1 11 Technologie průzkumu a těžby nekonvenčních zdrojů zemního plynu v USA a ČR a jeho vliv na krajinu Juraj Franců - Vlastimila Dvořáková juraj.francu@geology.cz vlastimila.dvorakova@geology.cz Cíl prezentaceCíl prezentace Nekonvenční x konvenční ložiska plynu Oblasti výskytu zemního plynu z břidlic ve světě a v ČR Technologie těžby, štěpení Environmentální rizika potenciální těžby Nekonvenční x konvenční ložiska plynu Oblasti výskytu zemního plynu z břidlic ve světě a v ČR Technologie těžby, štěpení Environmentální rizika potenciální těžby 3 Nekonvenční a konvenční ložiska plynu Plyn z břidlic 4 Konvenční a nekonvenční ložiska plynu 5 Nekonvenční zemní plyn z břidlic nová forma fosilního zdroje energie nejrychleji rostoucí těžařská aktivita v posledních 10 letech (primárně USA, v posledních dvou či tří letech také jinde ve světě) vyžaduje speciální technologie (hydraulické štěpení) stanovení kritérií zdrojových hornin = hodnocení NZPB potenciálu ekologická hlediska prováděné i potenciální těžby surovinovou a energetickou politiku státu 6 USA Břidličný plyn v USA kompenzuje obecný pokles zásob zemního plynu z konvenčních ložisek s cílem pokrýt vzrůstající spotřebu zemního plynu a snížit potřebu jeho importu, US Energy Information Administration. 1 Tcf (trillion cubic feet/year) = 27 bilionů (10 9) m3 zemního plynu 7 Postup a technologie těžby nekonvenčních ložisek Charakteristika zemního plynu z břidlic Oblasti výskytu zemního plynu z břidlic ve světě 8 Nekonvenční ložiska vyžadují štěpení Nízkokapacitní ložiska plynu (Tight Gas), vyžadují štěpení písčitých kolektorů CBM neboli slojový metan (Coal Bed Methane), těžený aplikací hydraulického štěpení Plyn z břidlic (Shale Gas), těžba horizontálním vrtáním a hydraulickým štěpením 9 10 Nekonvenční zemní plyn z břidlic charakteristika Břidlice (jílovce) = zdroj i nádrž Plyn se tvoří tepelnou přeměnou organické hmoty Pórové systémy - uzavřené Sorpce plynu na minerály a organickou hmotu Štěpením se otevřou cesty ven 11 12 Přehled jednotlivých pánví s výskytem NZPB 13 Potenciální oblasti pro průzkum plynu z jílovců a břidlic v ČR 0 50 km 14 Mikulovské slínovce svrchně jurského stáří pod vídeňskou pánví World Shale Gas Resources, EIA, April 2011 15 Průzkumná území v Polsku World Shale Gas Resources, EIA, April 2011 16 Těžba nekonvenčního zemního plynu z břidlic Technologie horizontálního vrtání Technologie hydraulického štěpení 17 Těžba nekonvenčního zemního plynu z břidlic = Technologie horizontálního vrtání = Technologie hydraulického štěpení Při průzkumu na NZPB v oblasti zhruba 1 mi2 (1 míle = 1.609344 kilometru) je třeba průměrně odvrtat 16 vertikálních vrtů. Každý z vrtů je umístěný na specielní vrtné základně (drilling pad). Přípravná fáze - testovacího vrtu včetně testu hydraulického štěpení na jednu vrstvu pro nastavení parametrů štěpení (objem vtláčené vody a chemikálií), ověření tlaků, hloubek. 18 Těžba břidličného plynu v Apalaších, USA 19 Testovací vrt vrtná základna vertikální část vrtu horizontální vrtání hydraulické štěpení na jednom úseku (1 úsek cca 2-3 hodiny, 1 vrt má cca 13 úseků, 1 základna cca 6-8 vrtů, štěpení celkem na jedné základně cca 2-3 týdny) nastavení prametrů pro ověřovací vrt 20 Technologie vrtání – povrchová situace Vrtání ve svazcích Redukce počtu vrtných základen Optimalizace technologie vtláčení kapalin při vrtání a jeho čerpání po odvrtání Optimalizace lokalizace vrtu v dané horninové formaci a potřebných vstupů na lokalitu 21 Marcellus Shale, Bradford County, PA 22 Technologie horizontálního vrtání V průběhu vrtání jsou používány vrtné kapaliny = výplach o určitém chemickém složení a hustotě (dle charakteru hornin - fyzikálních vlastnostech horninového prostředí, tlaku, hloubky, teploty a vrtného zařízení atd.) a s obsahem dalších chemikálií potřebných v následném procesu hydraulického štěpení ( např. propantového písku, gelů a lubrikantů) k chlazení vrtné hlavice nebo ke kontrole tlaku ve vrtu. Po odčerpání z vrtu jsou tyto kapaliny skladovány v nádržích s ohledem na životní prostředí a za dodržování všech náležitostí o následné recyklaci, důsledného utěsnění a případnému zamezení průsaků. 23 Technologie hydraulického štěpení a environmentální rizika Komplexní seriózní a státem financované zprávy a zprávy od nezávislých poradců neprokázaly žádné historické případy, při nichž by hydraulické štěpení znečistilo zdroje pitné vody např. : US Energy Information Administration (EIA) Annual Energy Outlook, April 2011, Modern Shale Gas Development in the United States: A Primer”, USDOE, GWPC; Energy in Depth website aj. 24 Hodnocení rizik 25 Technologie hydraulického štěpení • Vrtné kapaliny = výplach • Chemikálie potřebné v následném procesu hydraulického štěpení = propantový písek, gely a lubrikanty k chlazení vrtné hlavice nebo ke kontrole tlaku ve vrtu. • Kapaliny skladovány v nádržích • Následná recyklace • Utěsnění a zamezení průsaků. 26 Vrtání skrz zvodněný horizont 27 Proces hydraulického štěpení 28Proces hydraulického štěpení 29 Hydraulické štěpení - vodní hospodářství Břidličný plyn je jedním z nejefektivnějších zdrojů energie z pohledu spotřeby vody Uhlí: 2-4krát větší spotřeba vody na jednotku energie (BTU) Produkce etanolu: 1000krát větší spotřeba vody na jednotku energie Následné využití vody při štěpení po její recyklaci za účelem minimalizace lokální spotřeby a nákladů s tím spojených Typický vrt vyžaduje spotřebu 10 000 - 20 000 m3 vody, což je ekvivalent 3-6 olympijských plaveckých bazénů 30 Haynesville Basin, Bagley Island, Louisiana 31 Hydraulické štěpení - vodní hospodářství 99,51% fluid, používaných při technologii hydraulického štěpení tvoří voda a písek. Zbylé ingredience jsou jiná aditiva, která jsou známá z ostatních, běžně používaných domácích produktů 32 Source: “Modern Shale Gas Development in the United States: A Primer”, USDOE and GWPC; Energy in Depth website Štěpící kapaliny 33 Environmentální rizika potenciální těžby? 34 Environmentální rizika potenciální těžby NZPB Vysoká spotřeba vody ve fázi štěpení (přeprava cisternami) a její přeprava na místo vrtů a jejich hydraulického štěpení – zvýšené emise výfukových plynů. Ukládání vyčerpané vody s gely a propantovým pískem po hydraulickém štěpení v utěsněných odkalištích – je potřeba zajistit monitoring hermetičnosti, zamezit průsakům. Používání výplachových a štěpících chemikálií (většina z nich je běžně používána při hloubení naftových vrtů) – nakládání s těmito materiály dle směrnic o ochraně životního prostředí. Zvýšená zátěž na dopravní komunikace 35 Barnett Shale, Fort Worth,TX vrtná základna mixážní zásobník na výplach mixážní zásobník na propantový písek štěpící jednotka odkaliště 36 Drilling and completion phase Source: Cuadrilla Resources Production phase Shale gas well in the Barnett (Fort Worth, Texas, US) 37 Shrnutí a závěry Zdroje a zásoby nekonvenčního zemního plynu v ČR jsou v ranné fázi hodnocení Zdroje je nejdřív nutno potvrdit, je používáno pouze srovnání a analogie s geologickými formacemi zejména Severní Ameriky. Ekonomická vytěžitelnost plynu - nutno zhodnotit Využít přítomnosti a zájmu zahraničních firem k otestování významu potenciálu NZPB v ČR Z hlediska techniky a ekonomiky, existuje pravděpodobnost, že přístup k těmto ložiskům umožní naší zemi významněji snížit závislost na dovozu zemního plynu 38 Apache well OK 05, Marcellus, PA, USA