Fracking

Fracking
Polecane artykuły
Oczyszczalnia ścieków Utylizacja Flotacja Emisja gazów cieplarnianych Biodegradacja Polipropylen Liofilizacja Kogeneracja Dziura ozonowa

Fracking, czyli szczelinowanie hydrauliczne (nazywane inaczej hydroszczelinowaniem bądź kruszeniem hydraulicznym), to zabieg stymulacyjny wykorzystywany do wydobywania gazu ziemnego ze skał łupkowych, stosowany ze względu na niską przepuszczalność cząsteczek gazu przez skałę.

Proces szczelinowania hydraulicznego wykorzystywany jest do eksploatacji złóż węglowodorów od I połowy XX wieku. W Stanach Zjednoczonych został wprowadzony w 1947 roku. Od 1956 roku zaczęto tę metodę stosować także w Polsce, w kopalniach Bóbrka, Wielopole i Wańkowa (E.Biały, P.Kasza 2011, s. 5).

Proces frackingu

Proces szczelinowania hydraulicznego jest wielofazowy. Pierwszy etap polega na wywierceniu pionowego otworu na głębokość do 4000 metrów. Następnie za pomocą specjalistycznych narzędzi wykonywany jest odwiert poziomy wzdłuż długości skał łupkowych. Do powstałego wgłębienia wprowadza się rury okładzinowe a później rozpoczyna cementowanie, by uszczelnić ściany otworu oraz zabezpieczyć otaczające go warstwy gleby i wody gruntowe przed zanieczyszczeniami. Kolejny etap stanowi perforacja dolnej części odwiertu i jednocześnie skał łupkowych za pomocą perforatorów (ładunków perforacyjnych). Dzięki temu działaniu powstają spękania w cementowych ścianach i zarazem w łupkach. Szczeliny te łączą się z odwiertem. Po usunięciu perforatorów wprowadzany jest specjalny płyn, który stanowi mieszaninę wody, piasku i innych substancji chemicznych. Wtłacza się go pod bardzo wysokim ciśnieniem w celu wytworzenia rozległych sieci mikroszczelin, przez które gaz zawarty w skałach będzie uwalniał się do odwiertu (H. Machowska 2013, s. 667). Podczas etapu odprowadzania płynu szczelinującego, zawarty w nim piasek pozostaje w mikrospękaniach i powoduje, że powstałe szczeliny nie zamykają się, dzięki czemu dostęp do gazu jest ciągły. Po zabiegu hydroszczelinowania większość płynu jest odpompowywana. Ciecz, którą wydostano na powierzchnię jest oczyszczana i magazynowana, a dzięki zamknięciu jej w szczelnych zbiornikach może być wykorzystana ponownie w kolejnych próbach szczelinowania hydraulicznego. Innym rozwiązaniem jest przekazanie wstępnie oczyszczonego płynu w celu jego dalszej utylizacji do specjalistycznych przedsiębiorstw np. do oczyszczalni ścieków. Otwór, z którego uwalnia się gaz, jest szczelnie zamykany głowicą eksploatacyjną. Obok odwiertu instalowane są maszyny oczyszczające i osuszające ulatniający się gaz oraz rury odprowadzające go do sieci przesyłowej.

Rodzaje płynu szczelinującego

Płyn szczelinujący wykorzystywany w procesie frackingu składa się z różnych substancji. Ze względu na specyfikę skały wykorzystywanej do wydobycia gazu, jest on dobierany specjalnie do potrzeb. Najczęściej wykorzystuje się mieszaninę wody i środków chemicznych (m.in. poliakrylamidu bądź naturalnego polimeru liniowego), zwaną slick water. Innymi przykładami płynów szczelinujących są: ciekły azot, sprężony azot, gaz płynny LPG (możliwe jest dodanie materiału podsadzkowego), ciekły dwutlenek węgla, piany o zawartości azotu i roztworu polimeru liniowego, płyny ze środkami powierzchniowo czynnymi, a także płyny reaktywne SRF, które umożliwiają zwiększenie uwalniania gazu ziemnego przez skały (M. Ciechanowska i in. 2011).

Skład płynu szczelinującego

Standardowy płyn szczelinujący zawiera w sobie wodę, piasek i środki chemiczne takie jak: kwas chlorowodorowy, aldehyd glutarowy, nadsiarczan amonu, formamid, sole boranowe, destylat ropy naftowej, guma guar lub hudroksyceuloza, kwas cytrynowy, chlorek potasu, węglan sodu lub potasu, krzemionka, glikol etylenowy oraz izopropanol. Wiele z tych składników zawiera się w kosmetykach lub środkach czystości, wykorzystywanych do codziennego użytku w gospodarstwach domowych (H. Machowska 2013, s. 668).

Wpływ na środowisko

Eksploatacja tego niekonwencjonalnego złoża energii jest kontrowersyjnym tematem. Wydobywanie gazu ziemnego z wykorzystaniem procesu szczelinowania hydraulicznego, według wielu, daje szansę na wzrost gospodarczy Polski i rozwój regionów, na których terenach znajdują się skały łupkowe (I. Albrycht i in. 2012, s. 83). Mimo potencjalnych korzyści jakie może przynieść fracking, liczebność oponentów tej metody jest bardzo duża. Przeciwnicy hydroszczelinowania są zaniepokojeni o stan bezpieczeństwa terenów, na których odbywa się dany proces. Sygnalizują o ryzyku zanieczyszczenia wód gruntowych, powietrza oraz zakażeniu terenów podziemnych. Są również przeciwni zużywaniu dużej ilości słodkiej wody wykorzystywanej do wypełniania odwiertów.

Badania naukowe

W odpowiedzi na obawy ludności, Ministerstwo Środowiska zainicjowało badania na terenie odwiertu, w którym zastosowano metodę szczelinowania hydraulicznego. Naukowcy mieli ocenić stan środowiska naturalnego oraz wód podziemnych przed, w trakcie i po zakończonym procesie szczelinowania hydraulicznego. Badacze zwrócili także szczególną uwagę na jakość powietrza atmosferycznego, powietrza w glebie, wód powierzchniowych, wód podziemnych, gleby, oraz na poziom hałasu i drgania gruntu. Jednostką odpowiedzialną za powstałe obserwacje był Polski Instytut Geologii. Współpracując z hydrogeologami i geologami z innych jednostek badawczych zaczęto analizować odwiert położony w okolicy Łebienia (województwo pomorskie), o głębokości 4075 m, z częścią poziomą o długości 1000 m, określony jako LE-2H. Odwiert ten powstał w 2011 roku, a realizatorem była firma Schlumberger. Na początku badań wykonano otwory w stalowej rurze okładzinowej odwiertu i przetoczono do niego 17 322 m3 wody ze specjalnego zbiornika na obszarze wiertni. Do tej wody dodano 1271 ton piasku kwarcowego i 462 m3 związków chemicznych. Wyniki badań nie wykazały nieprawidłowości w środowisku naturalnym. Obecność metanu i/lub radonu nie została stwierdzona. Nie odnotowano żadnych wstrząsów podczas procesu szczelinowania. Po porównaniu próbek przed i po procesie szczelinowania, skład wody w studniach nie zmienił się.

Badaniu poddano także gospodarkę odpadami. W końcowym etapie szczelinowania wytłoczono na powierzchnię 2781 m3 płynu wzbogaconego o chlorki i sole baru na skutek kontaktu z łupkami i słoną wodą. Wykazywała ona toksyczność dla niektórych skorupiaków i roślin. Na końcu, większa część płynu została oczyszczona i zmagazynowana do ponownego użycia. Odzyskany płyn szczelinujący był pod stałą kontrolą. Pozostałości zostały przekazane do fachowej utylizacji (M. Konieczyńska i in. 2011, s. 38).

Bibliografia

• Albrycht I. (red.) (2012). Wpływ wydobycia gazu łupkowego na rozwój społeczno-ekonomiczny regionów – amerykańskie success story i potencjalne szanse dla Polski, Instytut Kościuszki, Kraków
• Biały E., Kasza P. (2011). O rozwoju stymulacji wydobycia w polskim górnictwie naftowym, Instytut Nafty i Gazu
• Ciechanowska M. (red.) (2013). Uwarunkowania rozwoju wydobycia gazu z polskich formacji łupkowych, NAFTA-GAZ, ROK LXIX
• Konieczyńska M. (red.) (2011). Badania aspektów środowiskowych procesu szczelinowania hydraulicznego wykonanego w otworze Łebień LE-2H, Państwowy Instytut Geologiczny, Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Gdańsku
• Machowska H. (2013). Aspekty środowiskowe przy wydobyciu gazu z łupków, Proceedings of ECOpole

Autor: Weronika Zabiegaj