Gaz łupkowy. Błękitne paliwo przyszłości

Zobacz artykuł w wersji pdf pdfpdf

Trudno uwierzyć, ale jeszcze 60 lat temu naturalny gaz ziemny był uważany za surowiec o niewielkim znaczeniu, wręcz przeszkadzający w eksploatacji ropy naftowej. Najczęściej spalano go na miejscu wydobycia. W nielicznych przypadkach gaz oczyszczano i przesyłano rurociągami do pobliskich miast i zakładów. Znacznie chętniej korzystano z gazu miejskiego produkowanego drogą przeróbki węgla kamiennego i rozprowadzanego lokalną siecią w obrębie aglomeracji.

Rdzenie wiertnicze, po lewej – piaskowce permskie potencjalnie zawierające gaz zamknięty, otwór Września IG 1, głębokość 4069 m; po prawej – sylurskie łupki gazonośne, otwór Tłuszcz IG 1, głębokość 1960 m. Fot. Autora.Kariera gazu ziemnego jest ściśle związana z rozwojem sieci przesyłowych. W miarę jak systemy rurociągów zaczęły oplatać całe kraje, a później kontynenty, rosło zainteresowanie błękitnym paliwem. W połowie XX w. powszechnie stosowano już domowe kuchenki gazowe i piece c.o., a w przemyśle turbiny gazowe i generatory pary zasilane metanem. Nastąpił dynamiczny rozwój przemysłu chemicznego bazującego na metanie jako surowcu do produkcji nawozów sztucznych i polimerów. Produkcja gazu ziemnego zaczęła szybko rosnąć, na dużą skalę prowadzono badania geologiczne i wiercenia poszukiwawcze. Ich rezultatem w Polsce było odkrycie największego do dzisiaj złoża „Przemyśl”, eksploatowanego od 1955 r., a później złóż w Wielkopolsce i na Pomorzu. Rocznie wierciliśmy po kilkaset otworów – w rekordowym 1967 r. wykonano 440 odwiertów o głębokości przekraczającej 1000 m. Podobnie było na całym świecie. Odkryto gigantyczne złoża w Katarze, Iranie, Algerii, na Syberii, a na naszym kontynencie w Holandii i północnych Niemczech. W latach 70. rozpoczęto eksplorację zasobów Morza Północnego. W niektórych eksploatowanych od dziesięcioleci regionach, mimo imponującego wzrostu wydobycia, gazu zaczynało brakować. Spadek produkcji w latach 90. XX w. zaznaczył się w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie.

Narodziny pomysłu To był impuls dla szczególnie przedsiębiorczych specjalistów, którzy zaczęli się zastanawiać nad możliwością pozyskania dodatkowych ilości surowca. Jednym z nich był inżynier George T. Mitchell z Teksasu. Podstawą jego rozważań była znajomość geologicznego mechanizmu formowania złóż gazu. Ten najprostszy węglowodór, składający się z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru, powstaje na drodze beztlenowego rozkładu materii organicznej. Proces można obserwować Rys. Obszary poszukiwań gazu łupkowego i gazu zamkniętego w Polsce. Źródło: Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy.na bagnach – banieczki pękające na powierzchni błotnistych stawów zawierają czysty metan. Znaczenie złożowe mają jednak głównie osady denne mórz i oceanów. W płytkich zbiornikach materię organiczną rozkładają bakterie metanowe, kiedy jednak te osady zostaną pokryte grubą warstwą kolejnych warstw geologicznych i zanurzone na głębokość wielu kilometrów, bakterie metanowe giną, a ich rolę przejmują czynniki fizyczne – ciepło geotermiczne i ciśnienie. W takich warunkach, po upływie setek tysięcy lat, z organicznego kompostu wygotowują się najpierw ciężkie frakcje ropy, potem coraz lżejsze komponenty, a na końcu gaz ziemny. Wszystkie te produkty są lżejsze od wody i otaczających je skał, więc wędrują grawitacyjnie ku powierzchni Ziemi. Jeśli nie napotkają na swojej drodze żadnej bariery, ulatniają się po prostu do atmosfery. W nielicznych przypadkach trafiają na warstwy skał porowatych przykrytych utworami nieprzepuszczalnymi. To tzw. pułapki złożowe – do niedawna jedyne źródło gazu. Mitchell zwrócił uwagę na korzenie tego systemu – warstwy ciemnych, ilastych osadów, w których rodzi się gaz. Na skutek ogromnego nacisku górotworu warstwy te, pierwotnie miękkie i błotniste, przekształcają się w twarde skały. Nazywa się je łupkami, bo pękają na cienkie płytki pod wpływem uderzenia. Teoria mówiła, że zawierają gaz, ale próba jego wydobycia jest skazana na niepowodzenie. Łupki na głębokości wielu kilometrów są zbite jak beton – gaz nie uwalnia się z nich dostatecznie szybko. Uparty Teksańczyk nie wierzył w teorię. Wbrew radom geologów spróbował skruszyć łupki, wtłaczając wodę pod wysokim ciśnieniem. Aby szczeliny nie zamknęły się, pod koniec zabiegu dodawał piasek. Od 1981 r. Mitchell eksperymentował z różnymi płynami i sposobami zatłaczania. Aby zwiększyć skuteczność procesu, stosował go w poziomych odcinkach otworów wiertniczych, co pozwalało objąć szczelinowaniem znacznie większe pakiety łupków. W przedsięwzięcie wpakował kilkanaście milionów dolarów, ale opłaciło się. Pod koniec lat 90. jego firma Mitchell Energy&Development była właścicielem kilkunastu patentów, a w 2002 r. została przejęta przez Devon Energy za 3,5 mld dolarów.

Amerykańskie doświadczenia – polskie perspektywy Samo szczelinowanie hydrauliczne nie było odkryciem Mitchella. Zabieg ten stosowano od lat 40. XX w. do zwiększenia produkcji w klasycznych złożach gazu i ropy. Niepodważalną zasługą pioniera było doprowadzenie tej technologii do perfekcji, co przyniosło powtarzalność wyników, a w konsekwencji spadek cen. Ulepszoną technologię z powodzeniem zastosowano do eksploatacji innych niekonwencjonalnych złóż – metanu z pokładów węgla oraz gazu zamkniętego w porach słabo przepuszczalnych piaskowców (tight gas). W ostatnim dwudziestoleciu w USA wydobycie gazu ze złóż niekonwencjonalnych rosło po kilkadziesiąt procent z roku na rok. Dzięki temu w 2009 r. kraj ten wrócił na pozycję światowego lidera. 50% produkcji pochodziło ze źródeł niekonwencjonalnych, z czego gaz zamknięty stanowił 27%, gaz łupkowy 14%, a metan pokładów węgla 9%. Warto zauważyć, że cena gazu na tamtejszym rynku spadła pięciokrotnie.

Czy takie cuda są możliwe poza USA? Teoretycznie tak. Łupki bogate w materię organiczną nie są niczym nadzwyczajnym w przyrodzie. Poza Stanami występują w Kanadzie, Argentynie, Australii, Chinach, Rosji, w krajach Zatoki Perskiej, w północnej Afryce i RPA. W Europie znaczny potencjał ma Polska, Ukraina, Bułgaria, Turcja, Niemcy, Austria, Francja i południowa Szwecja. Nie jest jednak pewne, czy rozwiązania amerykańskie da się przenieść do krajów o odmiennych realiach gospodarczych i prawnych. Szczególnie jaskrawe różnice występują w Europie – rynek gazu jest tu mniej liberalny, ceny usług wiertniczych znacznie wyższe, stopień urbanizacji większy, a przepisy środowiskowe często nadmiernie rozdęte. Na dodatek kampania wokół rzekomych zagrożeń, jakie niesie eksploatacja gazu łupkowego, umiejętnie podsycana przez potężne grupy nacisku, stawia pod znakiem zapytania szybkie zagospodarowanie nowego źródła energii.

Póki co można jednak mieć nadzieję. Polska jest w czołówce krajów próbujących wdrożyć doświadczenia zza oceanu. Pas łupków potencjalnie gazonośnych ciągnie się od Pomorza, przez Podlasie, do Lubelszczyzny. Oprócz gazu zawierają ropę naftową, zwłaszcza we wschodniej części obszaru. Pojedyncze płaty łupków występują w Małopolsce, perspektywiczne są też obszary na przedpolu Sudetów. Celem numer jeden jest gaz łupkowy, ale nie można zapominać o zasobach gazu zamkniętego – próbnie eksploatowany jest już pod Poznaniem, trwa niezwykle obiecujące wiercenie pod Kutnem. Mamy również metan pokładów węgla, wykorzystywany znacznie poniżej istniejących możliwości.

Polskie łupki są znacznie starsze od amerykańskich, co może mieć pewne znaczenie złożowe, ale poza tym niewiele się od nich różnią – zawierają sporo materii organicznej, mają dużą zawartość krzemionki, przez co są podatne na kruszenie. Problemem jest duża głębokość zalegania – od 1000 do 4500 m. Ministerstwo Środowiska wydało 109 koncesji na poszukiwania, ukończono 22 wiercenia. Wyniki nie są zbyt optymistyczne – w większości otworów stwierdzono występowanie dobrego jakościowo gazu, ale przepływy są niższe niż w odwiertach amerykańskich. Trzeba jednak pamiętać, że to początki. Aby rozpoznać zasoby, na każdej koncesji trzeba odwiercić co najmniej trzy otwory, a próby złożowe muszą obejmować pełne szczelinowanie w odcinkach horyzontalnych. Być może trzeba będzie zmodyfikować technologię. Zajmie to sporo czasu, ale wynik wydaje się pewny – wydobycie gazu ziemnego ze źródeł krajowych, w tej chwili pokrywające 40% zapotrzebowania, za kilkanaście lat wzrośnie co najmniej dwukrotnie.

Mirosław Rutkowski, Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy

Rys. Obszary poszukiwań gazu łupkowego i gazu zamkniętego w Polsce. Źródło: Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy.

Fot. Rdzenie wiertnicze, po lewej – piaskowce permskie potencjalnie zawierające gaz zamknięty, otwór Września IG 1, głębokość 4069 m; po prawej – sylurskie łupki gazonośne, otwór Tłuszcz IG 1, głębokość 1960 m. Fot. Autora.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij