Nauka

Sezam z gazem

Nadzieje na łupkowe bogactwo

Setki milionów lat temu. Na przełomie ordowiku i syluru tak mogły wyglądać obszary, z których brał swój początek gaz łupkowy. Setki milionów lat temu. Na przełomie ordowiku i syluru tak mogły wyglądać obszary, z których brał swój początek gaz łupkowy. EAST NEWS
Wciąż pojawiają się nowe informacje podsycające nadzieję na wykorzystanie polskich złóż gazu łupkowego. Skąd się te złoża wzięły i czy rzeczywiście uda się do nich dobrać?
Zakład górniczy w Lubiczu koło Lęborka. Tu już poczuto gaz...Łukasz Ostalski/EAST NEWS Zakład górniczy w Lubiczu koło Lęborka. Tu już poczuto gaz...

Nasza nadzieja narodziła się 410–460 mln lat temu, na przełomie dwóch starszych okresów paleozoiku, ordowiku i syluru, i miała postać najdziwniejszą z dziwnych. Gdyby ktoś chciał spotkać się oko w oko z pozostałościami tych paleontologicznych dziwadeł, którym najprawdopodobniej zawdzięczamy nasze gazowe marzenia, powinien odwiedzić wąwóz Prągowiec, niedaleko wsi Bardo w Górach Świętokrzyskich, gdzie w 1930 r. prof. Roman Kozłowski (zmarły w 1977 r.) odkrył najlepiej odsłonięte w Polsce, i jedno z ciekawszych na świecie, cmentarzysko graptolitów. Na rozpadających się w ręku płytkach łupków, budujących ściany wąwozu, można wypatrzyć czarne kilkucentymetrowe kreski. Tyle pozostało po graptolitach, władcach ordowickich i sylurskich mórz.

Gdyby nasze nadzieje na gaz z łupków miały się nie sprawdzić, byłaby to ze strony graptolitów czarna niewdzięczność. Te planktoniczne organizmy, zasiedlające staropaleozoiczne morza i oceany, mają wiele do zawdzięczenia Polakom, przede wszystkim właśnie prof. Kozłowskiemu, który opracował nowatorskie metody chemicznej preparacji skamieniałości. Napisano o nim, że polując na pozostałości różnych zagadkowych organizmów, rozpuścił tony skał, ale też potrafił odzyskać szczątki takich organizmów jak plechy glonów, grzyby, szkielety graptolitów, szczęki pierścienic, szkielety polipów krążkopławów i stułbiopławów, rurki mieszkalne pióroskrzelnych. To pracom profesora zawdzięczają graptolity awans ze „zwykłych” jamochłonów do półstrunowców – typu zwierząt, które już tylko krok dzieli od strunowców (znanym przedstawicielem tych ostatnich jest Homo sapiens). Niestety, graptolity wyginęły bezpotomnie po 100 mln lat. Wiedzę o nich rozszerzył też inny wybitny polski biolog Adam Urbanek. Obecnie graptolity bada doc. Anna Kozłowska, wnuczka prof. Kozłowskiego.

Dziś możemy badać pozostałości kolagenowych konstrukcji (rurek), z których graptolity budowały kolonie, najpierw na dnie mórz, potem w otwartym oceanie. Jedynie pod mikroskopem możemy się przekonać, że ich domki odznaczały się wyrafinowaną architekturą. Jak wyglądały same organizmy, czym się żywiły, jak i z czego budowały swoje konstrukcje – tego nie wiemy i zapewne nigdy się nie dowiemy. Nie wiemy też, dlaczego te domki przetrwały, przecież kolagen (budujący także nasze ciało) ulega szybkiemu rozkładowi. Jedno jest pewne: to właśnie te organizmy, a także wiele innych, zasiedlających paleozoiczne zbiorniki wodne, były źródłem materii organicznej, która uwięziona w mułach i iłach osadzających się na dnie tych zbiorników przeobraziła się po milionach lat w ropę i gaz.

Czarne łupki i czarna rozpacz

Przeobraziły się także iły i muły – w czarne łupki, ilaste i mułowcowe. Sam kolor świadczy o ich wzbogaceniu w materię organiczną. Natrafienie na takie skały podczas wierceń poszukiwawczych zazwyczaj cieszy geologów, bo są to właśnie skały macierzyste węglowodorów. Ich obecność sugeruje, że gdzieś w pobliżu może być złoże nadające się do eksploatacji, tzw. pułapka złożowa, a więc skała porowata (najczęściej piaskowiec), w której mogą gromadzić się migrujące z łupków gaz i ropa. Żeby jednak zaistniała pułapka, skała zbiornikowa musi być przykryta warstwą skał uszczelniających. Jeżeli takiego układu skał nie ma, czyli skała macierzysta jest jednocześnie skałą zbiornikową i uszczelniającą, nafciarze wpadają w czarną rozpacz. Są bezradni, bo wiedzą, że surowiec jest, ale nie ma jak go wydobyć.

Najlepszym tego przykładem są wieloletnie poszukiwania ropy i gazu na Niżu Polskim, który został podziurawiony przez geologów tysiącami odwiertów. Samych ponadkilometrowych otworów wywiercono przeszło 7 tys. Wydobywane próbki skał wielokrotnie pachniały bituminami i wydawało się, że jesteśmy już o krok od odkrycia tego, na czym nam najbardziej zależy – znaczących złóż ropy i gazu. Gdyby przejrzeć pod tym kątem polską prasę z ostatniego półwiecza, tytułów zapowiadających drugi Kuwejt uzbierałoby się sporo. Niestety, poza nielicznymi wyjątkami, okazywało się, że wydobywające się z odwiertu ilości węglowodorów są śladowe i nie ma mowy o przemysłowym wydobyciu. Dlaczego? Gaz w łupkach macierzystych, pochodzący z rozkładu materii organicznej, wypełnia mikroskopijne (5–10 angstremów; angstrem – jednostka długości równa 10-10 m) pory skalne, których nie jest w stanie opuścić. Brakuje bowiem w skale spękań i szczelin, którymi mógłby wędrować do otworu wydobywczego. Wbrew pozorom, te mikropory kryją kolosalne ilości gazu, tym większe, że łupki gazonośne potrafią tworzyć bardzo duże złoża. Niedostępny sezam?

Wrota do sezamu kryjącego gaz łupkowy uchyliły się pierwszy raz w 1821 r. w miejscowości Fredonia, w stanie Nowy Jork. Otwór wydobywczy Williama Harta był ręcznie wykopaną dziurą głębokości ok. 10 m, a coś, co nazwalibyśmy dziś gazociągiem, wykonano z wydrążonych pni, uszczelnionych smołą i szmatami. Pan Hart zapewne nie miał świadomości, że zapoczątkował wydobycie gazu łupkowego. W następnych dziesięcioleciach w wielu miejscach Stanów Zjednoczonych, głównie jednak na wschodzie, w Appalachach, nawiercano gaz łupkowy w tysiącach płytkich pionowych otworów. Wykorzystywano go do lokalnych potrzeb. Gaz z tych otworów wydobywał się leniwie, więc ktoś wpadł na pomysł, żeby pobudzać jego dopływ za pomocą podziemnych wybuchów. Zapewne i on nie zdawał sobie sprawy, że zapoczątkował technologię, dziś niezbędną do pozyskiwania gazu z łupków, zwaną szczelinowaniem. Kilkadziesiąt lat później do tego celu zaczęto wykorzystywać wodę wtłaczaną do otworu wiertniczego pod ciśnieniem, zapoczątkowując szczelinowanie hydrauliczne. Woda rozszczelniała skałę i wypychała gaz, a pory skalne wypełniał piasek wtłaczany razem z wodą. Jednak wrota sezamu pozostawały ledwie uchylone. Nadal nie było Ali Baby, który jednym zaklęciem otworzyłby je na oścież.

Kolejne słowo tego zaklęcia – wiercenie poziome (albo kierunkowe) – zaistniało na dobre dopiero w latach 80. ubiegłego wieku. Trzeba przyznać, że wiercenia pionowe, zwłaszcza głębokie, tak naprawdę rzadko kiedy bywają idealnie pionowe, ale w tym przypadku nie chodzi o zwykłe odchylenia od pionu. Technologia wierceń poziomych pozwala zmienić kierunek wiercenia nawet o 90 stopni. Nafciarze zyskali w ten sposób możliwość dotarcia do złóż dotychczas niedostępnych, np. pod obszarami zabudowanymi lub chronionymi. Wkrótce okazało się, że mimo większego skomplikowania technologii jest ona opłacalna. Nic dziwnego, jeżeli z jednego kilkukilometrowego odwiertu pionowego można wyprowadzić np. 8 otworów w różnych kierunkach na odległość kilku kilometrów. Duńska firma Maersk Oil potrafiła sięgnąć w bok nawet na około 11 km. W warunkach amerykańskich koszt wykonania wiercenia pionowego z odcinkiem poziomym jest około trzykrotnie większy od zwykłego otworu pionowego. Ale dostęp do tego samego złoża wyłącznie za pomocą wierceń pionowych wymagałby wykonania kilkunastu takich otworów.

W latach 90. ubiegłego wieku technologia wierceń kierunkowych bardzo się rozpowszechniła i zaczęto sobie zdawać sprawę, że może być ona przydatna w eksploatacji gazu uwięzionego w łupkach. Człowiekiem, który połączył wszystkie elementy zaklęcia – czarne łupki, wiercenie poziome i szczelinowanie hydrauliczne – (no i dołożył do tego jeszcze zapewne parę dolarów) był George P. Mitchell, inżynier i przedsiębiorca z Teksasu. Po kilkunastu latach eksperymentów, pod koniec lat 90., opatentował swoje technologiczne zaklęcie. Po kilku latach przełożyło się to na konkretną wartość: założoną przez niego firmę (Mitchell Energy&Development) wykupił w 2002 r. Devon Energy za 3,5 mld dol. Technologia Mitchella wywołała w ostatnich latach rewolucję na amerykańskim rynku gazowym. Stany Zjednoczone z importera gazu przekształciły się w eksportera. Czy zaklęcie Mitchella może być zastosowane także w Polsce?

Zagadki linii T-T

Pod koniec XIX w. przemierzał ziemie polskie z młotkiem geologicznym w ręku, ale nie omijając bibliotek naukowych, młody absolwent wiedeńskiego uniwersytetu Wawrzyniec Teisseyre. Nie możemy odtworzyć, jakimi metodami się posługiwał, wszak nie wykonywano wówczas wierceń badawczych, nie było badań sejsmicznych, a jednak to on dokonał jednego z najbardziej fundamentalnych odkryć dotyczących budowy geologicznej Polski. Wykreślił na mapie Polski pewną niezwykłą linię, przecinającą nasz kraj po przekątnej – z północnego zachodu na południowy wschód, mniej więcej od Koszalina przez Warszawę do Lublina. Pociągnął ją zresztą dalej, zarówno na północ, jak i na południe. Jeżeli porównamy jego mapę z mapą udzielonych koncesji na poszukiwanie gazu łupkowego, zauważymy zdumiewającą zbieżność. Przyszłe polskie zagłębie gazowe będzie się dokładnie pokrywać z linią Teisseyre’a. Odkrycie polskiego geologa zostało po kilkunastu latach potwierdzone badaniami magnetycznymi przez niemieckiego badacza Alexandra Tornquista i od tego czasu owa linia znana jest wśród geologów jako linia Teisseyre’a-Tornquista, linia T-T.

Co właściwie odkrył młody geolog? Wyznaczył przebieg granicy między prastarym jądrem naszego kontynentu, tzw. prekambryjską platformą, a znacznie młodszą, paleozoiczną częścią zachodnioeuropejską. Ta niezwykła struktura – dla nas, na powierzchni, kompletnie niewidzialna i bez znaczenia – przez dziesięciolecia frapowała geologów raczej jako ciekawostka, fragment geologicznego puzzla naszego kontynentu. O zmieniających się poglądach na charakter tej linii najlepiej świadczy ewolucja jej nazwy: najpierw była to linia T-T, potem stosowano nazwę strefa linii T-T, dziś najczęściej jest to TESZ – Transeuropean Suture Zone (szew transeuropejski) albo strefa Gutercha – od nazwiska wybitnego polskiego geofizyka, prof. Aleksandra Gutercha, któremu zawdzięczamy szczegółową wiedzę na temat tej struktury.

Dobry gaz koło Ustki

Dziś już wiemy, że jest to strefa głębokich rozłamów skorupy ziemskiej. Wiemy także, że odegrała zasadniczą rolę w formowaniu się kontynentu europejskiego. To właśnie tu, na terenie Polski, wzdłuż linii T-T przyklejały się w różnych okresach dziejów Ziemi różne fragmenty dawnych kontynentów, tworząc to, co dziś nazywamy Europą. I właśnie tu, na zachodnim obrzeżu tej wschodnioeuropejskiej platformy, utworzyły się na początku ery paleozoicznej, mniej więcej 500 mln lat temu, zbiorniki wodne, zwane przez geologów basenami sedymentacyjnymi. Przez miliony lat gromadziły się w nich osady pochodzące z niszczenia ówczesnych lądów – wśród nich, w okresie ordowiku i syluru, muły i iły – rodzice czarnych łupków. A w nich – graptolity i ich bliżsi lub dalsi kuzyni. Dziś czarne łupki zalegają na głębokości od 1 do 4,5 km.

Szczęśliwym zrządzeniem losu, a najpewniej dzięki temu, że formowały się na skłonie bardzo starej i sztywnej platformy, nie zostały pofałdowane i porozrywane. Są więc dogodnym miejscem do penetracji za pomocą wierceń kierunkowych. Również fakt, że osady te znajdują się na dużej głębokości, jest okolicznością sprzyjającą, oznacza to bowiem, że były poddane obróbce termicznej, a tzw. dojrzałość termiczna węglowodorów jest jednym z ważniejszych parametrów, branych pod uwagę przy podejmowaniu decyzji o eksploatacji.

Czy te szczęśliwe zrządzenia losu znajdą potwierdzenie? Pierwszy sygnał już jest – 15 lutego br. firma BNK Petroleum Inc., prowadząca w Polsce poszukiwania gazu w łupkach, ogłosiła, że w jednym z otworów w pobliżu wsi Niestkowo, pomiędzy Słupskiem a Ustką, stwierdzono obecność gazu ziemnego. Gaz ten ma dobrą jakość – jest to głównie metan z niewielką domieszką etanu i propanu. Pełniejszej odpowiedzi spodziewamy się jeszcze w tym roku.

Warto pamiętać, że Ali Baba, sięgając do swojego Sezamu, nie musiał troszczyć się o opłacalność ani o ekologię. Ale to już nie ma nic wspólnego z naszą bajką.

Polityka 14.2011 (2801) z dnia 02.04.2011; Nauka ; s. 72
Oryginalny tytuł tekstu: "Sezam z gazem"
Więcej na ten temat
Reklama

Codzienny newsletter „Polityki”. Tylko ważne tematy

Na podany adres wysłaliśmy wiadomość potwierdzającą.
By dokończyć proces sprawdź swoją skrzynkę pocztową i kliknij zawarty w niej link.

Informacja o RODO

Polityka RODO

  • Informujemy, że administratorem danych osobowych jest Polityka Sp. z o.o. SKA z siedzibą w Warszawie 02-309, przy ul. Słupeckiej 6. Przetwarzamy Twoje dane w celu wysyłki newslettera (podstawa przetwarzania danych to konieczność przetwarzania danych w celu realizacji umowy).
  • Twoje dane będą przetwarzane do chwili ew. rezygnacji z otrzymywania newslettera, a po tym czasie mogą być przetwarzane przez okres przedawnienia ewentualnych roszczeń.
  • Podanie przez Ciebie danych jest dobrowolne, ale konieczne do tego, żeby zamówić nasz newsletter.
  • Masz prawo do żądania dostępu do swoich danych osobowych, ich sprostowania, usunięcia lub ograniczenia przetwarzania, a także prawo wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania, a także prawo do przenoszenia swoich danych oraz wniesienia skargi do organu nadzorczego.

Czytaj także

Niezbędnik

Skąd się biorą pioruny? Odpowiedź może zaskoczyć

Piorun pojawia się nagle, znika błyskawicznie i nie pozwala się łatwo zbadać. Skąd to budzące zachwyt i grozę zjawisko bierze energię oraz jak ją uwalnia? Odpowiedź może zaskoczyć.

Andrzej Hołdys
07.07.2020
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną