Controversele pe tema gazelor de sist. Numai abordarile stiintifice pot determina solutii optime
Data: 1-15 februarie 2014
Univers ingineresc apreciaza ca o tema atat de importanta precum cea referitoare la explorarea si exploatarea gazelor de sist impune o larga dezbatere publica in care locul central trebuie sa-l ocupe abordarile stiintifice. La articolele privind aceasta tema publicate pana acum, adaugam doua care prezinta un interes deosebit, intrucat unul vizeaza o pozitie oficiala, cea a Comisiei Europene, iar celalalt se concentreaza asupra unor principii, criterii si metodologii specifice cercetarii stiintifice. Invitam cititorii sa reflecteze asupra aspectelor abordate si sa se pronunte, la randul lor, in legatura cu aceasta problema atat de controversata.
Recomandarile Comisiei Europene
Comisia Europeana (CE) a adoptat in luna ianuarie a.c. o recomandare care vizeaza instituirea unor garantii corespunzatoare pentru mediu si clima in ceea ce priveste „frackingul“ - tehnica de fracturare hidraulica de volum mare utilizata mai ales in operatiunile legate de gazele de sist. Recomandarea ar trebui sa ajute toate statele membre care doresc sa utilizeze aceasta practica sa faca fata riscurilor asupra sanatatii si mediului si sa imbunatateasca transparenta pentru cetateni. Aceasta pune, de asemenea, bazele pentru conditii de concurenta echitabile in acest sector si stabileste un cadru mai clar pentru investitori.
Recomandarea este insotita de o comunicare in cadrul careia sunt analizate oportunitatile si provocarile legate de utilizarea „frackingului“ pentru extractia hidrocarburilor. Ambele documente fac parte dintr-o initiativa mai ampla a CE, care vizeaza instituirea unui cadru integrat al politicilor climatice si energetice pentru perioada pana in 2030. „Gazele de sist dau nastere unor sperante in anumite parti ale Europei, dar reprezinta, totodata, un motiv de ingrijorare pentru publicul larg. Comisia raspunde solicitarilor de a lua masuri prin stabilirea unor principii minime pe care statele membre sunt invitate sa le urmeze pentru a raspunde preocuparilor privind mediul si sanatatea, precum si pentru a oferi operatorilor si investitorilor previzibilitatea de care au nevoie“, a declarat Janez Poto?nik, comisar pentru mediu.
Pe baza legislatiei in vigoare la nivelul UE si completand-o, daca este cazul, recomandarea invita statele membre in special:
- sa planifice in anticiparea evolutiilor si sa evalueze posibilele efecte cumulate inainte de acordarea licentelor;
- sa analizeze cu atentie impacturile si riscurile asupra mediului;
- sa se asigure ca integritatea sondei respecta cele mai bune practici si standarde;
- sa verifice calitatea apei, a aerului si a solului la nivel local inainte de inceperea operatiunilor, pentru a monitoriza orice modificare si pentru a face fata riscurilor emergente;
- sa controleze emisiile atmosferice, inclusiv emisiile de gaze cu efect de sera, prin captarea gazelor;
- sa informeze publicul in ceea ce priveste substantele chimice utilizate in sonde individuale;
- sa asigure aplicarea de catre operatori a celor mai bune practici pe tot parcursul proiectului.
Comisia va continua sa faciliteze schimbul de informatii cu statele membre, cu intreprinderile din acest sector si cu organizatiile societatii civile in ceea ce priveste performantele de mediu ale proiectelor legate de gazele de sist.
Etapele urmatoare
Statele membre ale UE sunt invitate sa aplice principiile in termen de sase luni si, incepand din decembrie 2014, sa informeze anual Comisia cu privire la masurile instituite. Comisia va monitoriza aplicarea recomandarii cu ajutorul unui tablou de bord pus la dispozitia publicului, care va compara situatia in diferite state membre. Eficacitatea acestei abordari va fi reanalizata dupa 18 luni.
Context
Zacamintele conventionale de gaze naturale sunt blocate in rezervoare subterane. Gazele de sist sunt diferite - desi sunt tot gaze naturale, acestea sunt blocate in interiorul unor roci care trebuie sa fie sparte („fracturate“) pentru a elibera gazul. Pana acum, UE dispune de o experienta limitata in ceea ce priveste fracturarea hidraulica de volum mare aplicata pe scara larga si intensiv. In practica, se injecteaza volume mari de apa, nisip si substante chimice intr-o gaura de sonda pentru a sparge roca si a facilita extractia gazelor. Experienta europeana s-a axat, pana in prezent, in special pe fracturarea hidraulica de volum mic aplicata pentru anumite zacaminte conventionale si compacte de gaze, mai ales in puturi verticale, reprezentand doar o mica parte din operatiunile petroliere si gaziere efectuate in trecut in UE. Pe baza experientei acumulate in America de Nord, unde fracturarea hidraulica de volum mare este utilizata pe scara larga, operatorii efectueaza acum mai multe teste pentru aplicarea acestei practici in UE.
Impacturile si riscurile asupra mediului trebuie gestionate in mod corespunzator. Avand in vedere ca trebuie forate mai multe puturi pe o zona mai intinsa pentru a obtine aceeasi cantitate de gaze ca cea extrasa din puturi conventionale, reprezentantii CE considera ca impactul cumulat trebuie evaluat si atenuat in mod corespunzator.
„Cea mai mare parte a legislatiei UE in domeniul mediului dateaza dinainte de practicarea fracturarii hidraulice de volum mare. De aceea, anumite aspecte de mediu nu sunt abordate integral in cadrul legislatiei actuale a UE. Aceasta situatie a generat ingrijorari din partea publicului si necesita o actiune a UE“, se precizeaza intr-un comunicat al CE.
Fisurarea / Fracturarea hidraulica a stratelor
Urmarim, asistam, ne informam?...., dar, exista multa dezinformare? DA, spre dezamagirea mea, observ, tot mai des, ca personalitati care nu au pregatirea si experienta in domeniu discuta, pe la diverse canale/emisiuni TV, problema gazelor de sist, desi Universitatea „Petrol-Gaze“ din Ploiesti dispune in prezent de un corp profesoral de elita sau de cei mai buni specialisti ai industriei extractive de petrol si gaze din ROMANIA.
Ei bine, doamnelor/domnilor, aceste resurse neconventionale numite gaze de sist nu sunt altceva decat traditionalele gaze naturale, evident, cele blocate in subteran, in roci impermeabile sau puternic compactate, cum ar fi carbunele, gresia, calcarele, sisturile: bituminoase si argiloase.
Vrem / nu vrem? Aceasta este intrebarea care deranjeaza foarte tare, dar trebuie mentionat un singur lucru: ROMANIA, mai tarziu sau mai devreme, va fi dependenta de aceste resurse neconventionale, si anume gazele de sisturi argiloase. Un alt aspect este acela ca aceste cercetari cu privire la fracturarea hidraulica, in ROMANIA, au inceput de prin anul 1983.
Un singur lucru trebuie luat in considerare, si anume: SA NU LUAM DECIZII PRIPITE! Cand spun aceasta, ma refer la faptul ca lucrarile de explorare (evaluare) pot dura multi ani, posibil 5 - 10 ani, si, apoi, evident, exploatarea acestor zacaminte poate dura multi ani.
1. Scurt istoric al industriei extractive de petrol si gaze
Anul 1858 este anul de nastere al industriei de petrol din Romania, unde s-au marcat in premiera mondiala trei evenimente foarte importante, si anume:
prima tara din lume inregistrata oficial cu productie de 275 tone de titei;
prima rafinarie din lume la Rafov-Ploiesti si-a inceput activitatea;
primul oras din lume iluminat public cu petrol lampant a fost orasul Bucuresti.
Anul 1909 este anul de nastere al industriei de gaze naturale din Romania.
Evident, ROMANIA are o vechime, recunoscuta pe plan mondial, de circa 155 de ani in industria extractiva de titei si de aproape 105 ani in industria extractiva de gaze naturale.
Cand eram student (pe la inceputul anului al II-lea), mi se spunea ca petrolul si gazele naturale se epuizeaza in 20 de ani. Iata ca au trecut mai bine de 20 de ani de atunci, iar acum se spune ca mai sunt rezerve de petrol pentru inca 40 de ani si de gaze naturale pentru inca 80 de ani. Deci, daca vom calcula 20 de atunci plus 40 de acum obtinem 60 de ani pentru petrol, iar la gaze (20+80) 100 de ani. Evident, daca tinem insa seama si de zacamintele neexploatate, cum sunt cele de sub calota Polului Nord, posibil si in Antarctica, de hidrocarbonatii care se afla in toate oceanele si marile sau de zacamintele existente la adancimi mai mari la care nu s-a reusit ajunge, precum si de zacamintele neconventionale (gaze de sist), ne-ar trebui cel putin 150 de ani ca sa epuizam rezervele de petrol si gaze. Dar, cu sinceritate va spun, nu se stie cu exactitate durata de viata a acestor resurse.
Asadar, populatia Terrei trebuie sa caute in continuare solutii alternative. Ca punct de vedere, viitorul este in primul rand al energiei electrice de toate felurile, apoi al celei termice, dar nu numai din combustibili fosili, ci chiar din biocombustibili. Desi, din punct de vedere ecologic, biocombustibilii sunt la fel ca si combustibilii fosili, pentru ca la ardere emit atat dioxidul de carbon (CO2) cat si sulf (S). Hidrogenul (H2), care prin ardere produce apa, sistemele cu pompe de caldura, sursele de energie eoliene si solare, energia hidroelectrica si nucleara vor deveni la un moment dat principalele surse de energie.
2. Generalitati
Resursele conventionale sunt acumulari de gaze in strate poros-permeabile, care permit curgerea libera a acestora. Prin comparatie cu resursele conventionale, depozitele neconventionale sunt cantonate in roci compacte, au continuturi mici de hidrocarburi, raportat la volumul de roca si sunt dispersate pe o suprafata considerabila, fiind plasate la adancimi mari de 2 - 3 km (mult sub nivelul zacamintelor conventionale de hidrocarburi). Pentru a fi extrase, depozitele neconventionale necesita lucrari suplimentare speciale, in primul rand fracturarea rocilor pentru a le creste permeabilitatea, dar si injectarea unor cantitati insemnate de fluide de fracturare pentru a forta gazele sa se elibereze din roci si pentru a le dirija catre suprafata. Asadar, exista trei tipuri de gaze neconventionale:
„shale gas“ = gaz din sist bituminos si/sau argilos;
„coal bed methane“ (CBM) = metan din zacaminte de carbune, cunoscut sub numele de gaz din zacaminte de carbune (CSG);
„tight gas“ = gaz etans blocat in subteran in formatiuni de roca compacta (calcarele sau gresiile).
Deci, putem enunta astfel:
Gazele de sist sunt molecule de gaz captive in formatiuni de roca compacta cu permeabilitate si porozitate redusa, fiind plasate la adancimi mari de 2 - 3 km cu mult sub nivelul zacamintelor conventionale de hidrocarburi.
In figura de mai jos este prezentata Schema geologica a resurselor natural de gaz (Sursa: EIA)
3. Mecanismul de formare a fisurilor
Fisurarea hidraulica a unui strat reprezinta deschiderea si extinderea unor fisuri naturale existente in strat, prin pomparea in acesta a unui lichid la presiune ridicata, intr-o zona situata in jurul sondei.
Inainte ca o sonda sa strabata o formatiune geologica, fenomenele produse si fortele care au actionat un timp indelungat au dus la o anumita solicitare mecanica a rocii si a fluidelor continute in porii sau fisurile ei.
Starea de tensiune a rocii este determinata in cea mai mare parte de presiunea litostatica.
Ce este presiunea litostatica?
Presiunea litostatica reprezinta greutatea multimilor de depozite acumulate la un moment dat intr-o arie de sedimentare si creste progresiv cu grosimea acesteia (altfel definita, reprezinta greutatea sedimentelor de deasupra punctului considerat pe unitatea de suprafata, unde accidental peste aceasta se suprapun si presiuni de natura tectonica). Pe verticala presiunea litostatica creste la fiecare kilometru cu 250 - 300 bar; aceasta inseamna ca la 10 000 m atinge o valoare de 2,8 kbar, la 20 000 m de 5,5 - 6 kbar etc. Sub influenta acestor presiuni, sedimentele se compactizeaza, pierd apa din pori, iar particulele lor constituente sufera rearanjari si, uneori, deformari mecanice.
Se stie ca gradientul presiunii litostatice constituie raportul dintre presiunea litostatica si adancime.
Presiunea litostatica este data de relatia:
Pl = dr×g×H
unde:
dr = densitatea aparenta medie a rocilor;
g = acceleratia gravitationala;
H = adancimea.
Pentru fluidele din pori o caracteristica foarte importanta este presiunea de strat (de formatiune).
Presiunea de strat reprezinta presiunea fluidelor continute de rocile din scoarta, in particular de rocile colectoare de hidrocarburi.
Pentru a explica mecanismul de formare a fisurilor, consideram ca formarea si dezvoltarea fisurilor sunt determinate de existenta unor fisuri naturale in roci, inchise datorita presiunii litostatice.
Daca se formeaza fisuri noi, la injectia lichidului de fisurare in strat, ar trebui sa se observe o scadere brusca a presiunii de injectie, in momentul in care acestea s-au format, deoarece permeabilitatea fisurilor formate este de mii de ori mai mare decat permeabilitatea rocii nefisurate.
Comportarea rocilor la fisurare este determinata in primul rand de starea de tensiune existenta in adancime. Indicatia cea mai completa asupra starii de tensiune din adancime este data de deformarea rocilor prin cutare sau faliere. Falierea se produce cand componenta orizontala a efortului unitar care lucreaza asupra unui element de roca este minima, iar efortul unitar rezultat din presiunea litostatica este maxim.
In conditii reale, sonda este tubata si cimentata pe intreaga grosime a stratului, acesta din urma fiind deschis prin perforare. Lichidul de fisurare vine in contact cu roca prin orificiile din coloana, deschise, prin perforare. Perforarea stratului se prezinta sub forma unor canale cilindrice, cu axa orizontala. Debitul de lichid injectat care se filtreaza prin peretii acestor canale este o functie de diametrul canalului, vascozitatea si filtratia lichidului de fisurare si presiunea diferentiala. Prin cresterea debitului lichidului pompat in sonda creste si presiunea acestui lichid in interiorul canalului. Daca in canal se gaseste o fisura naturala, lichidul de fisurare va deschide aceasta fisura, pe care o va extinde la cresterea mai departe a debitului. Prin cresterea continua a debitului de lichid pompat, se ajunge la un moment dat cand se atinge capacitatea maxima de curgere prin fisura extinsa, pentru conditiile existente. Presiunea va continua sa creasca, deschizand o noua fisura in acelasi canal sau in alt canal, in care actioneaza lichidul de fisurare pompat in strat. Aceasta inseamna ca la executarea unei operatii de fisurare hidraulica intr-o sonda cu gaura tubata, in cazul cand se pompeaza in sonda debite ridicate si un volum relativ mare de lichid, se pot obtine sigur mai multe fisuri, cu extindere mai mica decat daca s-ar forma o singura fisura.
Valoarea presiunii de fisurare este un parametru foarte important in procesul de fisurare, deoarece utilajul de fund si de suprafata depinde atat de marimea acestui parametru, cat si de debitul de pompare.
Frontul de dezlocuire a zacamantului este captiv intre placile de sisturi, respectiv sisturi argiloase, aflate la o adancime mai mare decat zacamintele de gaz conventional.
Deoarece arderea acestui combustibil este mai ecologica decat a carbunelui sau petrolului, oferind si avantaje in privinta limitei de emisii de CO2, gazele naturale pot inlocui cu usurinta petrolul. Totusi, impactul sau asupra mediului nu este deloc unul neglijabil. Un singur foraj poate necesita circa 10 milioane de litri de apa. Evident, trebuie sa mentionam ca „aditivii chimici“ in procesul de fisurare a rocilor risca sa ajunga chiar in panzele freatice si sa le polueze, dar aceasta se poate intampla numai in cazul unor accidente tehnice (greseli ale operatiunii de fractionare/fisurare hidraulica). Ca scenariu de exploatare este acela daca „sisturile argiloase purtatoare de hidrocarburi neconventioale constituie ecrane impermeabile ale rocilor colectoare de apa. Aceasta presupune o injectare a amestecului de apa + nisip + aditivi chimici la presiune mare (de pana la 100 bar) ar putea rezulta un asa zis „dezechilibru al hidrostructurii si, evident, poluarea chimica a panzei freatice“.
Fisurarea/Fracturarea hidraulica
Fisurarea hidraulica este o tehnologie testata, folosita in conditii de siguranta de mai bine de 65 de ani in Romania si in lume.
In Romania, mii de sonde au fost stimulate cu ajutorul fisurarii/fracturarii hidraulice in procesul de extractie a petrolului. Acest proces a fost combinat mai recent cu foraj orizontal pentru a avea acces la sectiuni mai mari ale rezervorului, pentru a le face sa produca la un nivel viabil din punct de vedere comercial.
4. Fluidul de fisurare/fracturare hidraulica
Succesul unei operatii de fisurare depinde in cea mai mare parte de trei factori principali:
Debitul de injectie;
Caracteristicile fluidului de fisurare (vascozitatea si filtrarea);
Agentul introdus pentru sustinerea peretilor fisurii.
Fluidul de fisurare are rolul, in primul rand, de a transmite presiunea ce se exercita asupra stratului care urmeaza sa fie supus fisurarii si in al doilea rand de a transporta, de la suprafata in fisura, agentul granulat care va mentine fisura deschisa in timpul productiei sondei.
Pentru fisurare se folosesc lichide care trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:
sa nu reactioneze cu roca sau fluidele din zona saturata, astfel incat sa rezulte compusi insolubili;
sa nu produca emulsii in strat;
sa poata fi usor transformate in produsi solubili, pentru a fi extrase fara dificultate din strat;
vascozitate corespunzatoare;
stabilitate la diferente mari de presiune si agitare;
sa mentina nisipul in suspensie.
Mentinerea nisipului de sustinere a fisurii in lichide cu vascozitate scazuta se poate realiza prin viteze mari de pompare, adica pomparea cu debite ridicate.
Concluzii
Gazul natural de sist este o resursa neconventionala;
Gazul de sist argilos (shale gas) este un gaz natural produs din sisturi;
Gazul de sist argilos este extras din formatiuni de roca (aceasta actioneaza atat ca sursa, cat si ca rezervor pentru gazul natural);
Gazul de sist argilos poate fi privit ca o sursa de gaze in general „difuza“, adica se intinde pe o suprafata teritoriala mare;
Pentru a determina in mod suficient potentialul formatiunii de sist argilos trebuie sa fie forate si analizate numeroase sonde (studiile de explorare);
Orice sonda polueaza straturile si panza freatica daca nu sunt bine efectuate tubarea si cimentarea;
Fluidul de fracturare hidraulica este format din mai mult de 99,5% apa + nisip, si 0,5% aditivi chimici (gasiti si in produsele de uz casnic);
Fluidul de fracturare hidraulica este controlat si nu are contact cu apa din stratele acvifere;
Informarea populatiei (trebuie sa se explice bine oamenilor ce inseamna aceasta fracturare hidraulica, nu numai ca se creeaza locuri de munca si, evident, se dezvolta economia din zona respectiva, dar si cum se face).
*
Dat fiind faptul ca Romania este o tara cu o traditie veche in domeniul industriei de petrol si gaze, sunt optimist in explorarea si exploatarea resurselor neconventionale, deoarece avem specialisti foarte buni, avem logistica, avem un trecut excelent si, nu in ultimul rand, avem expertiza in domeniul explorarii si exploatarii zacamintelor de titei si gaze, dar cred ca trebui sa folosim mai mult inteligenta specialistilor nostri (intotdeauna exista un dar!).