Prace nad rozwojem i wdrożeniem takiej pierwszej polskiej technologii łupkowej już ruszyły. Pod koniec września – pod patronatem resortów skarbu i nauki – Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR) rozpoczęło przyjmowanie wniosków na dofinansowanie badań. Rząd liczy na sukces.

– Dziś jesteśmy liderem w poszukiwaniu gazu z łupków w Europie, chcemy być również liderem w zakresie technologii eksploatacji tego surowca – podkreśla Mikołaj Budzanowski, minister skarbu.

Miliard na badania

Program „Blue Gas – polski gaz łupkowy” jest wynikiem zawartego w lipcu porozumienia o wspólnym finansowaniu prac badawczo-rozwojowych, dotyczących oryginalnych technologii eksploatacji gazu łupkowego. Celem „Blue Gas” jest z jednej strony wypracowanie skutecznych technologii pozyskiwania gazu łupkowego, która dostosowana byłaby do naszych warunków geologicznych, prawnych i uregulowań dotyczących ochrony środowiska, z drugiej strony zaś – aktywizacja zarówno polskiego biznesu, jak i nauki oraz wzmocnienie współpracy tych dwóch środowisk w dziedzinie, która jest bardzo ważna z perspektywy rozwoju całego kraju.

– Program „Blue Gas” to szansa na postęp technologiczny związany z jednym z najbardziej obiecujących źródeł energii w Polsce. Innowacje w zakresie wydobycia i eksploatacji gazu łupkowego mogą nie tylko znacznie udoskonalić obecnie stosowane rozwiązania, lecz także umożliwić rodzimym jednostkom naukowym i przedsiębiorstwom energetycznym dogonienie światowych liderów w tej branży – twierdzi prof. Krzysztof Jan Kurzydłowski, dyrektor NCBiR.

Zainteresowanie firm programem przerosło oczekiwania NCBiR. Swój akces zgłosiły m.in. PGNiG, firmy specjalizujące się w budowach dla przemysłu naftowo-gazowego oraz instytucje badawcze, w tym Instytut Nafty i Gazu (INiG).

Projekt, ukierunkowany na wsparcie zintegrowanych przedsięwzięć badawczo-rozwojowych, obejmujących również przetestowanie opracowanego w skali pilotażowej rozwiązania, to gigantyczne przedsięwzięcie. Nic dziwnego, że i budżet programu jest – jak na polskie warunki – potężny: 1 mld zł. Połowa funduszy na badania będzie pochodzić ze środków publicznych – po 250 mln zł na finansowanie programu przekażą NCBiR oraz Agencja Rozwoju Przemysłu. Pozostałe 500 mln zł wyłożą przedsiębiorstwa zainteresowane wykorzystaniem wyników badań (w formie wkładu własnego w budżetach projektów). – W ramach programu dofinansowane będą projekty o wartości od 3 do 200 mln zł, o okresie realizacji do 36 miesięcy – tłumaczą w NCBiR.

Wnioski można składać jeszcze do 22 listopada. Już wiadomo, że drugi konkurs zostanie ogłoszony w 2013 roku.

Opłacalność wydobycia

Nowa technologia wydobycia gazu z łupków jest Polsce niezbędna. Parametry fizyczne, chemiczne i mechaniczne rodzimych skał złożowych są inne niż w przypadku złóż w USA. Główną różnicą jest tzw. głębokość zalegania. Polskie formacje łupkowe znajdują się znacznie głębiej niż te za oceanem. Różnią się ponadto składem mineralogicznym, czy też wytrzymałością mechaniczną. To oznacza, że polscy naukowcy muszą dokonać w amerykańskiej technologii wydobycia pewnych zmian. Według ekspertów Instytutu Nafty i Gazu dotyczyć to może zarówno samego procesu udostępniania złoża, jak i technologii wykonywania zabiegów hydraulicznego szczelinowania.

– Będziemy musieli opracować nasze autorskie rozwiązania i technologie lub zmodyfikować istniejące, które zapewnią opłacalne wydobycie metanu z formacji łupkowych – mówi dr inż. Piotr Kasza, kierownik Zakładu Stymulacji Wydobycia w INiG.

Jego zdaniem możemy dziś zabiegi szczelinowania wykonywać bardzo zaawansowanymi i nietypowymi płynami technologicznymi, musimy jednak pamiętać, że bardzo wyszukane i zbyt oryginalne technologie mogą spowodować nieopłacalność całego procesu udostępniania złóż.

– Zabieg hydraulicznego szczelinowania to metoda dobrze znana i powszechnie stosowana. Wiele różnych cieczy technologicznych było wykorzystywanych w historii szczelinowania. Znane są tzw. ciecze dwufazowe, czyli woda i gaz, ciecze na bazie węglowodorów czy ciekłych gazów. Za każdym razem rodzaj cieczy technologicznej, jej skład oraz technologia wykonania zabiegu są podyktowane dwoma czynnikami krytycznymi: wysoką efektywnością technologiczną w konkretnych warunkach złożowych i niskimi kosztami – podkreśla Piotr Kasza.

Jego zdaniem nie ma alternatywy wobec hydraulicznego szczelinowania, przynajmniej w perspektywie kilkunastu lat. Jak wyjaśnia, kierunki na dzisiaj, to adaptacja i modyfikacja istniejących technologii.

– Cały czas trzeba sprawdzać i poprawiać efektywność stosowanych rozwiązań technologicznych. Z czasem można rozwijać je w kierunkach, które dzisiaj wydają się ekstrawaganckie i niekonwencjonalne – dodaje Piotr Kasza.

Gaz zamiast wody

W Ameryce Płn. testowana jest nowa, bezwodna technologia szczelinowania hydraulicznego. W procesie wykorzystywane są gaz LPG, azot lub dwutlenek węgla (CO2). Ta pierwsza alternatywna metoda wydaje się być najbardziej perspektywiczna. Aby propan, podobny do tego wykorzystywanego jako autogaz do napędu samochodów, był zdatny w procesie szczelinowania, trzeba doprowadzić LPG do stanu stałego. Taki żel, zmieszany z piaskiem, skutecznie zapobiega zamykaniu szczelin w podziemnych skałach łupkowych. Żel wstrzykiwany jest pod dużym ciśnieniem do odwiertu to metoda, którą wykorzystano już w kanadyjskich prowincjach Alberta, Kolumbia Brytyjska i Nowy Brunszwik oraz w amerykańskich stanach: Teksas, Kolorado, czy Oklahoma. Wyniki są zachęcające. Główną zaletą – w porównaniu do szczelinowania wodą – jest przede wszystkim zwiększenie produktywności odwiertu.

Szczelinowanie wodą sprawia, że szczeliny, przez które uwalniany jest gaz, są stosunkowo małe, a dodatkowo blokowane przez samą ciecz – to powoduje ograniczenie wydobycia. Zżelowany LPG po szczelinowaniu zmienia się do postaci gazowej i całkowicie odblokowuje szczeliny.

Korzyści z wykorzystania propanu jest jednak więcej. Przede wszystkim wyeliminowuje on konieczność stosowania niektórych chemikaliów, w tym m.in. biocydów, a także usuwa problemy z utylizacją dużej ilości zużytej i zanieczyszczonej wody. Technologia ta gwarantuje poza tym możliwość odzyskania do 100 proc. gazu zatłoczonego w otwór, podczas gdy woda, która wraca na powierzchnię po szczelinowaniu i może być wykorzystana do ponownego wykorzystania, to poziom 40–60 proc.

LPG zapewnia ponadto mniejszą lepkość, co wpływa na niższe zużycie energii podczas pompowania płynu do otworu. To jednak właściwie jedyna oszczędność. Metoda gazowa jest bowiem na razie droższa od wodnej – i to jej główny mankament. Sam zakup LPG i jego transport jest sporo droższy, poza tym dochodzą do tego kłopoty z magazynowaniem gazu (niezbędny jest park zbiorników ciśnieniowych).

Podobnie sprawa wygląda z azotem. Wykorzystanie go do szczelinowania wydaje się dziś problematyczne. To szczególnie duże wyzwanie dla firm produkujących gazy techniczne. Zdarza się bowiem, że firmy wydobywcze zamawiają nawet ponad 50 ciężarówek azotu, który wykorzystuje w ciągu 2 – 3 dni. Producent gazu ma czasem tydzień lub krócej na zrealizowanie takiego zamówienia. Nie wszystkie fabryki są w stanie sprostać takim potrzebom.

W tej sytuacji przyszłością może się okazać wykorzystanie metod szczelinowania opracowanych przez firmy Halliburton i Rapid Energy Services. Technologie, nazywane CleanStim oraz Quantum EF, polegają na wtłoczeniu do otworu płynu bazującego na naturalnych i biodegradowalnych materiałach z przemysłu spożywczego. Testy trwają od 2009 roku i są obiecujące. Wykonano już kilka tego typu zabiegów w Teksasie. Na przełomie 2013 i 2014 roku koncern OMV planuje przeprowadzenie podobnych prób w Austrii.

Fakty i mity o gazie z łupków

Zanieczyszczenia warstw wodonośnych

Pokłady wody zdatnej do spożycia występują do głębokości 200 m. Woda pod ziemią nie tworzy rzek czy jezior, a znajduje się w pokładach skał takich jak piasek. Pomiędzy pokładami skał wodonośnych i skał łupkowych znajduje się przynajmniej 2 km często całkowicie nieprzepuszczalnych skał. Nieprzepuszczalna jest sama skała łupkowa. Już podczas prac wiertniczych odwiert izolowany jest rurami i kołnierzami betonowymi. Zapewnienie absolutnej szczelności otworu służy nie tylko ochronie pokładów wodonośnych. Jakakolwiek nieszczelność uniemożliwia efektywne wydobycie gazu ze złoża.

Zużycie wody

Proces szczelinowania oznacza zużycie wody na poziomie 15-20 tys. metrów sześc. Czy to dużo? Dla porównania –w ciągu 5 lat w Polsce może zostać przeprowadzonych ok. 200 zabiegów szczelinowania. To oznacza zużycie wody na poziomie ok. 1 mln metrów sześc. rocznie. Tymczasem np. gmina Krokowa, gdzie m.in. prowadzone są poszukiwania gazu łupkowego, zużyła w 2006 r. niemal 4 mln metrów sześc. wody!