Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce

advertisement
MARIA MAGDALENA SZAFRAN*, SYLWIA SIKORA**
Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce - szanse odkrycia i problemy
poszukiwań
Słowa kluczowe:
Niekonwencjonalne źródła energii, gaz ziemny z łupków, gaz ziemny z pokładów węgla, gaz ziemny
ze skał o niskiej przepuszczalności, shale gas, coal–bed methane, tight gas, hydraty.
Streszczenie
Rozwijający się przemysł XX w. wymagał dużych ilości energii i szybko pochłaniał odkrywane
jej zasoby. W ślad za tym wzrastał niepokój o przyszłość energetyczną świata i wystarczalność
surowców energetycznych. Kryzys naftowy lat siedemdziesiątych zakończył erę taniej ropy naftowej
i tym samym gazu ziemnego, intensywnie eksploatowanych ze złóż konwencjonalnych. W związku
z wyczerpującymi się zasobami złóż konwencjonalnych świat coraz częściej sięga po
niekonwencjonalne źródła energii. Badania naukowe wskazują na możliwości występowania dużych
zasobów złóż ropy naftowej w łupkach bitumicznych i piaskach smolistych oraz gazu ziemnego w:
skałach łupkowych, piaskowcach o niskiej przepuszczalności, pokładach węgla i hydratach.
W artykule przeanalizowano możliwość odkrycia w Polsce niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej
i gazu ziemnego i wskazano na problemy ich poszukiwań. Zwrócono uwagę na możliwość
występowania niekonwencjonalnych złóż gazu ziemnego w seriach łupkowych ordowiku i syluru
dolnego występującego w strefie niecki brzeżnej. Dotychczasowe prace badawcze i poszukiwawcze
wskazują również na możliwość występowania złóż gazu ziemnego w nisko przepuszczalnych
piaskowcach czerwonego spągowca, głównie w basenie centralnym. Złoża tego typu mogą
występować również w nisko przepuszczalnych piaskowcach innych serii litostratygraficznych (np.
w piaskowcach karbonu na monoklinie przedsudeckiej, w środkowo kambryjskich piaskowcach basenu
bałtyckiego, a także piaskowcach fliszu karpackiego).
*
mgr inż., AGH w Krakowie, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra Inżynierii Naftowej,
[email protected]
**
mgr inż., Ministerstwo Gospodarki, Departament Ropy i Gazu, AGH w Krakowie, Wydział Wiertnictwa,
Nafty i Gazu, Katedra Inżynierii Naftowej, [email protected]
467
Szafran M.M., Sikora S.: Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce - szanse odkrycia...
1.
Wstęp
Surowce energetyczne, podobnie jak i inne surowce mineralne pozyskuje się w wyniku
geologicznego rozpoznania środowiska, poszukiwania złóż i ich rozpoznania oraz
działalności górniczej umożliwiającej wydobycie surowców ze złóż i skierowanie do
przerobu lub wykorzystania. Zaistniała na początku XIX w. pierwsza w czasach
nowożytnych rewolucja techniczna spowodowała narastające zapotrzebowanie na surowce
mineralne, a w tym energetyczne. Szczególny wzrost zużycia surowców mineralnych został
zanotowany w XX w. Od zakończenia I Wojny Światowej do końca wieku światowe
wydobycie węgla wzrosło 2,7 razy, produkcja żelaza 5,1 razy, miedzi – 9 razy, ropy
naftowej – 24 razy, aluminium - 68 razy, a gazu ziemnego 133 razy. Gwałtowny wzrost
zużycia surowców powinien doprowadzić do wyczerpania zasobów złóż, bądź też
gwałtownego spadku ich wystarczalności. Jeszcze na początku XIX w. pojawiły się
paradygmaty: T. Malthusa (1798) - mówiący o tym, iż „zawsze istnieje absolutna granica
zasobów, poza którą przestają one być dostępne” oraz D. Ricardo (1817) – podający, że
„społeczeństwo umie i chce zużywać zasoby, w kolejności ich zmniejszającej się
ekonomicznej jakości to znaczy w porządku, którego wynikiem jest zwiększający się koszt
produkcji”. Jakkolwiek oba paradygmaty spotkały się z krytyką przede wszystkim ze
względu na to, że pomijają postęp techniczny i nie uwzględniają możliwości substytucji
surowców, to jednak niepokój i obawy o wystarczalność zasobów jest spotykana w pracach
badawczych wielu autorów zarówno XIX jak i XX w. Przejawem rozważań na temat
wystarczalności zasobów złóż surowców mineralnych był tzw. Raport Paleya
z 1952 r. opracowany w USA, będący pierwszą próbą prognozy surowcowej w skali
światowej na lata 1950 – 1975. W 1972 r. międzynarodowa organizacja proekologiczna Klub
Rzymski opublikowała raport „Granice wzrostu”, który zwracał uwagę na groźbę globalnej
katastrofy ekologicznej przewidując, że ok. 1995 r. wyczerpią się wszystkie istotne surowce
naturalne [13]. Raport spotkał się z krytyką środowisk gospodarczych, został jednak
pozytywnie odebrany przez środowiska ekologów. Następny raport Klubu Rzymskiego „Po
przekroczeniu granic” opublikowany w 1991 r. odsuwał
groźbę dramatycznego
wyczerpania surowców znaną z pierwszego raportu.
Prowadzona od ponad 160 lat eksploatacja ropy naftowej i gazu ziemnego prowadzi
jednak nieuchronnie do wyczerpywania się tych nieodnawialnych źródeł energii pierwotnej.
Szacowane współczynniki wystarczalności tych surowców energetycznych utrzymują się od
lat pięćdziesiątych XX w. na poziomie 40 lat dla ropy naftowej i 63 lata dla gazu ziemnego,
choć w tym czasie obserwowało się znaczne ich wahania. Utrzymywanie się
współczynników wystarczalności, a nawet ich okresowy wzrost wynika z odkrywania
i dokumentowania zasobów nowych złóż węglowodorów, co kompensowało rosnące zużycie.
468
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych,
Uczon
Kraków 2011
Rysunek 1. Rozkład światowej
wiatowej produkcji ropy naftowej wg teorii M.K. Hubberta [4] i
„peak oil” według scenariusza ASPO i innych autorów
Figure 1. Distribution word production of oil by M.K. Hubbert teory and “Peak oil”
depletion scenarios graph, which depicts cumulative published depletion studies by the
ASPO and other depletion analysts.
Jednak w latach pięćdziesi
ęćdziesiątych XX w. na powracającej ze zdwojon
wojoną siłą fali
odradzających się paradygmatów Malthusa i Ricardo ameryka
amerykański
ski geolog naftowy
M. K. Hubbert
przedstawił pogląd
pogl d dotyczy długoterminowego tempa wydobycia
i wyczerpania złóż ropy naftowej oraz innych paliw kopalnych [4]. Pogl
Pogląd ten nazwany
został „teorią Hubberta” lub te
też jako „peak oil” (dosł. "szczyt wydobycia ropy naftowej").
Wymieniony autor sporządził
dził model rezerw paliw i w roku 1956 zaprezentował go na
spotkaniu Amerykańskiego
skiego Instytutu Naftowego. Model przewidywał szczyt wydobycia rop
ropy
w Stanach Zjednoczonych na lata między
mi
1965 a 1970, oraz głosił, żee produkcja światowa
osiągnie
gnie szczyt w roku 2000, po czym zacznie gwałtownie spada
spadać. Ziszczeniem
przewidywań M. K. Hubberta był kryzys naftowy w 1973 r. wywołany wojn
wojną pomiędzy
Egiptem i Syrią (wspomaganych przez Irak i Jordani
Jordanię),
), a Izraelem. Wojna ta, mimo że miała
charakter „wojny o ziemię”
ziemię była w istocie pierwszą w nowożytnym
ytnym świecie „wojn
„wojną
o surowce mineralne”. Wywołany w jej następstwie
nast pstwie „kryzys naftowy” okreś
określany jest jako
jeden z największych
kszych wstrząsów
wstrzą
w gospodarce energetycznej świata.
wiata. Kryzys zakończył
zako
erę
taniej ropy naftowej i okazał się
si być katalizatorem przemian w zakresie poziomu i struktury
469
Szafran M.M., Sikora S.: Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce - szanse odkrycia...
wykorzystania energii oraz zaowocował intensyfikacją prac nad alternatywnymi jej źródłami,
w tym pozyskiwania niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej i gazu ziemnego.
2.
Konwencjonalne i niekonwencjonalne złoża węglowodorów
W wyniku długotrwałych badań nad prawidłowościami występowania złóż ropy naftowej
i gazu ziemnego ustalono, że podstawowymi warunkami istnienia akumulacji węglowodorów
w skałach skorupy ziemskiej są [10]:
• obecność skał macierzystych,
• istnienie odpowiednich warunków generowania,
• obecność skał zbiornikowych, tworzących przez odpowiedni stosunek do skał
uszczelniających zbiornik naturalny,
• istnienie migracji pierwotnej,
• istnienie procesu migracji wtórnej,
• obecność w obrębie zbiornika naturalnego pułapki.
Wymienione warunki w znacznym stopniu definiują pojęcie złoża węglowodorów.
W ujęciu konwencjonalnym złożem węglowodorów nazywa się naturalne nagromadzenie
kopaliny w skałach porowatych i przepuszczanych określonego środowiska geologicznego,
które może być eksploatowane odwiertami bez specjalnych zabiegów technicznych
i technologicznych, a jego wydobywanie może przynieść korzyść gospodarczą. W złożu
konwencjonalnym tej istotne jest to, że węglowodory mają stan płynny, występują w skałach
porowatych i przepuszczalnych o dobrej łączności hydrodynamicznej, pozwalającej na
swobodny przepływ mediów złożowych. Ramy złoża określone są od góry przez ułożenie
skał uszczelniających, a od dołu - wewnątrz zbiornika, przez położenie wody złożowej.
Każde zachwianie równowagi hydrodynamicznej (np. przez połączeniem odwiertem złoża
z powierzchnią) powoduje wypływ mediów ze złoża.
Wygenerowane w skałach macierzystych węglowodory w procesach ekspulsji nie migrują
w całości do nośnych skał zbiornikowych, lecz co najmniej 40 % z nich zostaje uwięzione
w porach i mikroszczelinach skały rodzimej, jest adsorbowana przez substancję mineralną
i organiczną, a także rozpuszczona w wodach formacyjnych. Skutkiem tego skały
macierzyste zawierają znaczne ilości wygenerowanych węglowodorów, które nie są możliwe
do wydobycia klasyczną metodą otworową bez zastosowania specjalnej technologii ich
udostępnienia. Niekiedy węglowodory zakumulowane w pułapkach granularnych zbiorników
naturalnych ulegają degradacji, w wyniku czego zmieniają swoje własności zarówno
chemiczne jak i fizyczne, co uniemożliwia im dalszą migrację. Zakumulowane węglowodory
gazowe mogą być zamknięte w porach zbiorników granularnych zarówno
w wyniku procesów diagenetycznych, jak i postępującej (w miarę pogrążania) kompakcji
mechanicznej i chemicznej. W pewnych warunkach termodynamicznych migrujące gazy
ziemne mogą tworzyć hydraty, które odkładają się na rozległych obszarach szelfów
oceanicznych i mórz, szczególnie w strefach okołobiegunowych.
W/w rodzaje akumulacji węglowodorów tworzą formy złóż, które określane są mianem
złóż niekonwencjonalnych. Złoża tego typu nie mają wyraźnie sprecyzowanych granic. Ich
przestrzenny zasięg może być określony: granicami skały macierzystej, ułożeniem litosomu
piaszczystego w serii skał osadowych, położeniem facji mułowcowo–piaszczystej
w kompleksie skał ilastych, granicami zachodzącej degradacji ropy naftowej, zawartością
i stopniem przeobrażenia kerogenu, interferencją składu mineralnego skał zbiornikowych
i procesów kompakcyjnych, jakością i ilością kopaliny, granicami aglomeratów hydratowych
i in.
470
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych,
Uczon
Kraków 2011
Do niekonwencjonalnych złóż
złó ropy naftowej i gazu ziemnego zalicza się [15]: ciężką
ropę,, piaski smoliste, łupki bitumiczne, rop
ropę i gaz z upłynniania węgla,
gla, gaz w skałach słabo
przepuszczalnych, gaz w skałach głęboko
gł
położonych,
onych, gaz niskiej jako
jakości lub gaz
marginalny, metan z pokładów węgla
w
i gaz w hydratach.
3.
Niekonwencjonalne złoża ropy naftowej
Niekonwencjonalne złoża
złoża „ropy naftowej” były wykorzystywane do celów opałowych
przez ludzi od czasów prehistorycznych, lecz dopiero w czasach nowożytnych
nowo ytnych rozpocz
rozpoczęło się
ich przemysłowe użytkowanie.
ytkowanie. W 1837 r. we Fran
Francji, a później
niej w Szkocji i Niemczech
rozpoczęto produkcję paliw z łupków bitumicznych, uzyskuj
uzyskującc głównie fotogen stosowany
do lamp. Łupki bitumiczne straciły na znaczeniu z chwilą
chwil (1853 r.) zastosowania przez
Ignacego Łukasiewicza nafty produkowanej wg własnej
własnej metodyki z ropy naftowej, do lampy
naftowej nowego wówczas typu, wykonanej również
równie wg własnego projektu. Produkowana
przez Łukasiewicza nafta była czterokrotnie tańsza
ta
niż fotogen i dlatego został on szybko
wyparty z rynku, a złożaa łupków bitumicznyc
bitumicznych przestały na długo wzbudzaćć zainteresowanie
przemysłowców.
Eksploatowane przez wiele lat zasoby ropy naftowej były rekompensowane przez
postępujące
ce odkrycia nowych złó
złóż oraz wprowadzanie
zanie nowoczesnych technologii
w eksploatacji, pozwalających
ących na zwi
zwiększenie
zenie współczynnika sczerpania zasobów (EOR Enhanced Oil Recovery). Jednak rosnące
rosn
zapotrzebowanie na ropę naftowąą i wzrost jej ceny
sprawiły, żee przedmiotem zainteresowania stały si
się również zasoby niekonwencjonalne,
których wielkość znacznie przekracza ilość znanych zasobów tradycyjnych (rys. 2).
Rysunek 2. Główne kategorie zasobów ropy naftowej w świecie
wiecie [9]
Figure 2. Main category of resources of oil in the world.
Odkryte zasoby
asoby konwencjonalnej ropy naftowej na świecie
wiecie szacuje się na ok. 3 do 4
bilionów bbl [15], przy czym ponad 1 bilion bbl jest już
ju sczerpana. Spośród w/w
niekonwencjonalnych kategorii zasobów ropy naftowej, których wielkość
wielko ść szacowana jest na
9 a nawet 13 bilionów bbl, największe
najwi
znaczenie mają trzy kategorie: ciężka
ężka ropa, bardzo
ciężka
ka ropa i piaski smoliste. Ze wzgl
względu na bardzo zmienne własności
ci fizyczne przyjęto
przyj
ich
umowne definicje i nomenklaturę
nomenklatur (tab. 1). Przy szybko rozwijających sięę technologiach ich
eksploatacji i obecnych wysokich cenach ropy, są
s one przedmiotem eksploat
eksploatacji na szeroką
skalę. Ograniczone ilości
ści ropy mog
mogą być produkowane również z łupków bitumicznych,
a takżee w wyniku procesów upłynniania w
węgla,
gla, podczas których pozyskuje się również gaz
ziemny.
471
Szafran M.M., Sikora S.: Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce - szanse odkrycia...
Ciężka ropa (Heavy Oil) jest najczęściej eksploatowana, szczególnie w USA, gdzie dla
obniżenia jej wiskozy w celu ułatwienia dopływu do odwiertów, powszechnie stosowane są
różne sposoby iniekcji w złoże przegrzanej pary wodnej.
Bardzo ciężka ropa (Extra Heavy Oil and Bitumen or Tar Sands) jest eksploatowana na
skalę przemysłową w szczególności w Kanadzie i Wenezueli. Dominującą techniką
eksploatacji piasków smolistych jest technika odkrywkowa.
Łupki bitumiczne (Oil Shale) są eksploatowane w niektórych krajach, gdzie występują
blisko powierzchni Ziemi. Zasoby światowe ropy zawartej w łupkach bitumicznych są
szacowane są na 900 mld t, a największe ich koncentracje są w Rosji, USA, Australii
i Brazylii (62 % zasobów światowych) . Współcześnie są eksploatowane głównie w Esonii
(70 % produkcji światowej), gdzie wykorzystywane są jako paliw w elektrowniach.
W Polsce nie zidentyfikowano niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej, które mogłyby
mieć znaczenie przemysłowe. Poza kilku bardzo małymi złożami ropy ciężkiej, w latach
sześćdziesiątych XX w. prowadzono prace badawcze w zakresie możliwości uzyskanie z
łupków bitumicznych z serii menilitowej Karpat fliszowych produktów bitumicznych [1].
Jednak uzyskane wyniki, ze względu na ujemny bilans energetyczny nie dawały podstaw do
rozwinięcia produkcji przemysłowej.
Tabela 1. Nomenklatura niekonwencjonalnych kategorii ropy naftowej [9]
Table 1. Nomenclature nonconventional categories of oil.
Gęstość [°API]
Lepkość [cP]
Zawartość siarki [%
obj.]
4.
Ropa
Ropa ciężka
>20
<100
10 - 20
100 - 10000
<0,5
Ropa bardzo
ciężka
<10
100 - 10000
0,5 – 3,0
Bituminy
<10
>10000
> 3,0
Niekonwencjonalne złoża gazu ziemnego
Niekonwencjonalne złoża gazu ziemnego są przedmiotem rosnącego zainteresowania
w miarę wyczerpywania się złóż konwencjonalnych, szybkiego wzrostu cen na rynkach
światowych oraz przejawów wykorzystywania posiadanych zasobów do realizowania celów
politycznych. Znane od wielu lat formy występowania koncentracji gazu ziemnego
w łupkach, w zbitych piaskowcach o niskiej przepuszczalności, czy w formie hydratowej
stały się przedmiotem prac badawczych ukierunkowanych na ich udostępnienie
i eksploatację, z zachowaniem rentowności ekonomicznej. W wyniku prowadzonych
intensywnie prac badawczych, szczególnie w USA jeszcze w latach osiemdziesiątych XX w.
zaistniały warunki, aby eksploatacja gazu ziemnego z łupków (shale gas) oraz ze skał
detrytycznych o niskiej przepuszczalności (tight gas), a także metan z pokładów węgla stała
się ekonomicznie opłacalna. Nastąpił wówczas znaczny postęp wiercenia otworów
poziomych oraz gwałtowny rozwój technologii szczelinowania hydraulicznego, co przy
rosnących cenach gazu, spowodowało szybki przyrost jego bazy zasobowej. Szeroko
prowadzone badania wykazały, że złoża gazu ziemnego zależnie od różnych kryteriów
można ująć w pewną relację (rys. 3).
472
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011
Złoża
o wysokich parametrach
zasobowych i eksploatacyjnych
Większe akumulacje
Łatwiejsze do eksploatacji
Złoża konwencjonalne
Złoża
o niskich parametrach
zasobowych i eksploatacyjnych
Większa przepuszczalność
Złoża o niskiej przepuszczalności
(tight gas)
Złoża niekonwencjonalne
Złoża w pokładach węgla
(coal-bed methane)
Złoża w łupkach
(shale gas)
Większe zasoby
Niezbędne nowe
technologie
Złoża w hydratach
Zasoby
Rysunek 3. Relacja złóż gazu ziemnego konwencjonalnych do niekonwencjonalnych [5]
Figure 3. Relation conventional and nonconventional natural gas deposits
Na diagramie wskazano, że konwencjonalne złoża gazu ziemnego na ogół tworzą większe
akumulacje, są łatwiejsze do odkrycia i eksploatacji, a ich zbiorniki mają większą
porowatość i przepuszczalność. Natomiast złoża niekonwencjonalne koncentrują
wielokrotnie większe zasoby, lecz dla ich udostępnienia i eksploatacji niezbędne są
nowoczesne technologie, przez co wzrasta koszt ich wydobycia.
Każda z w/w kategorii niekonwencjonalnych zasobów jest nośnikiem różnych ilości gazu
ziemnego (tab. 2).
Tabela 2. Przeciętna zawartość gazu ziemnego w złożach różnych kategorii [15]
Table 2. Average content of methane in reservoirs different category
Zawartość gazu [m3/m3zbiornika]
Typ złoża
Złoża gazu ziemnego w warstwach
porowatych (Φ = 30%, głębokość = 1500
m)
Złoża w hydratach
10 – 20
50 (warstwy wodonośne 70 – 160,
czysty hydrat 160 – 180)
8 – 16
5 – 10
Złoża w pokładach węgla (CBM, CBNG)
Złoża w zbiornikach o małej
przepuszczalności
Złoża w łupkach dewońskich (Barnett)
1,5 – 5
4.1. Złoża gazu ziemnego w słabo przepuszczalnych zbiornikach (tight gas)
Złoża gazu ziemnego w słabo przepuszczalnych zbiornikach akumulowane są najczęściej
w skałach piaszczystych, chociaż skały węglanowe mogą być również ich kolektorami.
Standardowa definicja przemysłowa tej kategorii złóż gazu ziemnego podaje, że zbiorniki
naturalne tego rodzaju złóż mają porowatość matrycy skalnej niższą od 10%,
473
Szafran M.M., Sikora S.: Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce - szanse odkrycia...
a przepuszczalność niższą niż 0,1 mD, wyłączając przepuszczalność szczelinową. Gaz
ziemny występuje w tego rodzaju zbiornikach dość powszechnie, jednak poziomy o takich
własnościach, charakteryzujące się słabymi przypływami podczas opróbowywania
odwiertów były oceniane negatywnie i pomijane w dalszych pracach eksploracyjnych. Nawet
proste zabiegi szczelinowania, lub łącznego szczelinowania i kwasowania nie dawały
zadawalających rezultatów. Nowoczesne technologie selektywnego szczelinowania tego
rodzaju zbiorników w odwiertach poziomych okazały się bardzo skuteczne,
a w związku z tym złoża tej kategorii stały się pełnowartościowym źródłem gazu ziemnego.
Choć zasoby tej kategorii złóż są znane od wielu dekad, to jednak dopiero kryzys lat
siedemdziesiątych spowodował wzrost popytu na gaz ziemny, tym samym wzrost cen
rynkowych, co zainicjowało znakomity rozwój technologii wiertniczych udostępniających
tego rodzaju poziomy gazonośne, a w szczególności nowoczesne hydrauliczne
szczelinowanie stało się kluczem do rozwoju przemysłowej ich eksploatacji. Pod koniec lat
sześćdziesiątych XX w. w USA (basen San Juan w stanie Nowy Meksyk) oddano do
produkcji pierwszy odwiert
eksploatujący gaz ziemny z poziomu o niskiej
przepuszczalności. Współcześnie gaz z tego typu zbiorników eksploatuje tam ponad 40 tys.
odwiertów, a produkcja gazu ziemnego z tego rodzaju złóż stanowi 15 % całkowitego
wydobycia. Szacuje się, że światowe zasoby gazu ziemnego zakumulowane w zbiornikach
o niskiej przepuszczalności wynoszą ponad 5000 tcf (140 bilionów m3) [5]. Współcześnie
gaz ziemny z tego typu złóż eksploatowany jest głównie w USA i Kanadzie. W 2001 r.
produkcja
gazu
ziemnego
typu
tight
gas
w
USA
wynosiła
3,3
tcf
i przewiduje się, że do 2025 r. ma ona wzrosnąć do 6,8 tcf.
W Polsce poszukiwania złóż gazu ziemnego w zbiornikach o niskiej przepuszczalności
prowadzone są od kilku lat przez PGNiG SA oraz Aurelian Oil&Gas PLC. W 2010 r. PGNiG
SA wykonało na koncesji Pionki – Kazimierz, zlokalizowanej w NW części Lubelszczyzny
pierwszy odwiert badawczy Markowola 1, w którym firma Halliburton wykonała masowe
selektywne szczelinowanie. Wyniki prób nie dały zadawalających wyników. Natomiast
Spółka Aurelian na bazie wyników odwiertu Trzek 1 wykonanego w 2007 r. na bloku nr 207
Siekierki – Pławce wykonało na w/w strukturze ze skutkiem pozytywnym odwiert Trzek 2.
Odkryte złoże gazu ziemnego na strukturze Siekierki – Pławce jest pierwszym złożem w
Polsce w zbiorniku o niskiej przepuszczalności. Wymieniona struktura ciągnie się na
przestrzeni 25 km, a miąższość czerwonego spągowca, w którym zakumulowany jest gaz
wynosi ok. 89 m. Testy wykonane po szczelinowaniu hydraulicznym wykazały, że możliwa
produkcja gazu to 60 mln m3 /rok.
Na podstawie analizy dokumentów geologicznych i wyników wierceń, prognozuje się, że
gaz ziemny w nisko przepuszczalnych piaskowcach czerwonego spągowca może
występować na obszarze basenu centralnego Niżu Polskiego w trzech strefach: Poznań –
Konin – Kalisz (północno-wschodnia część ergu wschodniego), strefa położona na NW i N
od Poznania (piaskowce eoliczne przykryte utworami plaji) oraz strefa Konin – Kutno –
Łódź (piaskowce fluwialne i podrzędnie eoliczne) [2].
Cechy właściwe dla zbiorników o niskiej przepuszczalności ujawniają się również
w piaszczystych kompleksach utworów karbonu, występujących w podłożu permskomezozoicznego basenu polskiego, a przede wszystkim w strefie wielkopolskiej (rejon
monokliny przedsudeckiej). Jednak podstawowymi problemami występowania gazu w tych
kompleksach jest stosunkowo mały udział piaskowców w ich profilach, zbyt duża dojrzałość
termiczna kompleksu dolno karbońskiego (Ro od 1,5 do 5%), oraz skomplikowana budowa
474
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011
geologiczna, wynikająca z deformacji nasuwczo-fałdowych tych kompleksów, co utrudnia
identyfikację generacji spękań naturalnych i uniemożliwia założenie prostej siatki otworów
eksploatacyjnych.
Zbiorniki o niskiej przepuszczalności występują również w obrębie kompleksów
piaskowców środkowego kambru występujących w strefie niecki brzeżnej, a głównie
zachodniej części basenu bałtyckiego, depresji podlaskiej i zrębowej strukturze lubelskiej.
Ponadto istnieją podstawy geologiczne i złożowe, aby rozważyć możliwości
udostępnienia poziomów o niskiej przepuszczalności w piaskowcach fliszu karpackiego,
a także miocenu zapadliska przedkarpackiego.
4.2. Złoża gazu ziemnego w pokładach węgla
Złoża gazu ziemnego w pokładach węgla mają zarówno inną genezę jak również sposób
występowania w skałach zbiornikowych niż poprzednio wymieniane kategorie złóż. Węgiel
jako skała organogeniczna złożona z macerałów jest zarówno skałą macierzystą, jak
i zbiornikową. W zależności od reżimu termicznego, któremu poddana była węglowa
substancja organiczna, występujący w węglu gaz ziemny może być biogeniczny lub termo
katalityczny oraz zmienna zawartość metanu, ditlenku węgla, azotu i innych składników, co
wpływa na jego wartość energetyczną. Najczęściej charakteryzuje się wysoką zawartością
metanu i stąd jego nazwa CBM (coal-bad methan), choć stosowana jest również nazwa
CBNG (coal-bad natural gas). Pokład węglowy jako układ zbiornikowy tworzy system
przestrzeni o podwójnej porowatości i przepuszczalności. W takim układzie można wyróżnić
dwa główne systemy hydrauliczne: porowatą matrycę węglową oraz sieć mikroszczelin
i spękań o różnej genezie, a także różnej wielkości porów, wzajemnie komunikujących się ze
sobą lub nieciągłych i izolowanych. Gaz ziemny występuje w węglu w 2-ch formach, jako:
sorbowany czyli związany fizyko-chemicznie z substancją węglową pokładów węgla oraz
wolny wypełniający pory i szczeliny w pokładzie, porowate skały płonne, szczeliny
uskokowe etc. Najczęściej gaz ziemny występuje w formie zaadsorbowanej w matrycy,
a jego ilość zależy od ciśnienia. W wyniku obniżenia ciśnienia następuje desorpcja gazu
i dyfuzyjny wypływ z matrycy do mikroszczelin. Pokłady węglowe nie są izotropowe, a ich
własności zmieniają się w zależności od składu maceralnego, rozwoju facjalnego, reżimu
tektonicznego i termicznego oraz innych czynników. Wzrost stopnia uwęglenia i wzrost
ciśnienia, przy spadku wilgotności i temperatury węgla, sprzyjają akumulacji metanu
w pokładzie.
W celu pozyskania gazu ziemnego z pokładów węgla stosowane są różne technologie
eksploatacji, zależne głównie od budowy geologicznej złoża oraz stanu zaawansowania
i metod eksploatacji złoża węglowego. W zależności od warunków lokalnych metan
skoncentrowany w pokładach węgla kamiennego możliwy jest do pozyskania trzema
sposobami: z degazacji eksploatowanych pokładów, z nieczynnych kopalń węgla oraz
z pokładów nieudostępnionych robotami górniczymi za pomocą odwiertów z powierzchni
pionowych i poziomych, z zastosowaniem dobranych systemów intensyfikacji przypływu.
475
Szafran M.M., Sikora S.: Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce - szanse odkrycia...
Tabela 3. Udokumentowane zasoby i wydobycie metanu z pokładów węgla w Polsce na
koniec 1995 r. [14]
Table 3. Proved reserves and production coal-bad methan in Poland on the end 1995 r.
Wyszczególnienie
Złoża udokumentowane
ogółem (48 złóż)
W tym złoża w
obszarach
eksploatowanych (29
złóż)
W tym złoża w
pokładach poza
zasięgiem eksploatacji
(19 złóż)
Zasoby wydobywane
[mln m3]
Zasoby
przemysłowe
[mln m3]
Emisja
z
wentylacją
[mln m3]
Wydobycie
[mln m3]
Bilansowe
Pozabilans.
86 860,41
22 642,95
3 486,37
169,78
272,70
25 895,25
1 847,72
2 316,83
169,78
272,69
59 965,16
20 795,23
1 169,54
-
0,01
W połowie lat siedemdziesiątych XX w. w USA podjęto na skalę przemysłową
eksploatację gazu ziemnego z pokładów węgla występujących w utworach górnego karbonu
w Alabamie, a nieco później z pokładów węgla występujących w utworach kredy
Zachodniego Interioru. Już w latach osiemdziesiątych w krajach posiadających znaczne
zasoby węgla kamiennego, takich jak Chiny, Indonezja, Australia i in. przystąpiono do prac
zmierzających do udostępnienia zasobów gazu ziemnego zakumulowanych w pokładach
węgla zagłębi węglowych. To duże zainteresowanie problematyką pozyskiwania gazu
ziemnego z pokładów węgla wynikało ze zmiany w postrzeganiu roli metanu dopływającego
do kopalń z eksploatowanych pokładów. Sczerpywanie metanu z pokładów węgla nie tylko
zmniejsza zagrożenie w kopalniach, ale również jest metodą pozyskania zasobów gazu
ziemnego, zmniejszającego jego emisję do atmosfery. Szacuje się, że roczna emisja metanu
na świecie wynosi ok. 600 mln t, z czego naturalne procesy absorbują ok. 560 mln t. Według
danych z 2009 r. [14] z polskich kopalń węgla emituje się 810 mln m3 gazu ziemnego,
z czego aż 560 mln m3 odprowadza się do atmosfery.
Zasoby perspektywiczne gazu ziemnego zawartego w pokładach węgla Górnośląskiego
Zagłębia Węglowego szacowane są przez PIG na 254 mld m3, z czego 150 mld m3 zaliczono
do wydobywalnych zasobów bilansowych. Zasoby perspektywiczne Dolnośląskiego Zagłębia
Węglowego oszacowano na 5 mld m3, natomiast brak dotychczas wiarygodnych oszacowań
gazu ziemnego z pokładów węgla Lubelskiego Zagłębia Węglowego. Udokumentowane
zasoby gazu ziemnego i wydobycie przedstawia tab. 3. Obok w/w szacunku zasobów gazu
ziemnego w pokładach węgla GZW istnieją opracowania wskazujące na możliwość
występowania tam znacznie większych zasobów, nawet 1328 mld m3.
Eksploatację gazu w tym regionie podejmują na podstawie uzyskanych koncesji na
poszukiwanie, rozpoznawanie i wydobycie metanu z pokładów węgla spółki specjalistyczne,
z których każda próbuje zastosować nieco odmienną technologię. Powszechną praktyką jest
476
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011
stosowanie systemu wierceń poziomych i kierunkowych z powierzchni. Technologia polega
na wstępnym odwierceniu otworów pionowych, następnie odwierceniu otworów
kierunkowych i poziomych wzdłuż pokładu. Po uzbrojeniu odwiertu stopniowo obniża się
ciśnienia w złożu węgla poprzez wypompowanie wody złożowej, co powoduje desorpcję
i emisję metanu. Proces odwadniania może zająć od paru dni do kilku miesięcy i zależy od
konfiguracji otworu wiertniczego. Generalnie produkcja wody zanika zanim ilość
wydobywanego gazu osiągnie szczytową wydajność. Osiągnięcie najwyższego punktu
wydobycia metanu („time-to-peak-gas”) jest decydującym parametrem, gdyż od tego
momentu następuje znaczny spadek produkcji gazu.
Podstawowym problemem występującym przy produkcji gazu ziemnego z pokładów
węgla jest zrzut wód wydobywanych razem z gazem.
4.3. Złoża gazu ziemnego w łupkach
Łupki ilaste występujące w seriach skał osadowych wszystkich basenów
sedymentacyjnych były przedmiotem zainteresowania geologów naftowych z dwóch
powodów: zawartości substancji organicznej zdolnej do generowania węglowodorów oraz
bardzo małą przepuszczalność uniemożliwiającą przepływy mediów. Zawartość
odpowiedniej ilości substancji organicznej w łupkach ilastych nadaje im cechy skał
macierzystych, w których przy odpowiednich warunkach geochemicznych następuje
transformacja nagromadzonej materii organicznej na płynne i gazowe węglowodory.
Cząsteczki materii organicznej w wyniku ich destrukcji w procesach katagenetycznych
pozostawiają przestrzenie porowe, posiadające możliwość komunikowania się ze sobą.
Wypełniające te przestrzenie fluidy przejmują na siebie ciśnienie zbliżone do ciśnienia
geostatycznego. Zaburzenie równowagi geostatycznej skał powoduje w płynach porowych
powstanie gradientu ciśnienia skierowanego w górę nachylenia warstw. Przy pewnych
wielkościach tego gradientu w skompaktowanych warstwach ilastych może dochodzić do
mikrohydroszczelinowania, ułatwiającego wypływ wygenerowanych mediów do sąsiednich
skał zbiornikowych. Mimo zachodzących procesów ekspulsyjnych nigdy nie dochodzi do
całkowitego wydalenia wygenerowanych węglowodorów ze skał macierzystych. Ocenia się,
że ok. 2/3 wygenerowanych węglowodorów pozostaje w skale macierzystej tkwiąc w jej
mikrosporach i mikroszczelinach, lub jest sorbowane przez substancje mineralną
i organiczną budującą skałę oraz wody porowe. Ta sytuacja sprawia, że skały macierzyste są
równocześnie skałami zbiornikowymi, w których z powodu braku łączności hydraulicznej w
przestrzeni porowej nie dochodzi do przepływu mediów. W celu pozyskania gazu ziemnego
zakumulowanego w łupkach należy zburzyć strukturę skał w celu ich udrożnienia.
Powszechnie stosowaną metodą udrożnienia łupków jest szczelinowanie hydrauliczne
wykonywane w interwałach ich występowania w profilach odwiertów. Zabiegi takie
powodują jednak wzrost kosztów pozyskania gazu ziemnego z tego rodzaju zbiorników.
Wzmiankowany wyżej gwałtowny wzrost cen gazu ziemnego zapoczątkowany w latach
siedemdziesiątych XX w. unowocześnienie techniki wiertniczej i technologii szczelinowania
spowodowały, że zainteresowanie zasobami zakumulowanymi w łupkach narastało.
Pionierami w tym zakresie były firmy z USA, które opanowały technikę wykonywania
długich odcinków wierceń poziomych (niekiedy ponad 1500 m) i technologię masowego
szczelinowania hydraulicznego. Specyfika budowy litologicznej łupków wymaga wykonania
gęstej siatki wierceń i rozcięcie złoża serią odwiertów z długimi odcinkami poziomymi oraz
ich wielokrotnym szczelinowaniu. W 1996 r. w USA z łupków produkowano 0,3 bilionów f3,
477
Szafran M.M., Sikora S.: Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce - szanse odkrycia...
a w 10 lat później produkcja z tego rodzaju zbiorników zwiększyła się trzykrotnie (do
1,1 biliona f3). Do 2005 r. odwiercono w USA 14990 odwiertów eksploatujących gaz
ziemny z łupków [8]. Konsekwencją wzrostu produkcji była na przełomie 2008 r. i 2009 r.
nadpodaż gazu ziemnego w USA, skutkiem czego zmniejszyło się tam zpotrzebowanie na
gaz i na początku 2009 r. cena gazu spadła z prawie 14 USD za milion BTU do obecnego
poziomu, czyli 3 – 4 USD za milion BTU. W kwietniu 2011 r. US Energy Information
Administration (EIA) opublikowała raport przedstawiający szacunek zasobów gazu
ziemnego w łupkach w 48 obszarach z 32 krajów świata. Według tego raportu Polska
posiada możliwe do odkrycia zasoby gazu ziemnego w łupkach na poziomie 5,3 biliona m3
(rys. 4).
Litwa
Turcja
Holandia
Dania
W Brytania
Ukraina
Szwecja
Pakistan
Indie
Norwegia
Francja
Polska
Libia
Algieria
Kanada
Australia
RPA
Meksyk
USA
Chiny
40 36,1
35
30
24,4
25
19,3
20
13,7
11,2 11
15
8,2 6,5
10
5,3 5,1
2,4 1,8 1,4 1,2 1,2 0,7 0,6 0,5 0,4
5
0,1
0
Rysunek 4. Zasoby gazu ziemnego w łupkach niektórych krajów (biliony m3) – 5–04–
2011 r. [Źródło: EIA]
Figure 4. Resources shale gas in same countries.
478
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych,
Uczon
Kraków 2011
Rys. 5. Lokalizacja najważ
najważniejszych europejskich basenów sedymentacyjnych,
jnych, które mogą
mog
zawierać gaz ziemny w łupkach [5]
Fig. 5. Location of the major European sedimentary basins with shale gas potential.
W Polsce praktycznie od dwóch lat prowadzone są
s prace badawcze i poszukiwawcze gazu
ziemnego w łupkach występujących
występuj
w profilu utworów Niżuu Polskiego. Mimo prowadzenia
od wielu lat badań geologicznych rozpoznanie poszczególnych regionów Polski pod
względem możliwości
ci wystę
występowania
powania gazu ziemnego w łupkach jest na etapie wstępnych
wst
badań regionalnych. Ministerstwo Środowiska wydało
ydało 70 koncesji na poszukiwanie i
rozpoznawanie gazu ziemnego w łupkach. Obszary koncesyjne rozmieszczone są
s w strefie
synklinorium brzeżnego
nego i syneklizy bałtyckiej, a za perspektywne uwa
uważaa się łupki dolnego
paleozoiku, w szczególności
szczególnoś dolnego syluru, które występują w strefie lubelskiej na
głębokości rzędu 2500 – 3000 m, natomiast w strefie niecki pomorskiej głębokość
gł
ich
występowania jest rzędu
ędu 4000 – 4500 m. Rozmieszczenie obszarów o potencjalnych
możliwościach występowania
powania gazu ziemnego w łupkach sylu
sylurskich
rskich przedstawia
rys. 5, a położenie
enie serii gazono
gazonośnej w profilu pokazano na rys. 6.
479
Szafran M.M., Sikora S.:
S. Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce - szanse odkrycia...
Rys. 6. Uproszczony profil
litostratygraficzny dolnego
paleozoiku w basenie bałtyckim
wraz z pozycją łupków
wzbogaconych w substancję
substancj
organiczną i pot
potencjalnie
zawierający
cy gaz w łupkach.
Mechanizmy subsydencji
basenów według Poprawy i
Pacześnej
nej (2002) oraz Poprawy
(2006a, 2006b)/ Poprawa
(2010) [5]
Fig. 6. Simplifed
litostratygraphic section of the
Lower Paleozoic in the Baltic
Basin with position of organic
o
rich shales, being potential
shale gas formation.
Mechanism of basin subsidence
after: Poprawa & Pacześna
Pacze
(2002) and Poprawa (2006a,
2006b)/ Poprawa (2010).
Utwory ordowiku i syluru występują
wyst
na całym obszarze polskiej części
częś platformy
wschodnioeuropejskiej
ropejskiej poza wyniesieniem mazursko-suwalskim.
mazursko suwalskim. Oznakami bezpośrednimi
bezpo
możliwości
ci akumulacji wę
węglowodorów w tych utworach były objawy ropy naftowej
stwierdzone w profilach ordowiku
ord
w odwiertach Łankiejmy 1 i Basze 1 oraz uzyskanie
w odwiercie Kętrzyn IG-11 na głębokości
gł
ci 1870 m przypływu ropy naftowej [6].
Utwory syluru na wymienionym obszarze są
s wykształcone w postaci czarnych łupków
graptolitowych o miąższości
szości
ci od kilkuset do ponad 3000 m. W odwiercie Ko
Koś
Kościerzyna IG-1
miąższość utworów syluru wynosi 3300 m
m. W spągowej części
ci utworów syluru w niektórych
strefach występuje
puje seria mułowców lab zasilonych piaskowców, które mog
mogą być dobrymi
kolektorami gazu ziemnego. Najczęściej
Najcz
utwory sylurskie zalegają stosunkowo płasko, lub
480
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011
są nieznacznie wygięte tworząc struktury oblekające. Jednak w zachodnim skrzydle niecki
brzeżnej ulegają znacznym deformacjom. Utwory syluru, a także ordowiku stwierdzone
w odwiertach Chojnice 3, Nowa Karczma 1, Miastko 1, Lutom 1, Stobno 1, Jamno 1, Lisów
1, Ruda Lubycka 1, Toruń 1 i in. są silnie zdeformowane, a kąty upadu osiągają wartości
70 - 90°.
Tabela 4. Cechy zbiorników naturalnego i wstępnego oszacowania zasobów gazu
ziemnego w łupkach sylurskich głównych basenów w Polsce [Źródło: EIA ARI Shale Gas
Resources, czerwiec 20011]
Table 4. Shale gas reservoir properties and initial resource assessment of Poland’s major
basins.
Podstawowe
dane
Rozmiary
przestrzenne
Własności
zbiornikowe
Zasoby
dolny sylur
landower
Basen
lubelski
(11,882 mi2)
dolny sylur
wenlok
Basen
podlaski
(4,306 mi2)
dolny sylur
landower
8,846
11,660
1,325
330 – 880
330 – 1115
360 – 720
575
415
540
8200 - 16400
12300
Nadhydrostat.
4.0%
6560 – 13450
10005
Nadhydrostat.
1.5%
5740 – 11350
8545
Nadhydrostat.
6.0%
1,75%
1,35%
6,0%
Średnia
Średnia
Średnia
145
79
142
514
129
222
44
56
14
Powierzchnia głównych
basenów
Basen bałtycki
(101,611 mi2)
Formacja łupkowa
Piętro
Strefa perspektywna
(mi2 )
Interwał
Miąższość
Bogata w
[ft]
SO
Interwał
Głębokość
[ft]
Średnia
Ciśnienie złożowe
Przeciętne TOC (wt.%)
Dojrzałość termiczna
[Ro%]
Zaw. minerałów ilastych
Koncentracja GIP
[Bcf/mi2]
Ryzyko GIP (Tcf)
Ryzyko odzyskania (Tcf)
Przesłankami do prognozowania istnienia akumulacji gazu ziemnego w łupkach
sylurskich, a w szczególności kompleksów należących do pięter landeil i wenlok jest
stosunkowo wysoka zawartość substancji organicznej typu sapropelowego, o dobrej
dojrzałości termicznej, a także bardzo dobre parametry przestrzenne. Wstępne oszacowanie
zasobów gazu ziemnego możliwego do akumulacji w utworach sylurskich podaje tabela 4.
Podstawowymi problemami poszukiwań złóż gazu ziemnego w łupkach sylurskich jest
nieregularność rozkładu facji mułowcowo piaszczystych w dolnej części tego systemu,
stosunkowo słaba czytelność zapisów zdjęć sejsmicznych kartujących w/w utwory, znaczna
głębokość ich występowania, szczególnie w strefie nadbałtyckiej, a także sprawy sporne
w ocenie skutków prac poszukiwawczych i zabiegów intensyfikacyjnych w odwiertach na
środowisko.
481
Szafran M.M., Sikora S.: Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce - szanse odkrycia...
4.4. Złoża gazu ziemnego w hydratach
Złoża gazu ziemnego uwięzione w hydratach zawdzięczają swoje istnienie specyficznej
strukturze chemicznej ukształtowanej w określonych warunkach termodynamicznych z wody
i cząsteczek metanu oraz innych gazów. Hydrat metanu nazywany też klatratam metanu,
lodem metanowym, wodzianem metanu jest substancja krystaliczną odkrytą pod koniec XIX
w. przez Paula Villarda, a zidentyfikowaną w latach trzydziestych XX w. w gazociągach
przez E.G. Hammerschmdta. W latach sześćdziesiątych odkryto złoża hydratów na Syberii
[7, 11], a w następnej dekadzie lat zidentyfikowano znaczne złoża hydratów na szelfie
kontynentalnym [12]. Pierwszą próbkę hydratu ze złoża na szelfie kontynentalnym u
wybrzeży Gwatemali uzyskano w 1981 r. w rdzeniu wiertniczym pobranym przez statek
badawczy Glomar Challenger.
Hydraty wiążą znaczne ilości metanu, bowiem w jego składzie chemicznym na 1 mol
metanu przypada 5,75 mola wody, co odpowiada w ujęciu masowym: 85 % wody i 15 %
metanu. W warunkach standardowych z 1 litra hydratu wydziela się 168 l metanu.
W warunkach naturalnych hydraty tworzą się w strefie przydennej szelfu kontynentalnego
i dna oceanicznego poniżej strefy stabilności hydratów GHSZ (Gas Hydrate Stability Zone),
która w zależności od temperatury położona jest w strefie głębokości od 300 m w wodach
arktycznych do 1100 m w głąb skał osadowych. W strefie występowania wiecznej zmarzliny
stwierdzono, że hydraty są stabilne w interwale głębokości od 150 do ok. 2000 m.
Światowe zasoby metanu zakumulowane w hydratach są ogromne, ale słabo rozpoznane.
Dlatego wielkość szacowanych zasobów prezentowana przez różne instytucje naukowe
zmienia się w bardzo dużych granicach, a ich maksymalne wartości osiągają 3x10 18 m3
[3, 11]. Do chwili obecnej nie podjęto eksploatacji gazu ziemnego z hydratów na skalę
przemysłową. Trwają intensywne prace eksperymentalne i poszukiwanie efektywnej
technologii pozyskania metanu z tego rodzaju złóż. Pierwsze próby pozyskania metanu
z aglomeratu hydratowego przeprowadzono w 1999 r. za pomocą odwiertu w strefie rowu
Nakai w pobliżu Japonii. W 2001 r. założono konsorcjum złożone z organizacji rządowych
i komercyjnych z USA, Kanady, Japonii, Niemiec i Indii, które podjęło próbna eksploatację
złóż hydratowych metanu w delcie rzeki Mackenzie w Kanadzie. Za pośrednictwem
wykonanego tam odwiertu wstrzykiwano do złoża wodę o temp. 60° C, uzyskując po kilku
godzinach przypływy gazu ziemnego. Bardziej efektywnymi metodami pozyskania metanu
jest: obniżanie ciśnienia w odwiercie, stosowanie specjalnego palnika do kontrolowanego
spalania gazu z hydratu, ale najbardziej efektywna metoda jest obecnie stosowanie mikrofal
o określonej częstotliwości do podgrzewania strefy złożowej.
Na obszarze Polskiej strefy Bałtyku nie ma obecnie warunków do tworzenia hydratów.
Stożkowate zagłębienia spotykane na dnie Bałtyku mogą świadczyć, że hydraty mogły być
obecne w strefie akwenu bałtyckiego w czasie zlodowaceń, ale po cofnięciu się lodowca
uległy one destrukcji.
5.
Podsumowanie
Wyczerpujące się zasoby płynnych konwencjonalnych surowców energetycznych
i równoczesne wzrastające zapotrzebowanie na naturalne źródła energii przy ich
nierównomiernym rozkładzie georegionalnym i geopolitycznym, wzniecają niepokoje krajów
posiadających deficyt surowców energetycznych o przyszłość ich gospodarek narodowych.
Skutkiem pojawiających się kryzysów naftowych i gazowych jest systematyczny wzrost cen
tych surowców oraz niepewność ich dostaw ze strony producentów. Przy malejącej
skuteczności poszukiwań złóż konwencjonalnych, koncerny naftowe zaczęły zwracać uwagę
482
VI Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011
na niekonwencjonalne złoża ropy naftowej i gazu ziemnego. Zapoczątkowane w 1981 r.
przez Georga T. Mitchell’a eksperymenty szczelinowania skał, skierowane na pozyskanie
gazu ziemnego z łupków, zakończyły się sukcesem, który nazwany został „rewolucją
naftową” lat dziewięćdziesiątych w USA.
W ciągu ostatniej dekady lat na całym świecie, w tym również w Polsce, wystąpiło duże
zainteresowanie firm naftowych poszukiwaniem niekonwencjonalnych złóż gazu ziemnego.
Typowano regiony perspektywiczne i szacowano zasoby. Wszystko wskazuje na to, że mimo
wysokich kosztów poszukiwań oraz wydobycia gazu ziemnego z niekonwencjonalnych złóż,
a także innych problemów, przyjęty przez władze gospodarcze oraz firmy naftowe kierunek
działalności górniczej związany z pozyskaniem tego cennego surowca będzie w Polsce
rozwijany. Istnieją przesłanki i oznaki wskazujące, że głównymi obiektami poszukiwań
niekonwencjonalnych złóż gazu w łupkach są łupki graptolitowe dolnego syluru,
występujące
w strefie niecki brzeżnej, a także łupki ilaste mioceńskiego zapadliska przedkarpackiego.
Jednak głównymi ograniczeniami jest duża zmienność lito-facjalna tych utworów i brak
homogenicznych kompleksów ilastych o dużej miąższości i bardzo zmienna zawartość
substancji organicznej.
Dokumenty geologiczne wskazują, że utwory czerwonego spągowca występujące w
strefie wielkopolskiej dają szanse odkrycia złóż gazu ziemnego w skałach o niskiej
przepuszczalności. Złoża tego typu mogą występować również w piaskowcach kambru strefy
bałtyckiej, utwory karbońskie z podłoża permsko-mezozoicznego basenu polskiego oraz
strefy przedsudeckiej.
Informacje geologiczne uzyskane na podstawie analizy dokumentów i wyników badań
wskazują, że przy zastosowaniu dobrze dobranych technologii możliwe jest pozyskanie gazu
ziemnego również z pokładów węgli polskich zagłębi węglowych.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Badak J.: Łupki bitumiczne w utworach serii menilitowej w Karpatach Środkowych.
Inst. Geol., Z badań geologicznych w Karpatach, t. 199, z. 11, s. 73 – 126, 1966.
Buniak A., Kwolek K., Kiersnowski H., Kuberska M.: Perspektywy poszukiwań złóż
gazu ziemnego w piaskowcach czerwonego spągowca o słabych własnościach
zbiornikowych (typu „tight gas”) w strefie Poznań – Konin – Kalisz. First Breac
EAGE, 2008.
Collett T., Kuuskraa V.: Hydrates contain vast store of world gas resources. Oil&Gas
Journal, v. 96 (19), pp. 90 – 95, May 11, 1998.
Hubbert K. M.: Nuclear Energy and the Fossil Fuels. Publication No. 95, Shell
Development Company, Exploration and Production Research Division, Houston,
1956.
Górecki W., Poprawa P., Rychlicki S.: Perspektywy poszukiwań niekonwencjonalnych
złóż gazu ziemnego. Materiały V Polskiego Kongresu Naftowców i Gazowników:
„Przemysł naftowy i gazowniczy strategicznym elementem programu rozwoju
gospodarczego Polski do 2030 roku”, Bóbrka, 12 – 14 maja 2010 r., s. 51 – 62.
Karnkowski P.: Złoża gazu ziemnego i ropy naftowej w Polsce. Wyd. TG „Geos”
Kraków. 1993.
Krasoń J.: Stady of 21 marine basins indicates wide prevalence of hydrates. Offshore,
August 1994, pp. 34 – 35.
Kuuskraa V. A.: Reserves production grew greatly during last decade. Oil& Gas
Journal, 3 Sept 2007, pp. 35 – 39.
483
Szafran M.M., Sikora S.: Niekonwencjonalne źródła energii w Polsce - szanse odkrycia...
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
MacGregor D.: Factors Controlling the Destruction or Preservation of Giant Light
Oilfields. Petroleum Geoscience, vol. 2, 1996.
Magara K.: Static versus dynamic interpretation in petroleum geology. Bull. AAPG,
v. 65, pp. 531 – 539, 1981.
Makogon Y. F., Trebin F. A., Trofimuk A. A., Tsarev V. P., Cherskiy N. V.:
Detection of a pool of natural gas in a solid (hydrated gas) state. Dokl. Akad. Nauk
SSSR, vol. 196, pp. 197 – 200.
Max M. D., Lowrie A.: Oceanic methane hydrates: A “frontier” gas resource. Jour.
Pet. Geol., vol. 19, pp. 95 – 112, 1996.
Meadows D. H., Meadows D. L., Randers J., Behrens III W.W.: Granice Wzrostu.
Państwowe Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa, 1973.
Stopa J., Rychlicki S.: Możliwości pozyskania węglowodorów ze złóż węgla w Polsce.
Materiały IV Polskiego Kongresu Naftowców i Gazowników: „Współczesne
wyzwania i kierunki rozwoju polskiego górnictwa naftowego, przetwórstwa ropy
naftowej i gazownictwa”, Bóbrka, 13 – 15 maja 2009 r., s. 106 – 119.
Stosur G. J. J.: Energy in the XXIst century – Unconventional oil & gas. Géologues
n°127, décember 2000, pp. 99 – 105.
MARIA MAGDALENA SZAFRAN, SYLWIA SIKORA
Unconventional energy sources, shale gas, natural gas from coal deposits,
natural gas from low-permeability rocks, coal–bed methane, tight gas,
hydrates.
Keywords
unconventional sources of energy - natural gas from shale - natural gas from coal - natural
gas from rocks low permeability - shale gas - coal bed methane - tight gas - hydrates.
Summary
Rapid development of the industry in XXth century was followed by increase in demands
for energy. In these circumstances, the future of the energy sources and word energetic
safety became unclear. Oil and gas industry crisis in the 1970s ended the era of cheap oil
and natural gas, which were intensively exploited from the natural resources. As depletion
of conventional energy sources become evident, unconventional energy sources aroused
great interest. Scientific research indicate the possibility of occurrence of large
accumulations of oil in oil shale, tar sands and natural gas in slate rocks, low-permeability
sands, coal-bed methane and hydrates. Article presents possibilities of the unconventional oil
and gas sources discovery in Poland and problems related to its exploration and exploitation.
Special attention was drawn to the potential occurrence of unconventional gas sources in
Ordovician and lower Silurian slate series in the zone of marginal trough. Studies conducted
so far, indicate also for possibility of natural gas sources in low-permeable Rotliegendes,
mainly in the central basin. This type of deposits can also be found in low-permeable
sandstones of other lithostratigraphic series (i.e. carbon sandstones in the Foresudetian
Monocline, middle Cambrian sandstones of the Baltic basin, sandstones of the Carpathian
flish).
484
Download