Progresele ingineriei permit accesul la resurse energetice enorme
Data: 16-31 martie 2011
Recent, in raportul The Annual Energy Outlook (AEO), publicat de agentia specializata a Departamentului pentru Energie din Statele Unite, se anunta ca 14% din gazele naturale utilizate in SUA in 2009 au provenit din sisturi argiloase. Este vorba despre asa numitul shale gas. Se prevede ca aceasta pondere sa atinga 45 % in 2035.
Gaze naturale in argile?
Gazele din sisturi argiloase reprezinta una dintre cele patru categorii de gaze naturale neconventionale, celelalte fiind metanul din straturile de carbune (coalbed methane), gazele din gresiile compacte (tight gas) si hidratii de metan (inca neexploatati). Se stie ca hidrocarburile din scoarta terestra se gasesc in zacaminte alcatuite din roci colectoare (caracterizate de porozitate si permeabilitate ridicate) unde s-au acumulat in conditii specifice structurale, stratigrafice sau tectonice. Hidrocarburile s-au format, insa, in asa numitele roci mama prin transformarea, de-a lungul milioanelor de ani, a materiei organice depuse odata cu malul din care s-a format roca. Din roca mama, de cele mai multe ori o argila, in urma unor procese comandate de presiunea si temperatura din interiorul scoartei terestre, hidrocarburile au migrat in rocile colectoare unde sunt descoperite si exploatate de inginerii petrolisti. O buna parte din hidrocarburile gazoase raman, insa, captive in rocile mama caracterizate de porozitati si permeabilitati reduse.
Argilele ce contin materii organice au fost intens studiate de geologi ca roci mama, dar numai in ultimii ani au capatat importanta ca roci rezervor. La adancimi mici, cand inca nu sunt mature, unele argile pot contine acumulari de gaz biogenic sau materia lor organica (kerogen) poate fi transformata in petrol sintetic prin metode termice. La temperaturi mai ridicate, dar tot in fereastra de petrol, sunt generate atat lichide, cat si gaze, proportia relativa dintre acestea fiind functie de tipul de materie organica continuta. Si, in functie de eficienta de expulzare a hidrocarburilor generate, importante volume de hidrocarburi lichide pot ramane captive in roca mama. In sisturile argiloase sau argilite, acest petrol poate fi recuperat prin fracturile naturale sau induse.
La temperaturi si mai ridicate, in afara ferestrei de generare a petrolului, apar gazele termogenice generate din sisturile argiloase prin descompunerea materiei organice sau prin cracarea termica a hidrocarburilor lichide preexistente, creand, astfel, importante acumulari de gaze naturale.
Inovatii ingineresti
Doua inovatii tehnologice relativ recente au deschis posibilitatea exploatarii acestei resurse: forajul orizontal si fracturarea hidraulica.
Sondele de petrol se foreaza de obicei vertical, iar straturile cu hidrocarburi sunt, de cele mai multe ori, aproape orizontale sau cu inclinari relativ mici. In acest fel, un foraj vertical strabate o formatiune geologica pe grosimea sa, care este cu cateva ordine de marime mai mica decat extinderea laterala. In cazul acumularilor de hidrocarburi obisnuite (petrol, gaze), datorita permeabilitatii ridicate a rocilor colectoare si a presiunilor de zacamant, petrolul sau gazele se scurg in gaura de sonda si, de aici, sunt ridicate la suprafata. Forajul orizontal permite, insa, strapungerea stratului productiv de-a lungul formatiunii geologice rezervor, realizand astfel un contact mult mai extins cu acesta. De fapt, saparea forajului porneste vertical de la suprafata, apoi, in apropierea formatiunii geologice de interes, este deviat treptat pana ce sapa de foraj actioneaza orizontal in interiorul acesteia.
Cea de-a doua inovatie tehnologica o reprezinta fracturarea hidraulica ce consta in injectarea sub presiune ridicata a unor fluide prin gaura de sonda in stratul ce intereseaza. Sub efectul presiunii, stratul se fisureaza, creandu-se, astfel, o porozitate secundara ce poate permite ulterior drenarea fluidelor continute de roca spre gaura de sonda. Pentru mentinerea fisurilor in stare deschisa, imediat dupa fisurare se introduce in acestea nisip care sa nu permita inchiderea lor, dar sa permita trecerea unor eventuale fluide.
Reconsiderarea potentialului rocilor
Este interesant de reamintit ca primul foraj din lume care a debitat gaze naturale in cantitati comerciale s-a realizat in Fredonia, statul New York, in 1821. Acesta e produs din formatiunea argiloasa Fredonia de varsta devoniana. Ulterior, dupa saparea forajului Drake in 1859, gazele produse din formatiuni argiloase au fost cu mult depasite cantitativ de cele produse din zacamintele conventionale si astfel de situatii geologice au fost abandonate. In 1996, in SUA se mai produceau gaze naturale din argilite in proportie de doar 1% din total. In 2006 s-a produs circa 6% din total, iar in 2008 s-a ajuns la 13,4%.
Continutul in materie organica al argilelor bituminoase variaza in limite foarte largi. Dificultatea extragerii gazelor din acestea ridica, dupa cum am spus, mari probleme tehnologice. In schimb, extinderea mare in suprafata, cuplata deseori cu grosimi considerabile ale formatiunii productive, fac din aceste acumulari rezervoare uriase. Formatiunea argiloasa Barnett din bazinul Forth Worth din Texas a fost deja strapunsa de peste 5 500 de foraje si produce cantitati uriase de gaze naturale. Ea este de varsta Mississipian mediu si superior (320 – 380 milioane de ani). In 2004 a fost demonstrata capacitatea productiva a formatiunilor geologice Fayettville din bazinul Arkoma (Arcansas) si Haynesville (Louisiana), de aceeasi varsta geologica, al caror potential productiv ridicat a declansat o alta avalansa de investitii. In fine, pentru a aminti numai cele mai celebre descoperiri recente, trebuie mentionata si formatiunea argiloasa Marcellus, de varsta devoniana, cu un potential enorm, ce se extinde pe aproape intreg bazinul Appallashian, in subsolul statelor Pennsylvania, New York, Ohio, West Virginia adica in zona puternic industrializata si dens locuita din Statele Unite.
In Europa nu exista inca exploatari si nici zacaminte confirmate de gaze naturale in argilite sau sisturi argiloase. Exista, insa, trei zone cu potential major pentru astfel de zacaminte, precum si numeroase alte zone cu potential local care fac in prezent obiectul a numeroase studii si explorari in vederea determinarii potentialului lor.
Pro si contra
Emergenta gazelor din argile ca o sursa de energie relativ accesibila a declansat o furtuna publicitara cu argumente pro si contra. Printre avantajele utilizarii acestei resurse se numara emisiile de carbon mai mici comparativ cu ale altor combustibili fosili, aplicarea tehnologiei in lumea intreaga, o imbunatatire a securitatii aprovizionarii pentru tarile ce importa gaze naturale, prelungirea duratei de viata a zonelor gazeifere existente si deschiderea altora. Pe de alta parte, detractorii si scepticii nu uita sa sublinieze incertitudinea asupra costurilor, dubiile referitoare la acceptabilitatea ecologica a tehnologiilor, ratele de epuizare neclare sau subestimate, relativa lipsa de pe piata a echipamentelor si opozitiile locale ale rezidentilor fata de proiectele de dezvoltare.
Se pare ca gazele din argile reprezinta o mare promisiune, dar felul in care va evolua acest domeniu nu poate fi prevazut in acest moment, cel putin in afara Statelor Unite.