogą dostarczyć ogromnych ilości metanu po wykonaniu kilku zabiegów technicznych, zwanych szczelinowaniem odwiertu. Przekonała się o tym spółka Aurelian Gas, która w 2007 r. w swoim otworze Trzek 1, w okolicach Poznania, nawierciła na głębokości 3600 m piaskowce, wcześniej badane za pomocą czterech wierceń w latach 1974–1986 i uznane za zupełnie nieproduktywne. Po przeprowadzeniu szczelinowania gaz wręcz buchnął z odwiertu. Dlaczego pomijano takie warstwy skalne? Przede wszystkim dlatego, że nie istniały tanie i skuteczne sposoby udrażniania przepływu gazu zamkniętego w niewielkich porach skalnych, praktycznie izolowanych od siebie lub połączonych najwyżej kapilarną siecią kanalików.

O istnieniu takich utworów geologicznych wiedziano od dawna, odtworzono nawet mechanizmy zamykania gazu – geochemiczny i fizyczny, ale nie potrafiono sobie poradzić z opłacalnym uwalnianiem uwięzionego metanu. Również w tym przypadku pionierami byli Amerykanie. W końcu lat 60. uruchomili pierwszy otwór tightgazowy w basenie San Juan w stanie Nowy Meksyk. Szybki rozwój tej wysoko specjalistycznej branży nastąpił w drugiej połowie lat 80., kiedy ceny gazu zaczęły znacząco rosnąć, a stare pola ulegały wyczerpaniu. Dzisiaj w Stanach Zjednoczonych działa 40 tys. otworów tego typu, które dostarczają 70 mld m sześc. gazu rocznie, co stanowi ponad 10 proc. całkowitego tamtejszego wydobycia. Kluczem do sukcesu było opanowanie niezwykle wyrafinowanych metod szczelinowania hydraulicznego oraz potanienie technologii drążenia otworów poziomych.

Poza firmami amerykańskimi tylko kilka wielkich międzynarodowych koncernów, jak BP, Total czy Schlumberger, potrafi dzisiaj skutecznie eksploatować te złoża. Otwory tego typu dostarczają gaz w Algierii, Wenezueli, Argentynie, Omanie i Chinach, które – jak się ocenia – mają ponad 80 proc. zasobów swojego gazu uwięzione w złożach typu tight. Również w Europie pojawiły się pierwsze takie szyby, m.in. ze złoża Soehlingen w Niemczech wydobywa się metan z piaskowców czerwonego spągowca, leżących na głębokości 4600 m.

Polska również ma szansę na uwięziony gaz. Hubert Kiersnowski z Państwowego Instytutu Geologicznego uważa, że ze złożami tego typu będziemy mieć coraz częściej do czynienia, bo piaskowce czerwonego spągowca, które stanowią nasz najbardziej perspektywiczny poziom gazonośny, zalegają w Polsce na dużych głębokościach, co sprzyja zaciskaniu porów skalnych i zmniejszeniu przepuszczalności. Jego zdaniem, prawdopodobnie dużą część tych złóż, położonych w centralnej części Polski, uda się eksploatować.

Specjaliści szacują, że światowe zasoby gazu w złożach niekonwencjonalnych, pomijając nawet wielce problematyczne hydraty metanu, są dziesięciokrotnie większe od zasobów konwencjonalnych. Ile uda się wydobyć? To zależy głównie od sytuacji na rynku, bo zasoby surowców, nadające się do eksploatacji, mają tę właściwość, że zwiększają się w miarę wzrostu zapotrzebowania i cen. Z pewnością jednak gazu ziemnego starczy nam na setki lat.

Gorzej jest z ropą naftową – istnieją co prawda jej niekonwencjonalne zasoby, m.in. również w łupkach macierzystych i w zaciśniętych porach skalnych, ale jej wydobycie, ze względu na dużą lepkość, jest znacznie trudniejsze niż gazu. Eksploatuje się już niektóre złoża tego typu, można się spodziewać, że w miarę tanienia nowych technologii i wzrostu cen ropy również i te zasoby zostaną kiedyś uruchomione na większą skalę.

 

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj