GAZ ŁUPKOWY W POLSCE PÓŁNOCNEJ I PÓŁNOCNO-WSCHODNIEJ

Dr inż. Marian Kiełt Zarys historii poszukiwań węglowodorów niekonwencjonalnych W USA pierwsze złoże gazu łupkowego Fredonia odkryto w 1821 r. Zalega ono w płytkich szczelinowych osa-dach. Ponieważ w tych latach eksploatacja gazy niekonwencjonalnego była nieopłacalna, dlatego zaprzestano poszuki-wań i produkcji, a o tym rodzaju złóż gazu na wiele lata zapomniano. Od czasu do czasu odkrywano kolejne złoża i zali-czano je do nie ekonomicznych węglowodorów. Dopiero w II połowie XX w., gdy tradycyjne złoża gazu zaczęły się wy-czerpywać, przypomniano sobie o niekonwencjonalnych złożach węglowodorów. I zaczęto realizować odpowiednie pro-gramy ich poszukiwań węglowodorów niekonwencjonalnych, które doprowadziły do wielkiego sukcesu.

W porównaniu z USA historia zaplanowanych poszukiwań węglowodorów niekonwencjonalnych Polsce jest bardzo krótka, gdyż liczy niewiele lat. Wprawdzie już dawno temu w trakcie poszukiwania węglowodorów konwencjonal-nych objawy występowania węglowodorów (rdzenie, płuczka) obserwowane były w czasie wiercenia otworów w osa-dach: karbonu, dewony, syluru, ordowiku i kambru. Te obserwacje zostały zapisane w dokumentacjach otworowych i przekazane do archiwum geologicznego, a rdzenie do magazynów rdzeni.

Wykonywane przez autora w latach 1984-1989 w ramach pracy doktorskiej prace interpretacyjne profilowań geofizycznych w obrębie kambru, ordowiku i syluru zalegającego w morskiej części (polskiej, rosyjskiej, litewskiej, łotew-skiej i szwedzkiej) syneklizy bałtyckiej oraz strefach przybrzeżnych wykazała na istnienie ciekawych wskazań parame-trów petrofizycznych w obrębie iłowców dolnego syluru, ordowiku i kambru. Obecność takich wskazań w iłowcach można było uzasadnić jedynie obecnością rozproszonych węglowodorów, jednakże w tamtych latach byłaby to zbyt daleko idą-ca hipoteza, aby ją upowszechniać. Kontynuując wcześniejsze prace interpretacyjne w latach 1990-2000 autor rozsze-rzył je na pozostałe otwory odwiercone na obszarze lądowym platformy wschodnio-europejskiej. Wykazały one istnienie identycznych obrazów jak wcześniej uzyskano na morskim obszarze syneklizy bałtyckiej. W sumie autor zinterpretował 143 otwory. Porównanie otrzymanych wyników z informacjami pochodzącymi z USA (opracowania, artykuły, referaty) i bezpośredni kontakt z polskimi geologami od wielu lat pracującymi w USA (M. Cieśnik i J. Krasoń z Denver) oraz spo-tkania z amerykańskimi specjalistami pozwoliły autorowi po wielu latach upewnić się, że przyczyną „niezwykłych” wska-zań parametrów petrofizycznych w osadach iłowcowych jest obecność niekonwencjonalnych węglowodorów. Wyniki tych prac zostały przez autora wcześniej opublikowane w fachowych czasopismach.

Geneza węglowodorów i migracja, rodzaje pułapek węglowodorów Węglowodory są to naturalne substancje organiczne znajdujące się w głębi Ziemi, w stanie stałym, ciekłym i ga-zowym lub w postaci rozpuszczonej w płynach złożowych albo rozproszonej w niektórych typach skał. Znane są 2 hipotezy powstawania węglowodorów (rys. 1A, B, C I D): - nieorganiczna (odpowiedzialne są reakcje chemiczne zachodzące w głębi Ziemi), - organiczna (materiałem wyjściowym jest substancja organiczna ulegająca przeobrażeniu w środowisku redukcyjnym w czasie skomplikowanych naturalnych procesów sedymentacyjnych).

Proces tworzenia się węglowodorów jest często nazywany „kuchnią gazową”; jest ona czynna przez długi czas. W czasie jej działania znaczna część węglowodorów ulega wieloetapowej migracji do czasu, aż zatrzyma się w pułapkach strukturalnych luba stratygraficznych albo złożonych (rys. 2A, B i C). Można sądzić, że w wielu przypad-kach pod „przykrywką” nadal zachodzi proces powstawania węglowodorów czyli pradawne „kuchnie węglowodorów” nadal działają. Węglowodory można podzielić na konwencjonalne (ropa naftowa, gaz ziemny) i niekonwencjonalne (łupki bitumiczne, piaski bitumiczne, ropa w łupkach, gaz zamknięty, gaz łupkowy, gaz głębinowy) (rys. 3A i B).

Rys. 1 Kolejne etapy powstawania i migracji węglowodorów.

2

A) B) C) Rys. 2 A - migracja węglowodorów, B – rodzaje pułapek węglowodorów, C – zestaw złóż węglowodorów.

A) B) Rys. 3 A – rodzaje niekonwencjonalnych węglowodorów, B – schemat geologiczny naturalnych gazowych poziomów zbiorniko-wych. Geneza gazu łupkowego Gaz łupkowy jest to gaz naturalny, mający identyczną genezę jak gaz konwencjonalny. Można obrazowo po-wiedzieć, że gaz naturalny jest gazem „ruchliwym”, natomiast gaz łupkowy jest gazem „leniwym”, który pozostał w miej-scu swego wytworzenia czyli w tzw. „kuchni gazowej”. Ze względu na miejsce jego pierwotnego „zmagazynowania” w izolowanych porach i zamkniętych szczelinach (rys. 4A) niezbędne jest wykonywanie procesu szczelinowania pozwala-jącego na powstanie dróg przepływu węglowodorów ze skał macierzystych / zbiornikowych do otworu (rys. 4B i C).

A) B) C) Rys. 4 A - rodzaje skał zbiornikowych, B i C – proces szczelinowania w otworze horyzontalnym i pionowym. Gaz łupkowy na świecie i w Europie Na rys. 5A i B są zaznaczone perspektywne i zbadane obszary na świecie i w Europie zawierające lub mogące zawierać złoża gazu łupkowego. Na rys. 5C są usystematyzowane najważniejsze kraje pod względem zasobów gazu łupkowego. Na rys. 5B kolorem niebieskim zaznaczono złoże Barnett Shale odkryte w Teksasie – porównując potencjal-ne zasoby Europy, a zwłaszcza Polski i złoże Barnett w USA można mieć nadzieję, że w Polsce są duże szanse na wy-stępowanie różnej wielkości złóż węglowodorów niekonwencjonalnych. Przyszłe lata poszukiwań przyniosą odpowiedź na to pytanie.

3

A) B) C) Rys. 5 Gaz łupkowy na świecie (A) i w Europie (B) oraz zestawienie zasobów licznych krajów. Historia geologiczna (tabela stratygraficzna) i jednostki regionalne Polski Historię geologiczną (w funkcji czasu) w sposób skrócony opisuje tabela stratygraficzna opisująca w sposób uporządkowany kolejne główne jednostki stratygraficzne podająca pionowe następstwo warstw (rys. 6A).

Po wschodniej stronie wału kujawsko -pomorskiego znajduje się niecka brzeżna, zaś po stronie zachodniej niecka szczecińsko-mogileńsko-łódzko-miechowska. Na południowy zachód od systemu niecek powstały monokli-na przedsudecka i monoklina śląsko-krakowska. Jednostki tektoniczne platformy paleozoicznej są pokryte osadami kenozoicznymi (rys. 6B i C).

A) B) C) Rys. 6 A – ogólna tabela stratygraficzna, B – jednostki regionalne Polski. Złoża węglowodorów konwencjonalnych w Polsce

Polskie złoża konwencjonalnych węglowodorów występują w miocenie, dolomicie głównym, wapieniu podsta-wowym, czerwonym spągowcu, karbonie, dewonie i kambrze.

A) B) Rys. 7 A - mapa geologiczna Polski w uwzględnieniem złóż ropy i gazu ziemnego oraz potencjalnych skał zbiornikowych oraz koncesji firmy FXE, B – zasoby i wydobycie ropy naftowej w latach 1989-2009.

Głównym rejonem wydobycia ropy naftowej jest Niż Polski, na którym znajdują się 42 z 84 udokumentowa-nych złóż na terytorium kraju. Kilka złóż ropy naftowej, kondensatu gazowego i gazu łupkowego zostało odkrytych w

4

polskiej strefie ekonomicznym Morza Bałtyckiego. Wydobywana w Polsce ropa naftowa różni się parametrami w zależ-ności od rejonu eksploatacji a nawet konkretnego złoża. Gęstość wydobywanego w Polsce surowca waha się w grani-cach 0,75 g/cm3 – 0,943 g/cm3, zawartość parafiny wynosi od 2,32 do 9,37%, a siarki nie przekracza z reguły 1 %.

Większość zasobów gazu ziemnego związana jest z osadami miocenu zapadliska przedkarpackiego (Pogórze Karpackie) oraz permu na Niżu Polskim. Kilka złóż węglowodorów znajduje się w części morskiej i lądowej Wyniesienia Łeby. Na rys. 7A jest przedstawiona mapa geologiczna Polski w uwzględnieniem najważniejszych złóż ropy i gazu ziem-nego, natomiast na rys. 7B – zasoby i wydobycie ropy naftowej w latach 1989-2009. Potencjalne złoża węglowodorów niekonwencjonalnych w Polsce

W Polsce węglowodory niekonwencjonalne mogą występować w karbonie i dewonie w synklinorium szczeciń-skim i antyklinorium pomorskim oraz w sylurze dolnym, ordowiku i kambrze środkowym Platformy Wschodnio-Europej-skiej (rys. 8A, B i C). Obecnie można jedynie z dużą wiarygodnością sugerować prawdopodobieństwo występowania gazu łupkowego w tych jednostkach stratygraficznych, ale nie należy oczekiwać, że „złoża” będą występowały w każdym miejscu. To ostatnie stwierdzenie potwierdza historia poszukiwań gazu łupkowego w USA (rys. 5A). Na rys. 8D zazna-czono perspektywie obszary na Litwie i Łotwie oraz okręgu kaliningradzkim i w Szwecji.

A) B) C) D) Rys. 8 Perspektywie obszary, na którym może występować gaz łupkowy w Polsce (A, B, C) i Okręgu Kaliningradzkim, na Li-twie, Łotwie, Szwecji i Ukrainie (D). Historyczne prace poszukiwawcze

W przeszłości zostały w Polsce wykonane zdjęcia grawimetryczne (rys. 9A) i sejsmiczne (9B i C) oraz odwier-cono kilka tysięcy otworów (rys. 11A).

W strukturze geologicznej Europy obszar Polski ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia budowy i ewolucji tek-tonicznej całego kontynentu europejskiego. Na obszarze Polski graniczą bowiem ze sobą trzy główne jednostki tektoni-czne budujące kontynent europejski. Są to: stara platforma prekambryjska Wschodniej Europy nazywana również krato-nem wschodnio-europejskim, wieku około miliarda lat, platforma paleozoiczna Centralnej i Zachodniej Europy wieku oko-ło trzystu milionów lat oraz pas najmłodszej górotwórczości alpejskiej reprezentowany przez Karpaty.

A) B) C) Rys. 9 A - punkty pomiarów grawimetrycznych, B – zestaw wibrosejsów jadący na profile sejsmiczne, C – przykładowy profil sejsmiczny zarejestrowany w północno-wschodniej części syneklizy perybałtyckiej (woj. mazursko-suwalskie).

Standardowo w ramach bieżących prac poszukiwawczych są wykonywane zdjęcia sejsmiczne 2D i 3D. Badania sejsmiczne w Polsce Północnej i Wschodniej prowadziła Geofizyka Toruń S.A. (rys. 9B). Polegają one na wytworzeniu i rejestracji fali sejsmicznej, która odbija się od kolejnych warstw geologicznych ukrytych w ziemi. Wynik badania daje wiedzę o budowie geologicznej badanego rejonu i ewentualnych złożach surowców naturalnych.

5

W ostatnich latach w Polsce wykonano głębokie sondowania sejsmiczne w ramach projektów Polonaise-97 oraz Celebration-2000 (rys. 10A i B). Aktualnie planowane są dalsze tego typu prace sejsmiczne w ramach projektu Po-landScan (rys. 10C).

A) B) C) Rys. 10 Głębokie sondowania sejsmiczne w ramach międzynarodowych projektów: A – Polonaise – 97, B – Celebration – 2000, C – PolandSpan. Otwory i profilowania geofizyczne w otworach Otwory poszukiwawcze (naftowe, węglowe, surowcowe, geotermalne) o różnej głębokości są wiercone w Pol-sce od kilkudziesięciu lat (rys. 11A). W bazie danych GT jest zapisanych około 20 500 otworów odwierconych przez róż-ne historyczne i istniejące firmy wiertnicze na Niżu Polskim i Platformie Wschodnioeuropejskiej urządzeniami podobnymi jak przedstawiono na rys. 11B. W archiwach geologicznych są zgromadzone pokaźne zbiory uzyskanych informacji geo-logicznych, sejsmicznych i złożowych, a magazynach rdzeni znajdują się pobrane rdzenie wiertnicze. W każdym otworze były wykonywane zestawy profilowań geofizycznych (pomiar parametrów petrofizycznych) skał, które dziś stanowią pod-stawowe źródło informacji geologicznych i złożowych. Większość profilowań geofizycznych znajduje się w postaci cyfro-wej w specjalistycznych archiwach. Głębokie otwory i badania sejsmiczne w Polsce Północno-wschodniej

W II połowie lat 1960-tych i I połowie 70-tych XX w. na terenie województw pomorskiego, warmińsko-mazur-skiego i kujawsko-pomorskiego zostały przeprowadzone badania sejsmiczne 2D, które dostarczyły licznych informacji o budowie geologicznej syneklizy perybałtyckiej. W latach późniejszych badania sejsmiczne były sporadycznie kontynu-owane. Z pewnym opóźnieniem na obszarze syneklizy perybałtyckiej zostało odwierconych kilkadziesiąt otworów, więk-szość z nich nawierciła lub przewierciła osady kambryjskie. Oznacza to, że również przewierciła osady sylurskie i ordo-wickie. Do najbardziej znanych otworów należą: Darżlubie IG-1, Hel IG-1, Gdańsk IG-1, Gładysze-1A i 2, Krynica Mor-ska IG-1, Lubiny-1, Lubocino-1, Łeba IG-1 i 8, Mieroszyno-8, Młynary-1 i 3, Niestępowo-1, Nowa Kościenica-1, Orneta-1, Słupsk IG-1, Władysławowo-4, Żarnowiec IG-1, Żelazna Góra-1 i 5.

A) B) Rys. 11 A – lokalizacja głębokich otworów, B – typowa wieża wiertnicza.

6

Ze względu na duże głębokości zalegania potencjalnych jednostek perspektywnych w przeszłości tylko na nie-których obszarach syneklizy perybałtyckiej zostały wykonane zdjęcia sejsmiczne. Na ich podstawie zaplanowano dość dużą ilość otworów; zostały one odwiercone. Sytuacja zmieniła się kilka lat temu, z chwilą zainteresowania się firm zagranicznych, możliwością występowa-nia gazu łupkowego. Rozpoczęto nowe prace sejsmiczne 2D i 3D oraz odwiercono około 35 nowych otworów dochodzą-cych do syluru. W otworach tych rdzeniowano kilkuset-metrowe interwały dolnego syluru; wyniki nadal są analizowane. Otwory morskie W latach 1980-1990 odwiercono 9 otworów w polskiej strefie ekonomicznej. Przewierciły one profile syluru, or-dowiku i kambru. W 8 otworach odkryto złoża konwencjonalnych węglowodorów (ropa naftowa, kondensat gazowy i gaz ziemny). Analiza profili dolnego syluru, górnego ordowiku i górnego kambru wskazuje na prawdopodobieństwo występo-wania w nich gazu łupkowego. Głębokie otwory w województwie kujawsko-pomorskim W ciągu kilkudziesięciu lat na terenie województwa kujawsko-pomorskiego odwiercono znaczną ilość otworów. Tylko niektóre z nich osiągnęły znaczną głębokość. W tab. 1 zamieszczono najważniejsze otwory, które przewierciły osady permu lub nawierciły głębsze jednostki stratygraficzne. Widoczne jest występowanie luki stratygraficznej w wielu przypadkach obejmującej interwał od czerwonego spągowca po dewon. Tylko niektóre otwory nawierciły sylur. Jedynie otwory Szczawno-1 i Szymkowo-1 przewierciły profile syluru i ordowiku oraz nawierciły kambr środkowy. Ponadto zna-czną miąższość syluru przewiercił otwór Toruń-1 (rys. 12). W tym otworze strop syluru znajduje się bardzo głęboko (oko-ło 4500 m), a cechsztyn ma ograniczoną miąższość (wpływ ruchów soli ?). Tab. 1 Zestawienie stropu i miąższości jednostek dolnego paleozoiku w głębokich otworach województwa kujawsko- pomorskiego. LP Rok ukończe-

nia wiercenia Otwory Głębokość C D S O Cm

1 1987 Brześć Kujawski IG-1 4573 0 2 1984 Byczyna-1 5728 5335

> 193

3 1989 Bydgoszcz IG-1 5616 0 4795 778

5573 > 43

4 1989 Czernikowo IG-1 4432 5 1988 Golub-Dobrzyń-1 3843 0 0 3819

> 24

6 1991 Gronowo-1 4427 0 0 4040 > 387

7 1972 Grudziądz IG-1 3070 0 0 3829 > 44

8 1984 Karnkowo IG-1 4653 0 0 4419 > 233

9 1990 Polskie Łąki PIG-1 4427 0

3239 > 1188

10 1971 Szczawno-1 4520 0 0 3585 807

4392 43

4435 >84

11 1977 Szubin IG-1 5156 5125 > 31

12 2012 Szymkowo-1 > 4600 + + + 13 1979 Toruń-1 5904 0 0 4350

> 1554

14 1982 Unisław IG-1 5342 0 4596 > 746

15 1984 Unisław-2 4985 0 4372 > 613

16 1986 Unisław IG-2 5120 0 3901 > 1219

17 1990 Unisław-4 4795 18 1991 Wałdowo Królew-

skie-1 5433 5125

260 5385

> 48

19 1985 Wielgie IG-2 3993 20 1989 Wilcze-2 4946 21 1985 Wilcze IG-1 5027 4779

> 248

22 1972 Budzyń-1 4198 0

7> 115

23 1974 Zabartowo-1 4823 4392 > 431

24 1976 Zabartowo-2 3897

Rys. 12 Lokalizacja głębokich otworów w województwie kujawsko-pomorskim (stan na dzień 30.09.2012) z podziałem na konce-sje poszukiwawcze. Przykładowy profil syluru i kambru Na rys. 13 są przedstawione 2 przykładowe otwory, co do których istnieje „podejrzenie”, że dolny sylur (A) oraz dolny sylur i górny ordowik (B) są nasycone węglowodorami niekonwencjonalnymi. Najbliższe lata potwierdzą lub za-przeczą powyższej sugestii.

8

A)

sO

STR

ATIG

RAPHY

POL.GR_1GAPI0 10500

POL.GR

C/MN100 10750

POL.NEGR_1C/MN3000 30000

POL.GR_1GAPI10500 0

2720

2740

2760

2780

WIRE.DEPTH

METR

ES

LITHOLO

GY

B)

Z80

3580

S813

4393

O43

4436

Cm287

4523

STRATYGRAPHY

WIRE.SP_2MV35 135

WIRE.EL28_410 1000

WIRE.GR_1GAPI0 4400

WIRE.GR_2GAPI0 3400

3750

4000

4250

4500

DEPTH

METRES

WIRE.NEGR_2C/MN4400 44000

WIRE.NEGR_145000 4500

WIRE.GR_1GAPI0 3400

WIRE.GR_2GAPI0 3400

WIRE.NEGR_1C/MN2500 25000

WIRE.SP_2MV135 45

WIRE.EL28_45 500

WIRE.EL28_4OHMM20 200

WIRE.EL14_1OHMM16 160

WIRE.EL07_1OHMM6.5 65

WIRE.EL03_3OHMM2 20

WIRE.SP_2MV0 130

WIRE.EL28_31 1000

WIRE.EL28_4

OHMM0 170

LITHOFACIES Z1

80

3580

D178

3758

C256

4014Sb4023

B169

4193

A199

4392

LITHOPHYSICAL

UNITS

35

80

pro

ba

bly

inte

rs

etin

g z

on

e1

78

37

58

40

24p

ro

ba

bly

pe

rs

pe

ctiv

e z

on

e1

17

41

41

41

93

pro

ba

bly

pe

rs

pe

ctiv

e z

on

e2

00

43

93

REMARKS

Rys. 13 A - przykładowe poziom prawdopodobnie zawierający gaz łupkowy w otworze na Pomorzu, B – poziom ordowicko-dol-nosylurski prawdopodobnie zawierający gaz łupkowy we wschodniej części województwa kujawsko-pomorskiego (S – sylur, O - ordowik). Koncesje geologiczne Prawie cały obszar Platformy Wschodnio-Europejskiej jest objęty licznymi koncesjami poszukiwawczymi (rys. 14) należącymi do firm zachodnich. Na terenie województwa kujawsko-pomorskiego aktualnie koncesje posiada 7 firm zagranicznych, w tym koncerny kanadyjski Talisman i włoski ENI (rys. 12 i 14). Udziały posiada także kapitał japoński. Ciekawym pomysłem jest koncesja firmy Baltic Energy, która zamierza szukać niekonwencjalnego gazu w profilu nad-cechsztyńskim w południowych Kujawach.

Rys. 14 Mapa koncesji poszukiwawczych w północno-wschodniej Polsce. Powierzchniowe metody poszukiwawcze Podstawową metodą powierzchniową stosowaną przy poszukiwaniu węglowodorów niekonwencjonalnych jest sejsmika. Pozwala ona odtworzenie prawdopodobnej wgłębnej budowy geologicznej (rys. 9B i C). Na tej podstawie

Gaz łupkowy

Gaz łupkowy ?

9

można wykonać próbę identyfikacji obszarów, na których mogą występować węglowodory niekonwencjonalne. Na tych obszarach są wykonywane dodatkowo szczegółowe badania sejsmiczne lub wiercone otwory poszukiwawcze.

Za pomocą urządzeń pomiarowych (GPS) zostaje wyznaczona linia przebiegu czujników (geofonów) oraz dro-ga przejazdu specjalnego pojazdu z zamontowanym wibratorem geosejsmicznym. Każda z linii zostaje oznakowana drewnianymi palikami z odpowiednią numeracją i kolorem. Kolor niebieski to trasa przewodu, kolor czerwony to wytyczo-na trasa poruszania się pojazdu sejsmicznego. W drugiej fazie badań następuje rozłożenie na powierzchni ziemi apara-tury pomiarowej w postaci specjalnego przewodu światłowodowego, do którego co 25 metrów podłączana jest grupa czujników (geofonów). Kabel światłowodowy rozmieszczany jest naziemnie, bez potrzeby wkopywania go w głąb ziemi. Kable rozkła-dane są pieszo, a osoby za to odpowiedzialne poruszają się „gęsiego”, by pozostawić po sobie jak najmniej śladów. Czujniki podpięte do przewodu, wbijane są na głębokość 10 cm. Po rozłożeniu na powierzchni ziemi aparatury pomiaro-wej, wykonywane są docelowe badania. Po wcześniej wyznaczonej trasie przejeżdża pojazd wysyłający drgania sej-smiczne w głąb gleby. Punkty, w których następuje wysłanie sygnału, znajdują się średnio co 75 metrów. Fala wibracyj-na rozchodzi się pionowo w dół – do głębokości 3000 metrów. Fale, które powstają przez odbicie się drgań sejsmicznych od poszczególnych warstw ziemi, rejestrowane są przez geofony i światłowodem przekazywane dalej do mobilnego cen-trum komputerowego, dzięki czemu uzyskujemy precyzyjny, przekrojowy obraz warstw (rys. 9C). Rodzaje otworów Celem wiercenia otworów w czasie prac poszukiwawczych jest odkrycie poziomów nasyconych gazem, identy-fikacja rodzaju gazu i stwierdzenie ich zasobów oraz okonturowanie rejonu gazowego. Do tego celu zazwyczaj wystar-czą otwory poziome (rys. 16A), podrzędnie kierunkowe i horyzontalne (rys. 16C). W czasie rozwiercania perspektywnego obszaru początkowo będą wiercone pojedyncze otwory kierunkowe i horyzontalne, następnie otwory złożone. Kolejny etap to przygotowanie złoża do eksploatacji przy pomocy złożonych zestawów otworów pionowych, kie-runkowych i horyzontalnych (rys. 15A i D, 16A). Wybór rodzajów otworów zależy od kilku czynników. W Polsce ze wzglę-du na znaczną urbanizację będą dominować otwory złożone z jednego otworu pionowego, od którego będą odchodziły liczne otwory horyzontalne (rys. 16A) lub kierunkowe (rys. 15B). Pozwoli to na zminimalizowanie niezbędnej na zorgani-zowanie prac eksploatacyjnych. Wszystkie otwory są rurowane i cementowane (rys. 16b i C). Standardowo w każdym otworze będą zapusz-czane 4 kolumny rur (ostatnia kolumna pełnić będzie rolę kolumny eksploatacyjnej.

A) B) C) D) Rys. 15 A - zestaw otworów pionowych, B – zestaw otworów kierunkowych, C – otwór horyzontalny, D – zestaw otworów hory-zontalnych.

A) B) C) Rys. 16 A – zestaw otworów złożonych, B - pionowy przekrój przez kolumny rur, C – schemat typowego rurowania.

10

Szczelinowanie W warunkach polskich szczelinowanie może odbywać się w pojedynczych otworach pionowych (rys. 15A i 18A), kierunkowych i horyzontalnych (rys. 15C), a także w zestawach otworów kierunkowych (rys. 15B) i horyzontalnych (rys. 15D i 18A) (mających wspólny początek na powierzchni).

Szczelinowanie otworów pionowych jest stosowane od prawie 50 lat (rys. 4B i C, 18A). Jest ono efektywne w przypadku złóż węglowodorów konwencjonalnych. Natomiast w przypadku złóż niekonwencjonalnych odgrywa ono dru-gorzędną rolę – jest stosowane na etapie prac poszukiwawczych w celu stwierdzenia obecności węglowodorów w per-spektywnym poziomie.

Celem szczelinowania otworów horyzontalnych jest połączenie odizolowanych mikropor i niewielkich natural-nych szczelin indukowanymi szczelinami, stanowiącymi drogi migracji do otworu pierwotnie zamkniętych węglowodorów (rys. 17B i C, 18A). Proces szczelinowania wykorzystuje specjalny płyn zawierający: wodę, propant (ziarenka kwarcu) i niewielką ilość domieszek chemicznych. Interwał horyzontalny jest dzielony pakerami na interwały 100-metrowe, w któ-rych pod wpływem przykładanego ciśnienie rzędu 350 – 500 atm powstają indukowane szczeliny. Ziarenka kwarcu za-pobiegają zaciskaniu się por, a domieszki chemiczne ułatwiają przepływ gazu do otworu. Promień szczelinowania jest rzędu 30 – 50 m. A więc indukowane szczeliny są znacznie oddalone od poziomu wód pitnych. Jest to proces skompli-kowany wymagający specjalistycznego „parku maszynowego” (rys. 18B).

A) B) C) Rys. 17 A – schemat szczelinowania w otworach: A – pionowym, B – horyzontalnym w łupkach Marcellus, C – horyzontalnym .

A) B) Rys. 18 A – różnica między szczelinowaniem w otworze pionowym i horyzontalnym (udostępnione są różne miąższości), B - „park maszynowy” stosowany w czasie procesu szczelinowania otworu horyzontalnego.

11

Rys. 19 Widok z góry na otwór na złożu Marcellus w czasie procesu szczelinowania. Wody gruntowe a szczelinowanie Poziomy wód pitnych zalegają powyżej głębokości 300 m. Poziomy sylurskie „podejrzane” o nasycenie gazem niekonwencjonalnym zalegają poniżej głębokości 2800 m. Szczelinowanie w otworach horyzontalnych będzie odbywać się w poziomach nasyconych gazem. Promień szczelinowania w otworze horyzontalnym wynosi 30-50 m (mierzony do-okoła otworu). Do szczelinowania używa się ciśnienia 350 - 500 atm. Obecnie nie ma możliwości technicznych spowo-dowanie popękania skał nadległych nad otworem aż do poziomu wód pitnych. Obawy przed taką sytuacją są niczym nie-uzasadnione. Mikrosejsmika otworowa i pionowe profilowanie prędkości Specjalistyczne pionowe profilowanie sejsmiczne jest wykonywane w otworach rozpoznawczych w celu okre-ślenia przestrzennego położenia perspektywnego interwał nasyconego gazem niekonwencjonalnym. Pozwala na wyty-czenie poprawnej trajektorii dla horyzontalnego otworu.

Mikrosejsmika otworowa zajmuje się monitoringiem w czasie procesu szczelinowania i eksploatacji gazu nie-konwencjalnego. Pozwala na śledzenie „dźwięków” wydawanych przez pękające skały, a następnie szumów powodo-wanych przez płynący gaz (rys. 20A).

Rys. 20 A - schemat kilkustopniowego szczelinowania hydraulicznego i pomiarów mikrosejsmicznych, B - kiwony na złożu gazu niekonwencjalnego. Eksploatacja W Polsce jeszcze nie odkryto złóż gazu niekonwencjonalnego i dlatego obecnie rozważania o potencjalnych za-grożeniach nie mają sensu. Można jedynie obserwować proces eksploatacji w USA i Kanadzie. Eksploatacja złóż gazu niekonwencjalnego niczym nie różni się od eksploatacji złóż gazu konwencjalnego (rys. 20B). Różnica między tymi ro-dzajami węglowodorów polega tylko na miejscu ich występowania.

12

Przyszłość poszukiwań gazu niekonwencjalnego Obecnie poszukiwania gazu łupkowego najlepiej oddaje rys. 21A. Najbliższe 2 lata powinny doprowadzić do bardziej dokładnego zbadania budowy geologicznej i wybrania miejsc najbardziej perspektywnych. Być może wtedy sprawdzą się przewidywania dotyczące występowania złóż gazu niekonwencjonalnego przedstawione na rys. 21B. Obecnie nie odkryto żadnego złoża gazu łupkowego. Trwają tylko prace poszukiwawcze, które mogą zakończyć się suk-cesem.

A) B) Rys. 21 A – szukanie po omacku gazu łupkowego, B – przewidywane złoża gazu łupkowego w województwie pomorskim.