Łupki i szczelinowanie - wstęp

ReFINE Briefing Note
Łupki i szczelinowanie - wstęp
Celem tego naukowego sprawozdania jest przegląd powszechnie
stosowanych terminów związanych z gazem łupkowym. To
sprawozdanie powstało w ramach projektu Researching Fracking In
Europe (ReFINE), prowadzonego przez Durham Energy Institute.
Więcej informacji na temat ReFINE można znaleźć na stronie
projektu: www.refine.org.uk.
Od Wielkiej Brytanii przez Bułgarię, Ukrainę, po Stany
Zjednoczone, gaz łupkowy i szczelinowanie wydaje
się być ciągle obecne w mediach. Ale czym tak
naprawdę są łupki, dlaczego jest w nich gaz, i co to
jest proces szczelinowania? Prowadzony przez
Durham
Energy
Institute,
projekt
ReFINE
wykorzystuje wyniki badań naukowych do rozważań
na temat szczelinowania w Europie. Ten krótki
przewodnik jest wstępem do tematu, wyjaśniającym
znaczenie kilku kluczowych terminów.
Co to jest łupek?
Łupek to mułowiec, skała okruchowa powstała z
warstw mułu zakumulowanego przez miliony lat,
które zostały skompresowane i scementowane w
skałę. Mułowce są bardzo powszechnymi skałami, co
nie jest niczym zaskakującym, gdyż muł to najbardziej
powszechny osad na Ziemi. Muł pokrywa większość
obecnego dna oceanicznego i dużą część lądu.
Muły i mułowce są zbudowane z czterech
głównych składników: iłów (płaskie cząsteczki o
drobnej frakcji), mułu kwarcowego (drobiny
powszechnego, twardego minerału), bogatej w
węgiel, materii organicznej (szczątki roślin i zwierząt),
oraz z węglanu wapnia (wapno, często pochodzące z
muszli). Składniki te występują w różnych
proporcjach w różnych mułowcach, ale geologowie
często określają je łupkami albo mułowcami
bogatymi w iły i materię organiczną, które pękają na
cienkie warstewki. Rycina 1 przedstawia przykład
łupku z jurajskiego wybrzeża Dorset w Wielkiej
Brytanii.
Rycina 1: Jurajski łupek z Dorset, Wielka Brytania. Czarne
warstwy to bogata w węgiel materia organiczna, podczas
gdy białe warstwy to bogaty w węglan wapnia, skamieniały
plankton. Pole widzenia (od lewej do prawej) wynosi ok. 20
cm.
Page 01
Co to jest gaz łupkowy?
Cząsteczki naturalnego gazu, zwykle metanu, często
są uwięzione w porach mułowców. Jeżeli ilość
uwięzionego gazu jest dostatecznie wysoka, a
warstwy gazonośne są wystarczająco grube, wówczas
może się okazać, że wydobycie gazu w celu
zastosowania go, jako paliwa kopalnego może być
ekonomicznie opłacalne. I to jest właśnie gaz
łupkowy.
Dlaczego w łupkach występuje gaz?
Nie wszystkie łupki zawierają gaz. Muszą one powstać
z mułów, które mają dużą zawartość materii
organicznej. Kiedy takie muły są zagrzebywane,
kompresowane i podgrzane, materia organiczna się
„gotuje” i rozpada, powodując uwolnienie gazu. To
wymaga zwykle temperatury wyższej niż 100 stopni
Celsiusa, co normalnie ma miejsce na głębokości 3 i
więcej km pod powierzchnią Ziemi. W momencie,
gdy gaz zacznie być wydobywany, część gazu może
zacząć się przemieszczać w kierunku powierzchni,
wciąż jednak znaczna część pozostanie uwięziona w
porach w łupku. Ten uwięziony gaz tworzy zbiornik
gazu łupkowego, który jest celem poszukiwań.
Rycina 2: Uproszczony schemat szczelinowania
hydraulicznego pod gaz łupkowy. Studnia jest wiercona w
zbiornik gazu łupkowego, następnie w odwiert wtłacza się
płyny pod wysokim ciśnieniem, które docierają do
docelowej warstwy gazonośnej. To powoduje powstanie
sztucznych szczelin, które umożliwiają przepływ gazu z
łupków do odwiertu.
School of Civil Engineering
and Geosciences
Drummond Building
Newcastle University
NE1 7RU
Tel: +44 (0)191 208 6611
Co to jest szczelinowanie?
Szczelinowanie jest to skrócona wersja terminu
szczelinowanie hydrauliczne. Szczeliny hydrauliczne
mogą tworzyć się naturalnie w sytuacji, gdy płyny pod
ciśnieniem uciekają z głęboko pogrzebanych warstw
skalnych, powodując ich pękanie w czasie
przemieszczania się w górę. Jednakże, pod pojęciem
szczelinowanie, należy rozumieć proces, w czasie,
którego płyny są wtłaczane pod wysokim ciśnieniem
w skały powodując tworzenie się w nich szczelin. Te
sztuczne pęknięcia utrzymuje się otwarte za pomocą
proppantów, takich jak piasek.
Po co wykorzystuje się szczelinowanie do uzyskania
gazu łupkowego?
Porowate łupki zawierają wiele drobnych otworów,
w których naturalny gaz może być uwięziony.
Jednakże, pory te nie są ze sobą połączone, co
oznacza, że łupki mają bardzo małą przepuszczalność.
Taką, że gaz nie jest w stanie przemieszczać się w
skale. Aby więc uwolnić gaz, przepuszczalność musi
być utworzona za pomocą hydraulicznego
szczelinowania łupków. Te wąskie, wypełnione
płynem szczeliny utworzone w czasie szczelinowania,
umożliwiają połączenie się porów, w efekcie
powodując wypłynięcie gazu zewarstwy skalnej do
odwiertu.
Rycina 3: Uproszczone zbliżenie schematu szczelinowania
hydraulicznego pod gaz łupkowy. Wtłoczenie płynów pod
wysokim ciśnieniem w łupki powoduje powstanie wąskich
pęknięć, które łączą odseparowane gazonośne pory. To
umożliwia przepływ gazu z odwiertu na powierzchnię.
Contact:
Mr. Sam Almond:
[email protected]
ReFINE website:
http://www.refine.org.uk
Follow ReFINE on Twitter:
@ReFINEresearch
Page 02