Środowisko i prace rozpoznawcze dotyczące gazu z łupków. Wyniki ...
GAZ Z ŁUPKÓW - Infolupki · Gaz z łupków dość trudno wydobyć, znajduje się na głębokości...
Transcript of 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