Szczelinowanie a warstwa wodonośna: jak wysoko może

ReFINE Briefing Note
Szczelinowanie a warstwa wodonośna: jak wysoko może sięgnąć
propagacja?
To sprawozdanie z badań oparte jest na artykule: ‘Hydraulic
fractures: How far can they go?’ autorstwa Richard J. Daviesa, Simon
Mathiasa, Jennifer Moss, Steinar Hustoft, oraz Leo Newporta,
opublikowane w Marine and Petroleum Geology, 2012, dostępne do
pobrania za darmo na stronie www.refine.org.uk.
Szczelinowanie hydrauliczne, lepiej znane pod
terminem “fracking”, jest to proces w czasie którego,
szczeliny skalne, są celowe poszerzane poprzez
wstrzykiwanie płynów pod wysokim ciśnieniem. Udział
szczelinowania w pozyskiwaniu gazu łupkowego i ropy
ostatnio wywołuje wiele kontrowersji oraz jest
kojarzone z wieloma środowiskowymi obawami.
Prawdopodobnie największą z nich jest możliwość
tworzenia przez poszerzane szczeliny drogi łączącej
strefy wydobywania gazu i ropy ze źródłami wody
pitnej. Dlatego istotne jest zrozumienie na jaki dystans
szczeliny hydrauliczne mogą się rozprzestrzeniać.
Badania prowadzone przez Durham Energy Institute
wskazują, że prawdopodobieństwo propagacji szczeliny
hydraulicznej pionowo w górę na odległość większą niż
350 m wynosi mniej niż 1 procent, a maksymalna
zarejestrowana wysokość takiego rozprzestrzenia jest
mniejsza niż 600 m.
Co to jest szczelinowanie hydrauliczne?
Podczas wymuszania przez płyny szczelinujące (tzw.
płuczki) przepływu przez skały pod wysokim ciśnieniem,
powstają
pęknięcia
nazywane
szczelinami
hydraulicznymi (Ryc. 1), które rosną lub innymi słowy
propagują, dopóki nadbudowane ciśnienie nie zostanie
uwolnione. Natomiast naturalne szczeliny hydrauliczne
powstają w wyniku
Rycina 1: Naturalne szczeliny hydrauliczne w łupkach w
Azerbejdżanie. Źródło: Davies et al., 2012.
procesów takich jak aktywność wulkaniczna, czy w
wyniku ucieczki wody z głęboko zagrzebanych skał.
Sztuczne lub stymulowane szczeliny hydrauliczne to
takie, które są produkowane w wyniku działalności
człowieka, jak np. w czasie wpompowywania wody w
geotermalne otwory, czy poprzez niekontrolowany
wypływ gazu lub ropy pod dużym ciśnieniem w
podziemnym odwiercie, lub poprzez szczelinowanie pod
gaz łupkowy.
Względnie mało zostało opublikowane na temat
Page 01
maksymalnej wysokości pionowej propagacji pęknięć
hydraulicznych, w szczególności w systemach gazu
łupkowego i ropy naftowej. W tym celu,
przeanalizowano rozmiar tysięcy naturalnych i
stymulowanych szczelin hydraulicznych.
Co to jest szczelinowanie gazu łupkowego?
Łupki to drobnoziarniste skały powstałe w procesie
kompresji iłów, które często zawierają ropę lub gaz
uwięziony w porach pomiędzy jego cząstkami. Ponieważ
pory te nie są ze sobą połączone, łupki mają małą
przepuszczalność. Szczelinowanie hydrauliczne ma na
celu uwolnienie uwięzionego gazu lub ropy. W tym celu,
odwiert jest wiercony pionowo w dół, a potem poziomo
w gazo- lub ropo-nośne łupki. W momencie
zainstalowania szybu w odwiercie, woda, piasek i
chemikalia są wstrzykiwane w odwiert pod wysokim
ciśnieniem. Te wysokociśnieniowe płyny przepływając
przez szyb, pobudzają otwieranie się w łupkach, pęknięć
o rozmiarze kilku milimetrów. Cząsteczki piasku
znajdujące się w płynach szczelinujących podtrzymują
otwarcie się szczelin. Ten proces pozwala gazom i ropie
na przepływ do odwiertu a potem na powierzchnię,
gdzie może zostać zgromadzony.
Rycina 2: Porównanie pionowego zasięgu naturalnych (na
czerwono) i stymulowanych (na niebiesko) szczelin
hydraulicznych, na podstawie danych z Davies et al. (2012) .
Gaz łupkowy zwykle występuje na głębokości 2-3 km, a
warstwa wodonośna na 200-300 m. Dla porównania Wieża
Eiffla ma wysokość 300 m.
School of Civil Engineering
and Geosciences
Drummond Building
Newcastle University
NE1 7RU
Tel: +44 (0)191 208 6611
Szczeliny hydrauliczne: jak bardzo mogą się
rozprzestrzenić?
Wiele artykułów opublikowanych w ostatnich czasach,
sugeruje, że szczelinowanie gazu łupkowego może
powodować zanieczyszczenie złóż wody pitnej.
W szczególności mówi się o metanie, który potencjalnie
może przeniknąć do wody kranowej. Łupki gazonośne
zazwyczaj występują znacznie głębiej niż warstwa
wodonośna. Aby jednak to ocenić, ważne jest poznanie
jak wysoko stymulowane szczeliny hydrauliczne mogą
propagować. W naszym badaniu przeanalizowano
tysiące naturalnych i stymulowanych szczelin
hydraulicznych. Dla szczelin naturalnych, analiza 1170
przykładów z wybrzeży Norwegii, Zachodniej Afryki i
Namibii, pokazała, że maksymalna zarejestrowana
wysokość propagacji wyniosła 1106 m (ryc. 2) . Dla
tysiąca stymulowanych szczelin hydraulicznych w
złożach gazu łupkowego, maksymalna zanotowana
wysokość wyniosła 588 m (ryc. 2). Matematyczna
analiza danych wykazała, że prawdopodobieństwo
pionowej, większej niż 350 m, ekspansji naturalnych
szczelin hydraulicznych wynosi 33 procent. W przypadku
stymulowanych
pod
gaz
łupkowy
szczelin
hydraulicznych,
prawdopodobieństwo
propagacji
większej niż 350 m jest mniejsze niż 1 procent.
Co możemy z tego wywnioskować?
Na podstawie przeanalizowanych danych, naturalne
pęknięcia mają większy potencjał pionowej propagacji
niż antropogeniczne. Prawdopodobnie dlatego, że
rozwijają się one przez dłuższy okres czasu i pod
wpływem znacznie większego ciśnienia wywieranego
przez
ciecze.
Dane
pokazują,
że
niewiele
stymulowanych szczelin hydraulicznych propaguje wyżej
niż 350 m. Ponieważ warstwa wodonośna znajduje się
zwykle ok. 300 m pod powierzchnią ziemi, a fracking w
większości przypadków ma miejsce na głębokości od 2
do 3 km, wydaje się być niemożliwe, aby stymulowane
szczeliny hydrauliczne mogły połączyć te dwie strefy.
Jednakże, nasze badanie zwraca uwagę na konieczność
zachowania ostrożności podczas eksploatowania złóż
gazu łupkowego i ropy, a także na znaczenie
zrozumienia geologii. Na podstawie maksymalnej
zarejestrowanej wysokości stymulowanej szczeliny
hydraulicznej, kontrolerzy powinni rozważyć minimalny
dystans przynajmniej 600 m pomiędzy warstwą
wodonośną a docelowym gazem łupkowym, w
szczególności na nowych terenach, gdzie dane na temat
szczelin są niepełne lub ich brak.
Contact:
Mr. Sam Almond:
[email protected]
ReFINE website:
http://www.refine.org.uk
Follow ReFINE on Twitter:
@ReFINEresearch
Page 02