Co ma towarzysz Gomułka do gazu łupkowego?

Gorączka łupkowa trwa już w Polsce od pewnego czasu. Czy można dzisiaj spojrzeć na nią z tzw. perspektywy? Można. I towarzyszą temu dość mieszane uczucia.

W dalszym ciągu nie ma danych (czyt. odpowiedniej ilości nowych odwiertów), które pozwoliłyby w sposób rzetelny oszacować zasoby gazu łupkowego w Polsce. US Geological Survey co pewien czas ogłasza kolejne prognozy, przy czym rozrzut od 5 trylionów do 95 miliardów ociera się już o śmieszność. A może zakupili któreś ze zwierzątek, które przewidywały wyniki meczów na Euro 2012? Trzy lata temu Piotr Gliniak, ówczesny dyrektor w PGNiG, ostrzegał, że nie wszędzie basen ordowicko-sylurski będzie gazonośny i znajdą się rejony, w których łupki są niedojrzałe lub przegrzane. Teraz, po wykonaniu wielu odwiertów, „historia przyznaje mu rację”. Wiele otworów okazało się pustych. Niemniej gazu w formacjach łupkowych jest dostatecznie dużo, by traktować go poważnie, a dokładne oszacowanie jego ilości będzie możliwe za 7-8 lat.

Fundamentalne pytanie dotyczy opłacalności eksploatacji gazu łupkowego w polskich warunkach przy dzisiejszych technologiach jego pozyskiwania. W tabeli zestawiono czynniki powodujące wzrost ceny poszukiwania i udostępniania gazu łupkowego w Polsce w porównaniu z sytuacją w USA.

 

Porównanie czynników cenotwórczych w USA i Polsce

 

Polskie skały łupkowe leżą średnio kilometr głębiej niż skały łupkowe w USA. W Stanach są to głębokości rzędu 800-1800 m, natomiast w Polsce wszystkie potencjalne złoża łupkowe znajdują się poniżej głębokości 2500 m i sięgają do 4000 m. Dodatkowo w Polsce budowa geologiczna skał leżących powyżej łupków jest skomplikowana, a skały są twardsze od tych, które należy przewiercić przy udostępnianiu złóż w Teksasie czy Pensylwanii. W rezultacie wszystkie amerykańskie doświadczenia w wierceniu odwiertów nie mają żadnego zastosowania w polskich warunkach.

W Polsce nie można zaprojektować regularnej sieci odwiertów z powodu gęstej zabudowy, obszarów chronionych, miast itd. Oznacza to, że należy wiercić kilkadziesiąt odwiertów z jednego obszaru (fachowo: z jednego pada). Po dowierceniu się do określonej warstwy, trzeba wykonywać długie, coraz dłuższe horyzontalne odcinki odwiertów, by objąć eksploatacją dostatecznie duży obszar. Ponadto w Polsce obowiązują zasady ochrony środowiska oraz regulacji lokalnych, związanych z uciążliwością wierceń i nikt nie obiecywał, że zostaną one uchylone.

Wspólnym mianownikiem wszystkich tych czynników są koszty: im głębiej, im skały twardsze, im dłuższe odcinki poziome odwiertów, tym są one droższe. I to nie o kilka lub kilkanaście procent tylko kilkukrotnie. A to dopiero początek inwestycji. Po odwierceniu otworów należy wykonać szczelinowanie, zbudować kopalnię, doprowadzić rurociąg i przeznaczyć odpowiednie koszty na remediację terenów po wierceniach.

 

Można w Europie prowadzić intensywne badania dotyczące możliwości eksploatacji gazu ze skał łupkowych (a warunki eksploatacji są podobne jak w Polsce). Po pierwszych zawirowaniach, spowodowanych nieprzestrzeganiem zasad ochrony środowiska w USA, sytuacja uspokoiła się. Gaz łupkowy przestał być postrzegany jako narzędzie szatana. Trwają prace badawcze w Wielkiej Brytanii, Irlandii i na mniejszą skalę w innych krajach, gdzie znajdują się potencjalne złoża. Sytuacja w Polsce jest uważnie obserwowana za względu na potencjalne zasoby oraz najbardziej zaawansowane badania. Sukcesy i porażki amerykańskich firm wiercących na terenie Polski są szeroko komentowane w prasie fachowej. Mimo że z pierwotnej euforii niewiele zostało (a może właśnie dlatego), trwają intensywne badania nad opłacalnością eksploatacji tego typu złóż, przy pełnej świadomości, że takich złóż jak Barnett czy Marcellus w Europie nie będzie.

Wszyscy zgadzają się, że technologia i zrozumienie tego, czym jest złoże łupkowe, stanowi klucz do opłacalnej eksploatacji. Oznacza to kompleksowe badania złóż, następnie planowanie i optymalizację metod oraz rozwiązań technologicznych przy udostępnieniu złoża.
 

Badania powinny dostarczyć rzetelnych informacji o złożu, odpowiadać na pytanie o jego zasoby i możliwą produkcję gazu. Informacje zapewniają badania sejsmiczne na danym terenie oraz badania rdzeni i gazu z otworów badawczych. Otwory badawcze, mimo wysokiej ceny, są niezbędnym elementem przygotowania eksploatacji i oceny jej ekonomiczności.

W pierwszym etapie tworzony jest model geologiczny złoża, obejmujący objętość potencjalnych skał zbiornikowych, ich porowatość i przepuszczalność. Nie każda skała łupkowa nadaje się do eksploatacji. Muszą to być skały o odpowiedniej sztywności i odporności na wodę złożową. Wydzielenie tych facji łupkowych i oszacowanie pojemności złoża wraz z badaniami desorpcyjnymi pobranych rdzeni pozwala na oszacowanie ilości gazu w złożu. Istotne są badania geochemiczne, pozwalające na oszacowanie wielkości generacji gazu w badanych skałach i określenie ilości substancji organicznej, która pozostała w skale. Ważne są też badania geomechaniczne, które mają na celu przebadanie wytrzymałości skał łupkowych (a dokładnie stworzenie przestrzennego rozkładu tego parametru w złożu). Otrzymując w końcu model geologiczny, zawierający ocenę parametrów pojemnościowych, wytrzymałościowych oraz bilans zawartości gazu w złożu, można zaprojektować udostępnienie złoża do eksploatacji, czyli zoptymalizować ilość koniecznych do odwiercenia otworów, ustalić, na jakich poziomach i w którym kierunku będzie się wiercić otwory horyzontalne i wyznaczyć interwały do szczelinowania, oszacować koszty tej operacji, potencjalną produkcję i ocenić, czy gra jest warta świeczki. Jeśli odpowiedź okaże się pozytywna – można rozpocząć udostępnianie złoża.
 

Trzeba optymalizować ilość odwiertów, ich konstrukcje oraz sam proces wiercenia. Fachowcy są zgodni, że koszt pojedynczego odwiertu w polskich warunkach nie spadnie poniżej 10 mln dol. przy dzisiejszym stanie technologii wiertniczych. Jeśli z danego pada projektuje się kilkanaście – kilkadziesiąt odwiertów, to odcinki horyzontalne będą długie i koszt kolejnych odwiertów wzrośnie. Na koszty odwiertu gotowego do eksploatacji składa się także zabieg szczelinowania. Dlaczego? Produkcja otworu eksploatacyjnego jest wprost proporcjonalna do powierzchni szczelin, które uda się wytworzyć. Z tego względu należy zoptymalizować proces szczelinowania. Chodzi również o wprowadzenie jak najtańszych metod realizacji tego zabiegu – w jednym odwiercie wykonuje się kilka szczelinowań.

W tym segmencie prace nad ulepszeniem technologii idą pełną parą i dotyczą każdego z elementów zabiegu. Generalnie szczelinowanie polega na wtłoczeniu pod ciśnieniem cieczy zabiegowej tak, by rozerwać skałę i wytworzyć sztuczną szczelinę. By nie zamknęła się ona po zmniejszeniu ciśnienia, razem z cieczą wprowadzany jest tzw. propant, czyli twarde, drobne elementy, które migrują wraz z wodą do szczelin, pozostają w nich i zabezpieczają przed zamknięciem. Do tej pory stosowano wodę z domieszką chemikaliów zabezpieczających skałę przed utratą sztywności i sterujących zwilżalnością ścian szczeliny. Jako propantu używano gruboziarnistego piasku.

Obok kosztów, drugim problemem związanym ze szczelinowaniem są chemikalia stosowane razem z wodą. Generalnie są to związki toksyczne, które po zabiegu należy bezwzględnie zneutralizować. Ta metoda szczelinowania (nazwijmy ją klasyczną) jest w dalszym ciągu rozwijana, przy czym udało się połączyć obniżenie kosztów z większą dbałością o środowisko przy przeprowadzaniu zabiegów. Stosuje się układy zamknięte, w których woda jest odzyskiwania i wykorzystywana ponownie. Redukuje to koszty zabiegu, zużycie wody i agresywnych środków chemicznych, co w zdecydowany sposób zmniejsza jego uciążliwość dla środowiska. Podejmowane są także próby stosowania czystej wody bez żadnych dodatków. Jest to możliwe dla określonych typów skał łupkowych.
 

Równocześnie rozwijane są nowe technologie. Do ciekawych rozwiązań należą próby zastąpienia piasku kulkami ceramicznymi. Są one bardziej wytrzymałe od ziaren piasku i dłużej trzymają szczelinę rozwartą. Trzeba jedynie przebadać, czy zwiększenie produkcji z danego otworu kompensuje większy koszt takiego propantu. Pytanie to jest zasadne, bowiem produkcja w odwiertach łupkowych bardzo szybko maleją (dyfuzyjny przepływ zmniejsza się wraz z odległością, którą drobiny gazu muszą pokonać do szczeliny). Z tego względu bardziej uzasadnione może być rekonstruowanie odwiertu po np. czterech latach (tzn. szczelinowanie w innym interwale).

Trwają również prace nad zastąpieniem wody innym płynem zabiegowym. Rozważa się zastosowanie dwutlenku węgla lub azotu. Oba te płyny mają oczywiste zalety w porównaniu z wodą (ciśnienia kapilarne, zwilżanie, możliwości uplastycznienia łupków, co przekłada się na doskonałe wypieranie gazu ze skał), wydaje się jednak, że będą miały one najwyżej znaczenie lokalne. Jeśli gdzieś przy złożu jest źródło któregoś z tych gazów, będzie można go zastosować (szczególne jeśli „wytwórca” CO₂ zapłaci za jego magazynowanie pod ziemią). W innym przypadku rachunek ekonomiczny i czynniki związane z bezpieczeństwem raczej wykluczą ich wykorzystanie. Transport jest drogi, a ilości potrzebne do szczelinowania są zbyt duże, by gazy te wozić w butlach, i zbyt małe, aby budować rurociąg. Ponadto instalacja musiałaby być dostosowana do tych gazów, które w przypadku awarii lub znacznych nieszczelności w instalacji mogą być groźnie dla zdrowia. Dodatkowym efektem w dłuższym czasie byłaby migracja tych płynów w stronę szczeliny i mieszanie się z metanem.

Przegląd nowych technologii pozwala na optymizm w ocenie zagrożenia dla środowiska. Zamknięte układy zatłaczające i wielokrotne użycie tej samej wody zmniejszą zanieczyszczenie oraz ruch samochodowy dookoła wiertni. Szkody są mniejsze, a ich usunięcie tańsze, co jest szczególnie ważne dla eksploatatorów.
 

Wydaje się, że przy aktualnym stanie technologii eksploatacja złóż gazu z łupków będzie możliwa i opłacalna dla wybranych, najlepszych rejonów polskiego basenu sylursko-ordowickiego (szczególnie tam, gdzie sztuczne szczelinowanie będzie wspomagane naturalną siecią spękań). Warunki eksploatacji będą stawiały niezwykle wysokie wymagania co do jakości udostępnienia złóż. Za kilka lat będzie można rzeczywiście oszacować ilość gazu łupkowego, jaki mamy do dyspozycji. Być może do tego czasu nastąpi jakiś technologiczny przełom, który w znaczący sposób poprawi rachunek ekonomiczny.

Za czasów rządów towarzysza Gomułki w Polsce powstał fetysz produkcji antyimportowej. Produkowano różne rzeczy, które były pięć razy droższe od odpowiedników zagranicznych, ale nasze, własne. Teraz musimy uważać, by znowu nie wpaść w tę koleinę. Z tego względu każdy etap poszukiwania i udostępniania gazu z łupków musi poprzedzać precyzyjny rachunek ekonomiczny.

 

prof. dr hab. Piotr Such, z-ca dyrektora ds. poszukiwań złóż węglowodorów, Instytut Nafty i Gazu w Krakowie.