docRaport branżowy - rynek proppantów
download 
Reklamacja Transkrypt
Raport branżowy - rynek proppantów
RYNEK PROPPANTÓW RAPORT BRANŻOWY Spis treści CHARAKTERYSTYKA PROPPANTÓW 1. Konwencjonalne i niekonwencjonalne złoża węglowodorów | 4 2. Szczelinowanie | 8 3. Proppanty i ich historia | 10 4. Najważniejsze cechy proppantów | 12 5. Zastosowanie proppantów | 14 6. Rodzaje proppantów | 15 7. Zalety proppantów ceramicznych | 16 2 | RAPORT BRANŻOWY RYNEK PROPPANTÓW 18 | 1. Zużycie proppantów na świecie 22 | 2. Najwięksi producenci proppantów 24 | 3. Znaczenie logistyki dla rozwoju rynku proppantów 24 | 4. Potencjalny popyt na proppanty w regionie Europy, Bliskiego Wschodu i Afryki (EMEA) 26 | 5. Zmiany cen proppantów 26 | 6. Regulacje prawne RAPORT BRANŻOWY | 3 Charakterystyka proppantów 1. Konwencjonalne i niekonwencjonalne złoża węglowodorów Złoża węglowodorów dzielimy na konwencjonalne i niekonwencjonalne głównie ze względu na charakter skał, w których są zgromadzone. W ostatnich latach szczególną popularność zyskuje gaz ziemny, który jest najczystszym paliwem. Gaz ze złóż konwencjonalnych to gaz ziemny pochodzący ze skał porowatych, przykrytych warstwą skał nieprzepuszczalnych. Taki gaz swobodnie przepływa pomiędzy poszczególnymi porami znajdującymi się w skałach. Gaz ze złóż niekonwencjonalnych to gaz ziemny znajdujący się w skałach nieprzepuszczalnych, w związku z czym jego wydobycie w tradycyjny sposób jest niemożliwe. Gaz ziemny ze złóż niekonwencjonalnych to m.in.: 4 | RAPORT BRANŻOWY zz az zamknięty (tight gas), który jest uwięg ziony w izolowanych porach skalnych, przy czym otwory, w których znajduje się gaz, są stosunkowo duże, zz az łupkowy (shale gas), który występuje g w łupkach bogatych w substancję organiczną, przy czym pory, w których znajduje się ten gaz, są bardzo małe, strukturę skały trzeba zaś naruszyć, żeby wydobyć surowiec, zz etan z pokładów węgla, gdzie cząsteczki m gazu zaabsorbowane są przez węgiel, zz ydraty gazowe, gdzie krystaliczny metan h jest uwięziony w lodowej strukturze wody. Jedną z najważniejszych różnic pomiędzy złożami konwencjonalnymi a niekonwencjonalnymi jest głębokość ich występowania. Złoża niekonwencjonalne położone są zwykle na głębokości od 2 do 5 km, czyli znacznie głębiej niż konwencjonalne. Wydobycie gazu ze źródeł konwencjonalnych jest stosunkowo łatwe, gdyż odbywa się za pomocą jednego lub kilku odwiertów pionowych. Ściany otworów są zabezpieczane stalowymi rurami, a jako dodatkowego zabezpieczenia wypełniającego przestrzeń między rurami a ścianami otworu używa się mieszanin cementowych, które mają za zadanie nie dopuścić do migracji surowca i innych zanieczyszczeń do wód gruntowych oraz ich wycieku na powierzchnię. W wypadku surowców ze źródeł niekonwencjonalnych poza odwiertami pionowymi konieczne jest też przeprowadzenie odwiertów poziomych oraz wytworzenie w skale szczelin, które umożliwią przepływ surowca. Odwierty poziome znacznie zwiększają dostęp do surowca, dzięki czemu proces jego wydobycia staje się bardziej opłacalny i efektywny. Wykonanie 6-8 odwiertów poziomych z jednego odwiertu pionowego daje dostęp do tej samej ilości gazu, co wykonanie 16 odwiertów pionowych w wypadku stosowania konwencjonalnych metod wydobycia. W wypadku gazu łupkowego wyzwaniem jest wydobycie go z porów, w których jest zamknięty. O tym, jak trudne będzie wydobycie, decydują porowatość i przepuszczalność skały. Porowatość mówi o pustej przestrzeni między ziarnami skał. Jest to przestrzeń, w której potencjalnie znajdować się może surowiec. Bardzo porowate skały mogą zawierać dużą ilość gazu lub ropy. Istotnym czynnikiem oceny jakości złóż jest też przepuszczalność. Od niej zależy, czy ropa lub gaz będą mogły przepływać przez skałę. RAPORT BRANŻOWY | 5 Złoże konwencjonalne RYSUNEK 1. Złoża konwencjonalne i niekonwencjonalne Gaz łupkowy Gleba Woda Piaskowiec Skała łupkowa Różnicę w budowie złóż konwencjonalnych i niekonwencjonalnych przedstawiono na poniższym rysunku (źródło: Państwowy Instytut Geologiczny). W wypadku złoża niekonwencjonalnego gaz znajduje się w porowatych przestrzeniach skał. By możliwe było jego efektywne wydobycie, niezbędna jest stymulacja złoża. Najczęściej wykorzystywanym sposobem jest szczelinowanie hydrauliczne z wykorzystaniem materiałów podsadzkowych, czyli proppantów. Zadaniem tych ostatnich jest utrzymanie otwartości szczelin oraz powiększenie ich szerokości. Dzięki temu zwiększają efektywność złoża i pozwalają na lepszy przepływ surowca. 6 | RAPORT BRANŻOWY Wydobycie gazu ze źródeł konwencjonalnych i niekonwencjonalnych ma wiele cech wspólnych. Przede wszystkim w obydwu wypadkach wiercenia wykonywane są w bardzo podobny sposób. Takie same prace wykonuje się też w celu zabezpieczenia obydwu typów odwiertów. W obu wypadkach wykorzystywane są wiercenia poziome. Podobne jest ponadto ryzyko związane z wykonywaniem odwiertów poziomych i pionowych. Przy wydobyciu surowców z obu typów złóż stosuje się również materiały podsadzkowe, które zwiększają przewodność złóż i efektywność wydobycia. Występują jednak również istotne różnice. Najważniejsza dotyczy szczelinowania hydraulicznego. Jest ono wykorzystywane w obydwu typach złóż. W wypadku złóż konwencjonalnych nie jest jednak stosowane na szeroką skalę. Przy wydobyciu niekonwencjonalnym liczba przeprowadzanych szczelinowań może być od 10 do 40 razy większa. Różnice dotyczą też ilości wody oraz proppantów i związków chemicznych stosowanych przy szczelinowaniu. Znacznie większe zużycie wody i proppantów jest typowe dla złóż niekonwencjonalnych. RAPORT BRANŻOWY | 7 2. Szczelinowanie Szczelinowanie to zabieg, którego głównym zadaniem jest zwiększenie wydajności złóż. Polega na wpompowaniu do odwiertu cieczy, która powoduje powstawanie w skale pęknięć umożliwiających wydobycie surowca. Pierwszym krokiem przed przeprowadzeniem szczelinowania jest wykonanie otworów w zarurowanym odwiercie pionowym. Następnie do odwiertu i wytworzonych otworów wpompowuje się pod bardzo wysokim ciśnieniem płyn szczelinujący. Przedostaje się on przez otwory, powodując pękanie skał i tworzenie sieci wąskich kanalików, przez które potem przepływać mogą węglowodory. Po zakończeniu procesu część płynu wraca na powierzchnię, a reszta zostaje wewnątrz skał. Wewnątrz skał pozostają również proppanty. Rozwój szczelinowania został zapoczątkowany w 1947 r. W Polsce pierwsze skuteczne próby szczelinowania były prowadzone w II połowie lat 50. XX w. Prawdziwy rozkwit ta technika wydobycia zaczęła jednak przeżywać dopiero na początku XXI w. Wzrost cen ropy naftowej i gazu przyczynił się bowiem do znacznego zwiększenia wydatków na badania i rozwój oraz poszukiwanie nowych złóż, co poskutkowało unowocześnieniem technologii, które umożliwiają opłacalne wydobycie. RYSUNEK 2. Sposób rozmieszczenia odwiertów w MSF w porównaniu do odwiertu pionowego (wydobycie konwencjonalne). [źródło: Packer Plus] 30 m odwiertu pionowego = ok. 15 m2 kontaktu ze złożem 600 m odwiertu poziomego = 20 x odwiert pionowy 600m odwiertu poziomego + 10 x 23 m szczelin = 1000 x odwiert poziomy 8 | RAPORT BRANŻOWY Najbardziej popularną metodą szczelinowania jest szczelinowanie hydrauliczne. W jego pierwszej fazie tworzony jest odwiert pionowy, który jest zabezpieczany w podobny sposób jak w wypadku wydobycia surowców ze złóż konwencjonalnych. Następnie do odwiertu wpompowywany jest płyn szczelinujący pod bardzo dużym ciśnieniem, co prowadzi do powstania lub powiększenia szczelin w skałach oraz umożliwia ich utrzymanie. Skład płynu szczelinującego w każdym wypadku zależy od konkretnych charakterystyk złoża. Zazwyczaj w około 99,5 proc. składa się on z wody i proppantów. Pozostałe składniki to związki chemiczne, których główne zadania to: ułatwienie przenoszenia proppantów do szczelin, obniżenie tarcia, obniżenie napięcia powierzchniowego, działanie antykorozyjne oraz zapewniające równomierne rozłożenie proppantów w płynie. Proppanty pomagają utrzymać otwarte szczeliny, a tym samym podtrzymują przepływ gazu. Stosowane dodatki chemiczne są podobne do używanych w gospodarstwach domowych. Wśród związków chemicznych wykorzystywanych w płynie szczelinującym wyliczyć można chociażby kwas solny stosowany również jako środek do czyszczenia basenów, izopropanol wykorzystywany też przy produkcji płynów do mycia szyb, dezodorantów i farb do włosów czy naturalną gumę guar będącą składnikiem m.in. lodów i past do zębów. WYKRES 1. Skład płynu szczelinującego Węglan potasu lub sodu: 0,011% Glikol etylenowy: 0,043% Chlorek potasu: 0,060% Kwas cytrynowy: 0,004% Proppanty 9,50% Woda 90,00% Izopropanol: 0,085% Chemikalia Guma guar lub hydroksuceluloza: 0,056% Formamid: 0,002% Kwas solny: 0,123% Aldehyd glutarowy: 0,001% Nadsiarczan amonu: 0,010% Destylator ropy naftowej: 0,088% Sole boranowe: 0,007% RAPORT BRANŻOWY | 9 Szczeliny w skałach powstają w wyniku wtłaczania do nich płynu szczelinującego pod ciśnieniem przekraczającym ich wytrzymałość. W wyniku szczelinowania w promieniu około 150 m powstają szczeliny o średnicy 1–2 mm. Aby uniknąć zamknięcia szczelin pod wpływem panującego pod ziemią ciśnienia, stosuje się proppanty. Ich rozmieszczenie, ilość i jakość przesądzają o efektywności eksploatacji danego złoża węglowodorów. 3. Proppanty i ich historia Jak już wiemy, proppanty są składnikiem płynu szczelinującego wykorzystywanego do eksploatacji surowców. Czym jednak są i jaka jest ich historia? W największym uproszczeniu można powiedzieć, że proppanty to zbiór niepalnych ziaren ciał stałych, które zapobiegają ponownemu ściśnięciu skał po szczelinowaniu hydraulicznym i umożliwiają przepływ gazu pomiędzy utworzonymi kanalikami między ziarnami proppantów. Proppanty po raz pierwszy zostały zastosowane na początku lat 50. XX w. w Ameryce Północnej. Początkowo jako proppantów używano piasku kwarcowego wydobywanego z dna rzeki Arkansas. Następnie stosowany był tzw. piasek biały pochodzący z Ottawy w stanie Illinois, a począwszy od 1958 r. używany był również tzw. piasek brązowy, pochodzący z piaskowca Hickory w pobliżu miejscowości Brady w stanie Teksas. Podstawową zaletą tych surowców była ich niska cena. Jednocześnie były jednak mało wytrzymałe, a ponadto wydobycie surowców przy ich zastosowaniu było stosunkowo mało efektywne. Ten surowiec wykorzystywany był również w Polsce, gdzie metodę tę stosowano już w latach 50. ubiegłego wieku. Warto nadmienić, że przez blisko 60 lat prac nad metodą szczelinowania hydraulicznego w Polsce rodzimi badacze przyczynili się do udoskonalenia cieczy zabiegowych oraz urządzeń do szczelinowania. W późniejszych okresach jako materiał podsadzkowy polscy badacze wykorzystywali m.in. glin, wapień, magnez czy krzemionkę. Mała wytrzymałość piasku spowodowała konieczność poszukiwania proppantów, które odznaczałyby się lepszymi właściwościami. W latach 60. XX w. w użyciu były szklane i plastikowe kulki oraz rozdrobnione łupiny orzecha włoskiego. Zaletą tych ostatnich była ich niska cena oraz to, że nie pękały i nie kruszyły się. Z racji niskiego ciężaru właściwego ich zastosowanie stwarzało jednak liczne problemy. 10 | RAPORT BRANŻOWY Na ich niekorzyść działało też to, że ulegały deformacjom pod wpływem ciśnienia i temperatury panujących w odwiertach. Tych kłopotów dało się uniknąć dzięki zastosowaniu proppantów metalicznych. Także ta odmiana proppantów nie była jednak pozbawiona wad. Po pierwsze, okazały się one stosunkowo drogim surowcem. Ich kluczową wadą był jednak brak obojętności w środowisku kwasowym. Zastosowanie tego typu proppantów znacznie ograniczał ponadto zbyt wysoki ciężar właściwy. W 1976 r. po raz pierwszy w komercyjnym zastosowaniu znalazły się proppanty na bazie spiekanych boksytów. Następnym etapem było pokrywanie proppantów żywicami. W kolejnych latach podjęto zaś próby otrzymania proppantów lżejszych niż na bazie boksytu, a jednocześnie odznaczających się podobną lub większą wytrzymałością na ściskanie. Przełom nastąpił dopiero w połowie lat 80. XX w., gdy pojawiły się pierwsze lekkie proppanty ceramiczne. Od tego czasu trwają prace zmierzające do uzyskania coraz lepszych ich właściwości. Proppanty ceramiczne poddają się różnym technikom poprawiającym ich właściwości i są określane jako najbardziej perspektywiczna grupa proppantów. RYSUNEK 3. Rodzaje proppantów Piasek Piasek otoczkowany żywicą Spiekany boksyt Proppanty ceramiczne RAPORT BRANŻOWY | 11 4. Najważniejsze cechy proppantów Jednym z kluczowych czynników branych pod uwagę przy analizowaniu jakości proppantów jest ich wytrzymałość. Im bardziej wytrzymałe są proppanty, tym lepiej, gdyż odznaczają się wówczas wyższą przewodnością dla gazu czy ropy. Zbyt niska wytrzymałość sprawia, że proppanty pod wpływem ciśnienia pękają i kruszą się. W efekcie wytworzone szczeliny są zapychane, co ogranicza lub uniemożliwia przepływ gazu. Nie mniejsze znaczenie ma ciężar właściwy, gdyż zbyt wysoki zwiększa koszty wydobycia, a zbyt niski utrudnia ich stosowanie. Dlatego kluczowe aspekty brane pod uwagę przy analizowaniu jakości proppantów to wysoka wytrzymałość w połączeniu ze względnie niskim ciężarem właściwym. Ważnymi parametrami są też kulistość i sferyczność. Wytrzymałość proppantów mierzona jest za pomocą tzw. crash testów, które pozwalają określić, jaka część proppantów poddanych testowi ulegnie skruszeniu przy określonym ciśnieniu. Jeśli mamy do czynienia z dobrymi produktami, to skruszyć się powinno nie więcej niż 2–5 proc. z nich. Jakość proppantów ma kluczowe znaczenie dla powodzenia wydobycia węglowodorów. Wpływa bowiem na efektywność procesu, a tym samym na jego cenę. Wśród najważniejszych cech proppantów, które pozwalają określić ich jakość, wymienić należy przede wszystkim: zz wytrzymałość na zgniatanie – im większa, tym większa przepuszczalność, zz k ulistość – określa stopień gładkości powierzchni, im wyższa, tym większy przepływ węglowodorów; najmniej kuliste są proppanty oparte na piasku, niezależnie od tego, czy mają otoczkę; frakcje piasku odznaczają się ponadto niejednorodnym rozkładem uziarnienia, co może powodować zatykanie się szczelin, zz s feryczność – określa, jak bardzo podobne do sfery jest ziarno; im lepsza, tym bardziej efektywne wydobycie, zz c iężar właściwy – charakterystyka istotna ze względu na konieczność zawieszania proppantów w ciekłym medium w trakcie szczelinowania hydraulicznego; niższy ciężar umożliwia zastosowanie tańszych płynów szczelinujących 12 | RAPORT BRANŻOWY i mniejszej ilości środków chemicznych; zbyt niski ciężar dyskwalifikuje ich użycie, wysoki ciężar oznacza zaś niższą efektywność wydobycia oraz prowadzi do zatykania szczelin, zwiększa ponadto znacząco koszty i wymaga większej ilości dodatków, zz ciężar objętościowy – im niższy, tym lepsze ulokowanie proppantów w szczelinie, zz przewodność – im wyższa, tym bardziej efektywny przepływ węglowodorów. Niższy ciężar właściwy proppantów w połączeniu z ich wyższą wytrzymałością zwiększają efektywność wydobycia oraz oznaczają umiarkowany koszt. WYKRES 2. Cechy produktu Wytrzymałość na ściskanie Kluczowe znaczenie ma wysoka wytrzymałość przy niskim ciężarze właściwym proppantów 50 % odłamków 40 30 20 Lekkie ceramiczne Piasek otoczkowany Piasek 10 0 0,25 0,5 1 2 3 4 Przewodniość, md - ft, 1 ft ~ 30 cm Stopień zapełnienia celki Kulistość Im większa kulistość proppantów tym większy przepływ węglowodorów 10 000 1000 100 10 2000 kulistość 0,7 kulistość 0,5 kulistość 0,3 4000 6000 8000 10 000 Ciśnienie, psi (1 psi ~ 6 900 Pa) RAPORT BRANŻOWY | 13 Przewodność, md - ft, 1 ft ~ 30 cm WYKRES 3. Cechy produktu 10 000 Lekkie ceramiczne Piasek otoczkowany Piasek 5000 0 2000 8000 10 000 Przewodność • Im wyższa przewodność tym efektywniejszy przepływ węglowodorów • Poprzez zwiększenie kulistości, wytrzymałości oraz poprawienie sferyczności zwiększeniu ulega także przewodność proppanów • Większa przewodność = wzrost efektywności wydobycia węglowodorów Ciśnienie, psi (1 psi ~ 6 900 Pa) 5. Zastosowanie proppantów Proppanty są używane głównie przy wydobyciu surowców ze złóż niekonwencjonalnych, czyli trudniejszych w eksploatacji, a tym samym odznaczających się wyższymi kosztami wydobycia. Stosowane są również przy wydobywaniu ropy i gazu ze złóż konwencjonalnych, a także w operacjach wydobycia surowców z dna morza i oceanu. Zastosowanie proppantów zwiększa i przyśpiesza wydobycie węglowodorów. Dzięki ich zastosowaniu udaje się utrzymać szerokość szczelin, a w efekcie możliwy jest większy, swobodny przepływ wydobywanego surowca. W wypadku złóż konwencjonalnych proppanty poprawiają efektywność odwiertu poprzez zwiększenie wydobycia surowca. W wypadku złóż niekonwencjonalnych są zaś elementem nieodzownym do jego wydobycia. 14 | RAPORT BRANŻOWY 6. Rodzaje proppantów Najważniejszymi typami proppantów są piasek, spiekane boksyty oraz proppanty ceramiczne. Spiekane boksyty nie są jednak powszechnie stosowane w związku z tym, że są bardzo kosztowne, a przy tym mają zbyt duży ciężar właściwy. W efekcie ekonomiczna efektywność ich stosowania jest ograniczona. Obecnie stosowane są trzy rodzaje proppantów: piasek, piasek otoczkowany żywicą oraz proppanty ceramiczne. Najważniejsze charakterystyki poszczególnych rodzajów proppantów zostały przedstawione w tabeli poniżej. Rodzaj proppantów Data pierwszego zastosowania Cena Wytrzymałość i przepuszczalność Piasek 1947 Najtańsze Najniższa Proppanty powlekane 1984 Średnia cena Średnia Proppanty ceramiczne 1976 Najdroższe Najwyższa Piasek jest wprawdzie najtańszy (jego cena to około 150 dol. za tonę), ale odznacza się przy tym również najniższą wytrzymałością i przepuszczalnością. Przy ciśnieniu na poziomie 10 tys. psi aż 90 proc. piasku ulega skruszeniu. Proppanty ceramiczne są wprawdzie znacznie droższe od piasku i proppantów powlekanych (koszt proppantów ceramicznych dobrej jakości to 900–1200 dol. za tonę), ale odznaczają się przy tym znacznie wyższą wytrzymałością. W efekcie zwiększają efektywność wydobycia węglowodorów. Proppanty powlekane kosztują około 400 dol. za tonę i popyt na nie szybko maleje. Jak wynika z poniższego wykresu, przy ciśnieniu na poziomie 10 tys. psi proppanty ceramiczne zapewniają 15-krotnie wyższy przepływ gazu niż piasek. Przy ciśnieniu 7,5 tys. psi proppanty ceramiczne dwukrotnie zwiększają wydobycie węglowodorów w porównaniu z proppantami piaskowymi. RAPORT BRANŻOWY | 15 Proppanty ceramiczne 1800 Proppanty ceramiczne odznaczają się około 2 razy wyższą przewodnością niż piasek przy 7500 psi 1600 Przewodność, md-ft 1400 WYKRES 4. Konkurencyjność produktu 1200 1000 Proppanty ceramiczne odznaczają się około 15 razy wyższą przewodnością niż piasek przy 10 000 psi Piasek 800 600 400 Piasek otoczkowany 200 0 500 4500 8500 12 500 Wytrzymałość, psi (1 psi ~ 6 900 Pa) 7. Zalety proppantów ceramicznych Proppanty ceramiczne produkowane są tylko i wyłącznie ze składników naturalnych. W ich produkcji wykorzystuje się iły, boksyty i kaoliny. W pierwszym etapie surowce są mielone. Następnie wzbogaca się je o dodatkowe składniki, a potem wypala. Kluczowy dla jakości gotowego produktu jest odpowiedni dobór wszystkich składników. Uzależniony jest on chociażby od stosowanych technologii szczelinowania oraz różnych charakterystyk odwiertów (np. ich głębokości) i struktur geologicznych. 16 | RAPORT BRANŻOWY Do najważniejszych zalet proppantów ceramicznych w porównaniu z piaskiem należą: zz wytrzymałość na zgniatanie, zz większa kulistość, co wpływa na wzrost przepływu węglowodorów, zz lepsza sferyczność, dzięki czemu poprawia się efektywność wydobycia, zz odpowiednia przewodność, zz ożliwość dostosowania wielkości i kształtu, a także innych ich cech do m konkretnych zastosowań i związanych z tym wymagań. RAPORT BRANŻOWY | 17 Rynek proppantów 1. Zużycie proppantów na świecie Proppanty ceramiczne po raz pierwszy zostały użyte w USA w 1976 r. Światowy rynek proppantów dynamicznie zaczął się rozwijać jednak dopiero w ciągu ostatnich kilkunastu lat, począwszy od 2002 r. Średnioroczne tempo wzrostu zużycia proppantów ceramicznych przekroczyło w tym okresie 20 proc. Rozwój tego segmentu stał się możliwy po spełnieniu trzech warunków. Najpierw wprowadzono szczelinowanie. Później możliwe stało się wiercenie kierunkowe i poziome, a następnie wynaleziono materiał ceramiczny znacznie twardszy niż piasek. Dopiero łączne spełnienie tych trzech warunków umożliwiło wydobycie gazu z formacji łupkowych na szerszą skalę, a tym samym stworzyło zapotrzebowanie na proppanty ceramiczne, które ułatwiają wydobycie surowca oraz zwiększają jego efektywność. 2,0 WYKRES 5. Zużycie proppantów ceramicznych na świecie 1,6 mln ton 1,2 3% , 23 0,8 CAGR – 2010 R G 003A C 2 – 11,6% 002 1990-2 0,4 18 | RAPORT BRANŻOWY 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 0,0 Międzynarodowa Agencja Energii (International Energy Agency – IEA) szacuje wielkość światowych złóż gazu na ponad 750 bln metrów sześciennych, z czego ponad 44 proc. stanowi gaz ze źródeł niekonwencjonalnych. Prognozy IEA przewidują, że w okresie 2010–2035 produkcja gazu ze źródeł niekonwencjonalnych zwiększy się przeszło trzykrotnie, do 1,6 bln metrów sześciennych rocznie. Udział gazu niekonwencjonalnego w globalnej produkcji wzrośnie zaś z 14 proc. do 32 proc. Największe wzrosty będą miały miejsce około 2020 r. Wcześniej bowiem producenci będą potrzebowali czasu na przygotowanie i rozpoczęcie komercyjnego wydobycia gazu niekonwencjonalnego. WYKRES 6. Światowe zasoby gazu na koniec 2011 r., w bln metrów sześciennych (źródło IEA). 54,7 18,1 36,1 5,8 Europa 7,1 12,6 Azja Ameryka Północna 28,3 28,4 7,1 11,8 Ameryka Południowa Afryka 11,2 3,3 Australia Konwencjonalne Niekonwencjonalne Największym producentem gazu ziemnego w 2020 r. staną się Stany Zjednoczone Ameryki, które wyprzedzą dotychczasowego lidera – Rosję – dzięki wydobyciu gazu łupkowego. Po 2020 r. gwałtownie zacznie rosnąć również produkcja gazu łupkowego w Chinach. Duże wzrosty produkcji spodziewane są także w Australii, Indiach, Kanadzie i Indonezji. Produkcja gazu niekonwencjonalnego w Unii Europejskiej po 2020 r., z Polską jako jednym z liderów wydobycia, będzie wystarczająca, by zrównoważyć spadającą produkcję ze źródeł konwencjonalnych. Wzrost wydobycia gazu ze źródeł niekonwencjonalnych przełoży się na zmniejszenie zapotrzebowania na surowiec pochodzący z importu, co zwiększy bezpieczeństwo RAPORT BRANŻOWY | 19 energetyczne krajów Unii Europejskiej, a także spowoduje spadek cen surowca. Ceny gazu w Europie należą bowiem obecnie do najwyższych na świecie. Nasz kontynent jest ponadto najbardziej uzależniony od importu gazu. mln USD Chiny Inne Rosja USA i Kanada WYKRES 7. Światowy rynek proppantów. Świat ogółem 5230 2655 1217 517 148 2000 2005 2010 2015 2020 Głównym konsumentem proppantów są obecnie USA. Coraz większe ich zużycie widoczne jest jednak również w Chinach i innych krajach. w Europie proppanty są zaś na razie wykorzystywane w odwiertach poszukiwawczych oraz do wydobycia gazu zamkniętego i gazu ze złóż konwencjonalnych oraz podmorskich. Wolumen rynku proppantów w 2013 r. sięgnął 27 mln ton, największy udział w ujęciu ilościowym ma piasek, który stanowi 80 proc. zużytego surowca. Pod względem wartościowym piasek musiał jednak ustąpić pola proppantom ceramicznym, które odpowiadają za mniej więcej połowę wartości rynku proppantów. 20 | RAPORT BRANŻOWY WYKRES 8. Struktura rynku proppantów (dane za Freedonia). Podział ilościowo (27,2 mln ton) Podział wartościowo (3,7 mld USD) Piasek 80% Proppanty ceramiczne 49% Proppanty ceramiczne 10% Piasek otoczkowany żywicą 10% Piasek 45% Piasek otoczkowany żywicą 6% Bezpośrednim odbiorcą proppantów ceramicznych są firmy serwisowe zajmujące się wierceniem i obsługą kopalń gazu. Do tego grona zaliczyć można chociażby takie podmioty, jak: Halliburton, Schlumberger, United Oilfield Services, Baker Hughes czy Weatherford. W związku z wysokimi dziennymi kosztami odwiertów kluczowa jest sprawna logistyka dostaw proppantów. Roczne zużycie proppantów przez jedną kopalnię gazu łupkowego, w której znajduje się jeden odwiert pionowy oraz 6-10 poziomych, szacować można bowiem nawet na 5–10 tys. ton. Spodziewany wielokrotny wzrost produkcji gazu łupkowego doprowadzi w ciągu najbliższych dziesięciu lat do ogromnego wzrostu światowego popytu na proppanty ceramiczne. Popyt może rosnąć szybciej niż produkcja gazu ze względu na rozpoczęcie wydobycia gazu w coraz trudniejszych geologicznie lokalizacjach. Zgodnie z prognozami Freedonia Group wartość światowego rynku proppantów w latach 2015–2020 wzrośnie dwukrotnie. Prognozuje się, że w 2020 r. wartość rynku proppantów przekroczy 5,2 mld dol., podczas gdy w 2010 r. było to 1,2 mld dol. RAPORT BRANŻOWY | 21 WYKRES 9. Rynek proppantów ceramicznych w latach 2000-2021. Źródło: Baltic Ceramics na podstawie Freedonia Group mln USD 2000 Clay-Based Ceramiczne powlekane 1500 Spiekane boksyty 14% 1000 23% 63% 500 Udział w rynku w 2021 r. 0 2001 2006 2011 2016 2021 2. Najwięksi producenci proppantów Największym producentem proppantów ceramicznych na świecie jest notowana na giełdzie NYSE w Nowym Jorku firma Carbo Ceramics Inc. W 2013 r., po 4-procentowym wzroście, spółka osiągnęła rekordowy poziom produkcji, przeszło 770 tys. ton. Ta firma ma również największe moce produkcyjne. Na koniec 2013 r. jej możliwości przekraczały 975 tys. ton rocznej produkcji (łącznie z proppantami otoczkowanymi), a Carbo Ceramics dalej je rozbudowuje. Do końca II kwartału 2014 r. ruszy pierwsza linia produkcyjna w Millen (Georgia, USA). Jej moce przekroczą 110 tys. ton proppantów rocznie. W Millen planowana jest również budowa drugiej linii o takich samych możliwościach produkcyjnych. Rozbudowa ruszy w pierwszej połowie 2014 r., a linia będzie gotowa do końca II kwartału 2015 r. Po uruchomieniu obydwu linii moce produkcyjne Carbo Ceramics przekroczą milion ton proppantów rocznie. Kolejne pozycje na tym rynku zajmują firmy: Saint-Gobain, Mineracao Curimbaba oraz Imerys. Na czterech liderów przypada łącznie około 70–80 proc. światowej produkcji proppantów ceramicznych. 22 | RAPORT BRANŻOWY Poza wspomnianymi dużymi producentami na rynku działa też ponad 30 chińskich producentów. Ich produkty są zauważalnie tańsze. W ślad za ceną idzie jednak niższa jakość. Proppanty chińskie są bowiem mniej wytrzymałe, a zatem łatwiej ulegają skruszeniu. A jakość proppantów jest kluczowa w kontekście efektywności wydobycia. Najważniejsza jest ich wytrzymałość, która jest badana na podstawie tego, jaka część proppantów ulegnie skruszeniu przy zastosowaniu odpowiedniego ciśnienia. Różnica jakości w pełni uzasadnia różnicę cen pomiędzy produktami niższej i wyższej jakości. Cena piasku to około 150 dol. za tonę, proppanty chińskie kosztują 500–700 dol. za tonę, a amerykańskie 900–1200 dol. za tonę. Władze firm zajmujących się poszukiwaniem i wydobyciem węglowodorów mają coraz większą świadomość tego, jak ważna jest jakość proppantów. Coraz większe jest też grono podmiotów, które starają się w ogóle nie korzystać z proppantów niskiej jakości. Dzieje się tak dlatego, że koszt utrzymywania platformy wiertniczej na morzu wynosi około 1 mln dol. dziennie, a przy wydobyciu na lądzie jest to 100 tys. dol. dziennie. Przy tak wysokich kosztach firmy serwisowe nie chcą ponosić ryzyka wynikającego z zastosowania proppantów niższej jakości. Wysokie ciśnienie, jakie jest potrzebne przy szczelinowaniu, sprawia bowiem, że słabsze proppanty się kruszą i zatykają pory, co prowadzi do spadku efektywności wydobycia gazu. Dlatego w trudnych warunkach geologicznych oraz przy wysokich kosztach procesu wydobycia proppanty muszą być bardziej wytrzymałe. tony WYKRES 10. Najwięksi producenci proppantów ceramicznych na świecie (moce produkcyjne) 80 000 792 000 60 000 385 000 40 000 350 000 241 000 225 000 215 000 20 000 0 Carbo Ceramics Saint Gobain Mineracao Curimbaba Imerys Inni Chińscy producenci producenci RAPORT BRANŻOWY | 23 WYKRES 11. Najwięksi producenci proppantów ceramicznych (udział w rynku). Chińscy producenci 15,9% Inni producenci 9,7% Carbo Ceramics 35,9% Imerys 10,2% Mineraco Curimbaba 10,9% Saint Gobain 17,4% 3. Znaczenie logistyki dla rozwoju rynku proppantów W rozwoju rynku proppantów istotna jest też logistyka. Aż 50 proc. proppantów jest bowiem transportowanych pomiędzy kontynentami. Proppanty są przewożone głównie z Chin do USA, z USA do Europy i na Bliski Wschód oraz z Ameryki Południowej do Ameryki Północnej. USA jako największy ich konsument zużywają około 75 proc. światowej produkcji, podczas gdy udział tego kraju w światowej produkcji wynosi około 50 proc. Import proppantów generuje dodatkowe koszty, co oznacza wzrost ich ceny. Koszt transportu proppantów ceramicznych może stanowić nawet 30 proc. ich ceny. Import zwiększa ponadto ryzyko uszkodzenia produktu, gdyż dodatkowy przeładunek może prowadzić do pękania, kruszenia i osłabienia innych właściwości. Przy wydobyciu gazu ze źródeł niekonwencjonalnych istotny jest dostęp do odpowiednich proppantów. W USA średnia głębokość odwiertu to 1–2,7 km, co oznacza, że na ogół wystarczające są proppanty o wytrzymałości 5,5–9,5 tys. psi. W Polsce średnia głębokość odwiertu to zaś 3–4,5 km, więc niezbędne są bardziej wytrzymałe proppanty. Wymagania często wynoszą 10–12 tys. psi. Proppanty odznaczają się różnymi rozmiarami i klasami wytrzymałości, a dobór odpowiednich zależy chociażby od charakterystyk danego złoża. Kluczowe jest przy tym zapewnienie szybkiego dostępu do jak największej liczby rodzajów tego produktu. To powoduje, że logistyka ma ogromne znaczenie. Dlatego produkcję proppantów uruchamia się wszędzie tam, gdzie prowadzi się poszukiwania i wydobycie gazu łupkowego oraz zamkniętego. 24 | RAPORT BRANŻOWY 4. Potencjalny popyt na proppanty w regionie Europy, Bliskiego Wschodu i Afryki (EMEA) Popyt na proppanty jest bezpośrednio związany z poszukiwaniem i wydobyciem surowców, głównie ze źródeł niekonwencjonalnych. W związku z tym, że w naszym regionie (EMEA) występują znaczne złoża trudniejszego w eksploatacji gazu niekonwencjonalnego, to wraz z postępującym ich zagospodarowaniem będzie rosło zapotrzebowanie na proppanty ceramiczne, które zwiększają efektywność wydobycia. Szacuje się, że w 2020 r. popyt na proppanty ceramiczne w regionie może przekroczyć 1,1 mln ton. „Oczywiście gaz łupkowy daje wielką nadzieję dla Unii Europejskiej. Budując pierwszą fabrykę w Europie, dostarczającą ceramiczne proppanty temu rosnącemu przemysłowi, Baltic Ceramics obejmuję pozycję lidera branży ogromnych możliwości, które wykorzysta w czasie nadchodzącego boomu gazu łupkowego”. A.J. De Censo Prezes Zarządu Preferred Process Solutions Polska może się stać jednym z kluczowych rynków proppantów w naszym regionie. Według różnych szacunków niekonwencjonalne złoża gazu w naszym kraju mogą wynosić od 364–768 mld metrów sześciennych (wg PIG) do 3,8 bln metrów sześciennych (USGS). Poszukiwania gazu łupkowego na terenie naszego kraju prowadzi kilkanaście grup inwestorów. Wśród nich znajdują się chociażby tak znane koncerny, jak: Chevron, ConocoPhillips, San Leon Energy. Z polskich podmiotów warto zaś wspomnieć m.in. o: PGNiG, Orlen Upstream czy Lotos Petrobaltic. Wydobycie gazu łupkowego może się okazać kluczowe z punktu widzenia bezpieczeństwa energetycznego naszego kraju. Zgodnie z prognozami do 2020 r., w porównaniu z 2010 r., import gazu do Polski może spaść o 25 proc., a wydobycie krajowe może wzrosnąć o 80 proc. To znacząco zmieniłoby strukturę zużycia surowca. RAPORT BRANŻOWY | 25 WYKRES 12. Potencjalny popyt na proppanty ceramiczne w Europie (tys. ton). Niemcy 32,5 Morze Północne 60,0 Polska 64,9 Ukraina 86,5 Wielka Brytania 72,0 5. Zmiany cen proppantów W ostatnich latach zauważalny był wzrost cen proppantów ceramicznych w związku ze zwiększającym się zapotrzebowaniem na nie. Planowany program łupkowy w Chinach może ograniczyć eksport proppantów ceramicznych z tego kraju do USA, co w konsekwencji może doprowadzić do nierównowagi między popytem a podażą, a w następstwie do bardziej zauważalnego wzrostu cen proppantów ceramicznych. 26 | RAPORT BRANŻOWY Polska: zużycie gazu ziemnego WYKRES 13. Bezpieczeństwo energetyczne. Źródło: Szacunki Baltic Ceramics Zużycie gazu ziemnego w Polsce 2010 19,17 Szwecja 16,94 8,07 64% m³ 3 ld 0 m8% 000 m 1 ~ 5 /1 10,85 11,10 36% Rosja 42% 58% 6,09 2010 ~1 mld m ³ 6% Niemcy Polska Wydobycie ~6 mld m³ 36% 2020 50 ~4 D US Ukraina Wydobycie Import Import gazu ziemnego (mld m³) Wydobycie gazu ziemnego (mld m³) Spadek importu gazu o ponad 25% Wzrost produkcji krajowej o około 80% w ciągu 10 lat 6. Regulacje prawne Europa ma bardzo duże zasoby gazu łupkowego. Jego wydobycie zmieni sytuację energetyczną naszego kontynentu. W początkowej fazie rozwoju niekonwencjonalnych źródeł energii pojawiły się propozycje wprowadzenia odgórnych regulacji, które obowiązywałyby w całej Unii Europejskiej. Osiągnięcie kompromisu byłoby jednak bardzo trudne ze względu na zróżnicowane interesy poszczególnych krajów. Przykładowo we Francji działa dużo elektrowni atomowych. Istnieje tam zatem silne lobby przeciwne wydobyciu gazu łupkowego. We Francji i Bułgarii czasowo wprowadzono ponadto zakaz szczelinowania hydraulicznego w związku z obawami o jego wpływ na środowisko naturalne. W Polsce lobby opowiadające się za wydobyciem gazu z łupków jest najsilniejsze, dzięki czemu jesteśmy w regionie pionierem w zakresie rozwoju tego segmentu. Niektóre kraje, w tym Polska, opowiadały się przeciw wprowadzeniu przez Unię Europejską odgórnych regulacji dotyczących gazu łupkowego. Argumentowały to m.in. suwerennością i koniecznością zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego. Jak dotąd nie przyjęto żadnych transgranicznych przepisów. Na razie nie ma również planów wprowadzenia takich regulacji. Na początku 2012 r. uznano bowiem, że na obecnym etapie projektów dotyczących gazu łupkowego europejskie prawodawstwo i prawodawstwo krajów członkowskich jest wystarczające. Uznano takRAPORT BRANŻOWY | 27 że, że do rozpoczęcia komercyjnego wydobycia nie ma konieczności wprowadzania dodatkowych przepisów. Dla porównania, w USA panuje znacznie większa dowolność regulacji na poziomie poszczególnych stanów, co dotyczy również regulacji odnoszących się do gazu łupkowego. Są też pewne zasady, które obowiązują w całym kraju. Przede wszystkim każdy odwiert jest bardzo dokładnie katalogowany, a informacje na ten temat są w pełni publicznie dostępne. Gromadzone są dane dotyczące tego, jakie substancje zostały wykorzystane do odwiertu i szczelinowania i w jakich ilościach oraz czy na danym odwiercie pojawiły się jakiekolwiek problemy, a jeśli tak, to z czego one wynikały. Na szczeblu krajowym opracowana została też lista substancji, których można używać do szczelinowania. Firmy przeprowadzające odwierty nie mogą stosować substancji innych niż te, które zostały dopuszczone do stosowania przez Amerykański Instytut Naftowy (American Petroleum Institute, API). „Ostatnio rząd zrezygnował z idei narodowego operatora, NOKE, i odłożył w czasie obowiązek dodatkowego opodatkowania do 2020 roku. Zmniejszono także proponowaną stawkę opodatkowania, wobec czego całkowity ciężar podatkowy wynosi około 40 procent. Są to dobre znaki – wydaje się, że interes inwestorów powrócił do priorytetów. Dla przykładu, TransAtlantic, dobrze skapitalizowany operator działający w Turcji, wszedł na rynek – z koncesji San Leon Energy i Hutton Energy – 9 obszarów występowania złóż tight-gas i ropy naftowej. W ubiegłym miesiącu odebrałem cztery telefony od firm z USA, Chin i Indii, które chcą wejść na polski rynek. Wydaje się, że wiedzą one, że można znaleźć ropę i gaz na europejskim lądzie. Pozostaje tylko pytanie – kiedy to nastąpi”. Parker Snyder Prezes Zarządu Poland Shale Coalition 17 kwietnia 2014 r. W Polsce obowiązywały niekorzystne uwarunkowania prawne dotyczące poszukiwania gazu łupkowego. Firmy poszukiwawcze otrzymywały w ramach koncesji i na podstawie operatu środowiskowego pozwolenie na odwierty do głębokości 2,5 tys. m. Po osiągnięciu tego poziomu musiały wykonać kolejny operat środowiskowy, a następnie czekać nawet dwa – cztery miesiące na uzyskanie warunków środowiskowych (pozwolenia) na głębszy odwiert pionowy. Po osiągnięciu poziomu, z którego dokonać chciały wiercenia poziomego, musiały składać kolejny ope28 | RAPORT BRANŻOWY rat środowiskowy i wniosek o wydanie decyzji środowiskowej, co trwało kolejne trzy – cztery miesiące. Równocześnie koszt utrzymywania wiertni, sprzętu wykorzystywanego przy wierceniach i szczelinowaniu to około 100 tys. dol. za dzień. Czekanie na decyzje środowiskowe generowało więc olbrzymie i nieproduktywne koszty. Obecnie w USA od wprowadzenia wiertni i całego sprzętu do pierwszego szczelinowania upływa 10 dni. W Polsce zaś procedury sprawiały, że mogło to być nawet dziewięć miesięcy, co wpływało na znaczny wzrost kosztów. Wykonanie pierwszego szczelinowania w Polsce na koncesjach poszukiwawczych gazu łupkowego trwało ponad rok. Dodatkowo firmy posiadające koncesje na poszukiwanie surowców w Polsce nie miały pewności, że będą go mogły wydobywać. Głównie z powodu tego, że w celu nabycia praw do koncesji na wydobycie miały się odbywać powtórne przetargi, a w takim przypadku nie było pewności, kto te przetargi wygra. Mogło więc dochodzić do sytuacji, że jedna firma poniosłaby koszty odkrycia złoża, a inna nabyłaby prawo do jego eksploatacji. W kwietniu Rada Ministrów zaproponowała nowelizację prawa geologicznego i górniczego. Przewiduje ona między innymi, że nie trzeba będzie występować o pozwolenia środowiskowe na każdy etap poszukiwań. Operaty środowiskowe będą przygotowywane dopiero w związku z rozpoczęciem eksploatacji kopalń. Inną ważną zmianą jest połączenie koncesji poszukiwawczej i wydobywczej w jedną. „Nowe zasady działania w sektorze poszukiwania i wydobycia węglowodorów, zawarte w projekcie zmian do ustawy Prawo geologiczne i górnicze, to w mojej ocenie duży krok do przodu. Geologii naszego kraju nie zmienimy, ale powinniśmy do końca rozpoznać swoją szansę, dając możliwość zainteresowanym firmom skutecznego działania na porównywalnych z innymi krajami warunkach. A że inne kraje też się starają – widać na przykładzie Wielkiej Brytanii. Na ile jednak polskie propozycje dla inwestorów okażą się atrakcyjne na globalnym rynku, pokaże przyszłość.” Tomasz Dobrowolski Partner K&L Gates Mówiąc o regulacjach związanych z proppantami, należy wspomnieć również o kwestiach związanych z ochroną środowiska, a w szczególności wody. Wydobycie gazu łupkowego wciąż budzi wiele obaw. Wśród pojawiających się najczęściej wymienić należy przede wszystkim degradację gleb oraz zanieczyszczenie powierzchni ziemi i wód powierzchniowych oraz gruntowych. W 2012 r. Instytut Energii Uniwersytetu Teksańskiego w Austin opublikował raport na temat wpływu prac poszukiwawczych i wydobycia gazu łupkowego na środowisko naturalne. W trakcie prowadzonych analiz nie znaleziono żadnych bezpośrednich dowodów na to, że szczelinowanie hydrauliczne zanieczyszcza wody gruntowe. Wśród zarzutów pod adresem gazu łupkowego często pojawiają się też opinie, że przy wydobyciu wykorzystywane są szkodliwe substancje chemiczne. Jednak substancje stosowane przy szczelinowaniu są wykorzystywane również w wielu innych dziedzinach działalności ludzkiej, w tym w codziennym życiu. Substancje te stanowią zaledwie około 0,5 proc. płynu szczelinującego. Są jednak bardzo kosztowne i w związku z tym operatorzy dążą do maksymalnego ograniczenia ilości niezbędnych chemikaliów. Redukcję ich zużycia umożliwia też rozwój technologii. By stosowane substancje mogły się przedostać do wód gruntowych, musiałby zostać popełniony poważny błąd w technologii odwiertu. Przy zachowaniu obowiązujących norm i standardów wykonywania odwiertów wydaje się to jednak mało prawdopodobne. Należy założyć, że przypadki niekontrolowanych wycieków mogą się zdarzyć. Nie wynikają one jednak z wad technologii szczelinowania, lecz z błędów popełnionych przez ludzi i podmioty realizujących odwiert. Podobne skutki wystąpić mogą również w wypadku wydobycia surowców ze źródeł konwencjonalnych, a także w innej działalności przemysłowej, np. rafineryjnej czy petrochemicznej. Obawy budzi też wykorzystanie płynu pozostałego po szczelinowaniu. Na powierzchnię powraca bowiem od około 30 do 70 proc. płynu wtłoczonego do odwiertu. Najczęściej zużyte płyny są czyszczone i powtórnie zatłaczane pod ziemię. W międzyczasie składuje się je w odpowiednich zbiornikach. Coraz powszechniej stosowanym rozwiązaniem jest recykling zużytego płynu. Z jednej strony, jest to rozwiązanie korzystne dla środowiska, a z drugiej – przyczynia się do spadku kosztów wydobycia i zmniejszenia zużycia wody. 30 | RAPORT BRANŻOWY USD za funt 50 +27% WYKRES 14. Prognoza cen proppantów. Źródło: Baltic Ceramics na podstawie Freedonia Group 40 10 lat 30 20 10 2001 2006 2011 2016 Pewnym regulacjom prawnym poddane zostały również same proppanty, w tym ceramiczne. W celu określenia ich jakości poddawane są testom, które szczegółowo opisują normy ISO. Z racji zastosowania proppantów ceramicznych w branży naftowej, zdominowanej przez firmy amerykańskie, konieczne jest też posiadanie akredytacji Amerykańskiego Instytutu Naftowego. API sformułował pożądane właściwości proppantów, które zebrano w zestawy obowiązujących norm. 2021
