gaz z ŁupkÓw - infolupki · gaz z łupków dość trudno wydobyć, znajduje się na głębokości...

Wsparcie

energetyczne PolskiMirosław Lidzbarski, Dorota Koszka-Maroń

Lekcja geografii dla uczniów szkoły ponadgimnazjalnej

GAZ Z ŁUPKÓW

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl1

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

ŹRÓDŁA ENERGII NA ŚWIECIE I W POLSCE

węgiel kamienny i brunatny

gaz ziemny

elektrownie wodne

pierwiastki promieniotwórcze

ropa naftowa

inne

Struktura produkcji energii

elektrycznej na świecie (w %)

węgiel kamienny

gaz ziemny

biomasa

elektrownie wiatrowe

węgiel brunatny

elektrownie wodne

olej opałowy

inne

Struktura produkcji energii

elektrycznej w Polsce (w %)

Źródło danych: Miesięcznik Energetyka, nr 3-4, 2012

Źródło danych: Polskie Sieci Elektroenergetyczne S. A.

2

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

BILANS ENERGETYCZNY ŚWIATA w latach 1850-2010oraz prognoza zmian do 2050 r.

Opracowano na podstawie:

International Energy Agency (IEA)

Systematycznie zwiększa się rola

gazu ziemnego w bilansie energetycznym.

Spowodowane jest to:

• niskimi kosztami wydobycia

i transportu gazociągami,

• wysoką kalorycznością,

• mniejszym zanieczyszczeniem środowiska

niż podczas spalania innych surowców

energetycznych,

• wprowadzeniem nowych sposobów

eksploatacji złóż niekonwencjonalnych

(m.in. gaz z łupków).

3

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

GENEZA GAZU Z ŁUPKÓW

Rys. D. Koszka-Maroń

W warunkach beztlenowych, pod wpływem wysokiej temperatury oraz wysokiego

ciśnienia panujących na dużych głębokościach pod powierzchnią ziemi, ił i muł

zamieniały się w łupek. Natomiast uwięzione w skale szczątki organiczne

stopniowo rozkładały się i przeobrażały w gaz ziemny.

Łupki gazonośne to ciemne drobnoziarniste skały osadowe o słabej

przepuszczalności. Zwane są łupkami, ponieważ łatwo dzielą się („łupią”) na

niewielkie płytki.

W celu wykorzystania uwięzionego w łupkach gazu ziemnego należy wykonać

głębokie wiercenie.

Przed setkami milionów lat, w erze paleozoicznej, począwszy od kambru, przez

ordowik, sylur w morzach i oceanach żyły różnorodne organizmy takie jak:

graptolity (dominujące w morzach ordowickich i sylurskich), ramienionogi,

trylobity, małże czy głowonogi.

Szczątki tych organizmów oraz ogromne ilości morskiego planktonu gromadziły

się wraz z drobnymi okruchami mineralnymi na dnie zbiorników morskich. Pod

ciężarem warstw nadległych osad uległ stopniowemu pogrążeniu i kompakcji.

(Kompakcja - zmniejszanie się objętości skał pod wpływem ciśnienia warstw wyżej położonych)

4

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

WYSTĘPOWANIE ORAZ SZACUNKI ZASOBÓW GAZU W ŁUPKACH na świecie i w Polsce

Opracowano na podstawie: Advanced Resources International, Inc

Według Państwowego

Instytutu Geologicznego

- Państwowego Instytutu

Badawczego zasoby

wydobywalne

gazu w łupkach

na obecnym etapie

rozpoznania (2012 r.)

wynoszą 346 – 768 mld m3.

5

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

WYSTĘPOWANIE GAZU W ŁUPKACH W POLSCE

Rys. Występowanie złóż gazu ziemnego z łupków w Polsce (wg. Kiersnowski i Dyrka,

2013, zmienione)

Według rozpoznania geologicznego wiadomo, że

gaz w łupkach występuje w Polsce

w osadach dolnego paleozoiku. Obszar

o wysokim prawdopodobieństwie występowania

gazu łupkowego rozciąga się pasem

od Pomorza przez północne i wschodnie

Mazowsze, Podlasie, aż do Lubelszczyzny.

Głównymi utworami perspektywicznymi są

osady górnego ordowiku i syluru. Głębokość

występowania łupków gazonośnych na tym

obszarze jest zmienna od 500 - 1000 m

we wschodniej części do 4500 m w części

zachodniej.

Dokładniejsze dane dotyczące ilości zasobów

gazu łupkowego będą znane dopiero po

zakończeniu dokumentowania złóż przez

przedsiębiorstwa posiadające koncesje na ich

poszukiwanie i rozpoznawanie.

Obecnie w Polsce zostały odwiercone 68 otwory

poszukiwawcze za gazem łupkowym (stan na

01.02.2015r.).

6

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

WYSTĘPOWANIE GAZU W ŁUPKACHw regionie pomorskim

Występowanie gazu łupkowego w regionie pomorskim wraz z

lokalizacją otworów poszukiwawczych (wg. Kiersnowski i Dyrka,

2013)

Uproszczony profil osadów dolnego paleozoiku w

regionie pomorskim wraz z pozycją łupków potencjalnie

zawierających gaz ziemny (Poprawa, 2010, zmienione)

Największe obszary występowania gazu ziemnego w pokładach

łupków występują w regionie pomorskim. Do końca 2014r.

odwiercono tam najwięcej otworów poszukiwawczych. Otwory

te sięgają głębokości od 2,5 do 4 km.

Jednym z najważniejszych parametrów informujących o

występowaniu gazu w łupkach jest zasobność skały w

substancję organiczną. Jej zawartość przedstawia się jako

procentowy udział całkowitego węgla organicznego

w skale, w skrócie TOC (total organic carbon).

7

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

WYSTĘPOWANIE GAZU W ŁUPKACHw regionie lubelsko-podlaskim i na Mazowszu

W pasie od północnego Mazowsza, przez Podlasie, aż po

Lubelszczyznę głębokość zalegania ordowicko–sylurskich łupków

gazonośnych oscyluje od ok. 500 m na Podlasiu do ponad 4000 m w

rejonie Warszawy. Największe zróżnicowanie głębokości

występowania formacji łupkowej zaznacza się w regionie

lubelskim.

Występowanie gazu łupkowego w regionie lubelsko –

podlaskim i na Mazowszu wraz z lokalizacją otworów

poszukiwawczych (wg. Kiersnowski i Dyrka, 2013)

Uproszczony profil osadów dolnego paleozoiku

w regionie lubelskim wraz z pozycją łupków

potencjalnie zawierających gaz ziemny

(Poprawa, 2010, zmienione)

8

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

WARUNKI WYSTĘPOWANIA GAZU W ŁUPKACH

Gaz łupkowy występuje w skałach

osadowych ilasto-mułowcowych,

bogatych w materię organiczną.

W celu pozyskania gazu

nie wystarczy dowiercić się

do pokładów gazonośnych, trzeba

jeszcze uruchomić przepływ gazu

za pomocą specjalnych zabiegów.

Łupki sylurskie

z wąwozu

Prągowiec

Fot.K. Skurczyńska-

-Garwolińska, PIG-PIB

Rys. D. Koszka – Maroń

9

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

ETAPY PRAC – wiercenie odcinka pionowego i poziomego

Gaz z łupków dość trudno wydobyć, znajduje się na głębokości 2,5 – 4 km. Najpierw wierci się otwór

pionowy, aż sięgnie do pokładów łupków bogatych w gaz. Następnie zmienia się kierunek wiercenia -

powstaje odcinek poziomy otworu wiertniczego.

W trakcie wiercenia prowadzone są pomiary

geofizyczne, które ułatwiają rozpoznanie

budowy geologicznej i charakteru skał oraz

kontrolują parametry wiercenia.

Rys. D. Koszka – Maroń

10

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

ETAPY PRAC – szczelinowanie i zagospodarowanie złoża

Długość odcinka poziomego może

sięgać nawet do 2 km.

Po zakończeniu wiercenia w odcinku

poziomym przeprowadza się

perforację (przebicie) rur przez

wykorzystanie niewielkich ładunków.

Powoduje to zainicjowanie szczelin

w skale łupkowej.

Po tych zabiegach otwór jest

przygotowany do zabiegu

szczelinowania hydraulicznego.

W wyniku szczelinowania zostaje uwolniony gaz. Jeżeli jego

zasoby są wystarczające to przystępuje się do

zagospodarowania złoża. W tym celu wierci się dalsze otwory.

Z jednego miejsca można ich wykonać od kilku do kilkunastu.

Rys. Schemat prezentujący przebieg otworu poziomego oraz perforację rur i

propagację szczelin (C. Janczyn)3000-4

000 m

głę

bokość w

ystę

po

wania

pols

kic

h łupków

Rys. Zagospodarowanie złóż gazu łupkowego (D. Koszka

– Maroń)

11

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

SZCZELINOWANIE

Gaz łupkowy zamknięty jest w skale. Występuje w oddzielnych

pęcherzykach, które nie są ze sobą połączone.

Gaz nie wydostaje się więc ze skały tak łatwo, jak np. woda,

która swobodnie wycieka z nasączonej gąbki.

Rys. D. Koszka – Maroń, M. Lidzbarski

Przepływ gazu uruchamia się przez zabiegi szczelinowania hydraulicznego,

które powodują poprawę przepuszczalności skały łupkowej. W tym celu

do otworu wtłacza się wodę ze specjalnymi dodatkami pod bardzo dużym

ciśnieniem.

Na skutek szczelinowania łupki pękają i powstaje gęsta sieć drobnych

szczelin. Zamknięciu szczelin przeciwdziała zawarty w wodzie proppant.

Po zabiegu szczelinowania pęcherzyki gazu łączą się ze sobą, co pozwala na

przepływ gazu do otworu wiertniczego, a następnie na powierzchnię terenu.

12

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

Skład płynu szczelinującego

WODA W PROCESIE SZCZELINOWANIA

uszczelnienie

poziomów

wodonośnych

Płyn szczelinujący

7 – 20 tys. m3

Płyn zwrotny

15 – 30%

płynu zatłoczonego

utwory izolujące

Rys. D. Koszka – Maroń

głębokość 3 – 4,5 tys. m

wody pitne

Rys. D. Koszka – Maroń

Opracowano na podstawie: M. Woźnicka, „Szkoła hydrologii”, PIG-PIB 2012

13

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

PRACE WIERTNICZE – otoczenie wiertni

Prace wiertnicze poprzedza zabezpieczenie

terenu wiertni specjalną folią izolacyjną i płytami

betonowymi przed przenikaniem potencjalnych

zanieczyszczeń do gruntu i wód

podziemnych. Głównym urządzeniem jest wieża

wiertnicza, której towarzyszy niezbędna

infrastruktura m.in. agregaty prądotwórcze,

pompy, zbiorniki na płuczkę.

W pobliżu wiertni jest też zlokalizowany szczelny

zbiornik na wodę, która będzie potrzebna w

procesie szczelinowania.

Z terenu wiertni woda opadowa jest odprowadzana

do specjalnych zbiorników drenażowych, skąd jest

przekazywana

do oczyszczalni ścieków.

Lubocino, k. Jez. ŻarnowieckiegoŹródło: PGNiG

TępczŹródło: PGNiG

14

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

PRACE WIERTNICZE – zagospodarowanie wiertniWiercenie otworu w Lubocinie

Fot. M. Lidzbarski

Fot. M. Lidzbarski Fot. M. Lidzbarski

15

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

Fot. A. Starzycka

SZCZELINOWANIE I WYPŁYW GAZU

Szczelinowanie otworu w Lubocinie

16

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

POTENCJALNE ODDZIAŁYWANIE NA ŚRODOWISKO

Fot. Wiertnia Miłowo (Źródło: PGNiG)

Elementy przyrody

ożywionej

Powierzchnia

terenu

Wody podziemne

Atmosfera

Wody powierzchnioweGleby

Człowiek

17

Państwowy Instytut Geologiczny

Państwowy Instytut Badawczy

www.pgi.gov.pl

MONITORING ŚRODOWISKA

• jakość i ilość wód powierzchniowych i podziemnych

• poziom hałasu

• stężenie gazów i pyłów w powietrzu

• stan gleb i gruntów

• gospodarka odpadami

Monitoring wód powierzchniowych

i podziemnych w Łebieniu

Fot. Badania środowiskowe

procesu szczelinowania hydraulicznego wykonanego

w otworze Łebień LE-2H (raport końcowy), PIG-PIB, 2011

18