Jak bardzo radioaktywne są płyny zwrotne pochodzące ze

ReFINE Briefing Note
Jak bardzo radioaktywne są płyny zwrotne pochodzące ze
szczelinowania hydraulicznego?
To sprawozdanie badawcze powstało na podstawie artykułu Sama
Almonda, Sarah Clancy, Richarda Davies’sa oraz Freda Worrall’a
“The flux of radionuclides in flowback fluid from shale gas
exploitation” (2014), opublikowanego w Environmental Science
and Pollution Research. Artykuł jest dostępny za darmo na stronie
www.refine.org.uk.
Łupki to powszechnie występujące, drobnoziarniste
skały osadowe, które często zawierają uwięzione w
nich
ogromne
ilości
ropy
i gazu. W celu wydobycia tych węglowodorów, łupki
muszą
zostać
poddane
szczelinowaniu
hydraulicznemu. To wymaga wstrzykiwania płynów w
skałę
pod
wysokim
ciśnieniem.
Część
z tych wstrzykiwanych płynów może rozpuszczać
substancje występujące naturalnie w łupkach
i następnie transportować je na powierzchnię.
W celu zbadania, czy poziom radioaktywności jest
wystarczająco wysoki by stanowić zagrożenie dla
zdrowia ludzkiego, naukowcy z Durham University
zbadali kompozycję płynów zwrotnych pochodzących
z frackingu.
Co to są płyny szczelinujące?
Szczelinowanie hydrauliczne (fracking), to proces
który tworzy sieć szczelin w skałach. Łupki mają
bardzo małą przepuszczalność, co oznacza, że
materiał przepływa przez nie bardzo wolno. Jeśli łupki
zawierają ropę albo gaz, wówczas mogą one być
wyeksploatowane
ekonomicznie
dzięki
szczelinowaniu hydraulicznemu. Płyny szczelinujące
używane w tym celu to mieszanka wody, chemikaliów
oraz proppantów (materiał podsadzkowy), które są
wstrzykiwane
do
odwiertu
w łupkach pod wysokim ciśnieniem. Ten process
tworzy sieć małych szczelin, podtrzymywanych przez
proppanty, umożliwiając przepływ ropy i gazu do
odwiertu.
Co to są płyny zwrotne?
Podczas przepływu przez łupki, płyny szczelinujące
rozpuszczają wiele substancji uwięzionych naturalnie
w skałach. Do tych
substancji zaliczają się między innymi cząsteczki
naturalnie
występującego
materiału
radioaktywnego (NORM), takiego jak potas (K) czy
rad (Ra). Dzięki rozpuszczaniu substancji chemicznych
uwięzionych w łupkach, wstrzykiwane płyny także
mogą zostać zasolone. Ta część z tych płynów, która
powróci na powierzchnię jest określana mianem
płyny zwrotne. Wiedza na temat chemicznej
kompozycji płynów zwrotnych jest istotna w ocenie
ich wpływu na zdrowie ludzkie oraz na środowisko.
Jaka jest dopuszczalna dawka promieniowania
radioaktywnego?
Każdego
dnia
jesteśmy
wystawiani
na
promieniowanie, którego dawki mierzy się w
milisiwertach (mSv). W Wielkiej Brytani, przeciętna
osoba jest wystawiona na promieniowanie wielkości
2,7 mSv rocznie, pochodzące z różnych źródeł
naturalnych, takich jak pożywienie i skały, a także w
środowisku medycznym, jak np. w diagnostyce
rentgenowskiej. W USA, przeciętna roczna dawka
promieniowania na jedną osobę wynosi 6,2 mSv.
Page 01
Międzynarodowe przepisy określają dla ogółu
społeczeństwa maksymalną dozwoloną dawkę
powyżej naturalnego tła promieniowania na 1 mSv
rocznie.
Jak bardzo radioaktywne są płyny zwrotne?
W celu oszacowania ile NORM ostatecznie ląduje
w płynach zwrotnych gazu łupkowego, naukowcy
przeprowadzili badania na terenach wydobycia gazu
łupkowego w Barnett Shale, w USA, w Bowland Shale,
w Wielkiej Brytanii oraz w “pasie łupkowym” (Silurian
Shale) w Polsce. Radioaktywność płynów zwrotnych
została
przebadana
i
obliczono
poziomy
przekroczenia 99% wartości. Wartości te określają
poziom ekspozycji na promieniowanie radioaktywne,
których prawdopodobieństwo, że nie zostaną
przekroczone wynosi 99%. Wartości te dla płynów
zwrotnych w USA i Wielkiej Brytani wyniosły lekko
ponad 0.09 mSv, podczas gdy w Polsce wartość ta
wyniosła 0.43 mSv.
Jak to się różni od radioaktywności innych płynów?
Dla porównania, przeanalizowano także poziomy
NORM obecne w wodach gruntowych basenów
łupkowych w USA, w Wielkiej Brytani i w Polsce.
Wyniki tych badań pokazały, że strumień
radioaktywności w wodach gruntowych w USA
i w Polsce jest 7-8 razy niższy niż w płynach
zwrotnych, a w Wielkiej Brytanii nawet 500 razy
niższy.
Przeanalizowano także radioaktywność płynów
wytwarzanych w czasie konwencjonalnej produkcji
ropy i gazu, oraz energii jądrowej. Dane z Wielkiej
Brytani
wykazały,
że
prawdopodobieństwo
radioaktywności płynów powstałych w czasie
konwencjonalnej
produkcji
ropy
i
gazu,
przekraczającej 13 mSv, wynosi 50%. Okazało się
także, że radioaktywność wód odprowadzanych w
czasie produkcji energii jądrowej jest dwa rzędy
wyższa niż płynów zwrotnych.
Jakie możemy wyciągnąć z tego wnioski?
Poziomy NORM mierzone w płynach zwrotnych są
znacznie wyższe niż te w wodach gruntowych,
jednakże wciąż daleko poniżej dopuszczalnej
maksymalnej dawki wystawienia na promieniowanie.
Radioaktywność wód zwrotnych jest także niższa niż
płynów wytwarzanych w czasie konwencjonalnej
School of Civil Engineering
and Geosciences
Drummond Building
Newcastle University
NE1 7RU
Tel: +44 (0)191 208 6611
produkcji ropy i gazu, czy energii jądrowej. Pod
względem strumienia na jednostkę wyprodukowanej
energii, płyny zwrotne gazu łupkowego są znacznie
mniej radioaktywne niż produkty spalania elektrowni
węglowych.
Eksploatacja
gazu
łupkowego
spowoduje
podwyższony strumień NORM docierający na
powierzchnię, dlatego te płyny zwrotne należy
uzdatniać. Jednakże, ich radioaktywność jest na tyle
niska, że nie stanowi zagrożenia dla zdrowia
ludzkiego.
Figure 1: Schematic diagram of NORM in shales.
1) Shales are typically composed of clay minerals,
quartz and calcium carbonate. Some shales contain
organic matter, which, when heated sufficiently, will
release gas, such as methane. NORM is commonly stuck
(adsorbed) to the surface of the organic matter.
2) In shale gas production, a well is drilled down into
gas-rich shales, usually buried at depths of 1.5 km or
more. A horizontal well is drilled into the shale, and
fracking fluids forced into the rock at high pressure
through holes in the well casing. The flowback fluid
carries gas back up the well to the surface, but also picks
up and transports some particles of NORM.
Contact:
Mr. Sam Almond:
[email protected]
ReFINE website:
http://www.refine.org.uk
Follow ReFINE on Twitter:
@ReFINEresearch
Page 02