Metody wydobywania gazu ziemnego

92

Gaz ziemny jest wydobywany ze złóż przez wiercenie otworów w skałach. Jest to tak zwane  górnictwo otworowe, którego narodziny sięgają połowy XIX wieku. I chociaż technologia stale się rozwija, metoda eksploatacji gazu ziemnego pozostaje taka sama (z wyjątkiem piasków bitumicznych w Kanadzie). Skały, w których magazynowany jest gaz, tj. Skały zbiornikowe (kolektor zbiornikowy), mają różne właściwości fizyko-chemiczne. Ostatnio podział na skały o wysokich możliwościach akumulacji ropy naftowej i gazu ziemnego (tzw. Konwencjonalny), średni (szczelny ropa lub gaz) i mały łupek ilasty (łupki) – dwie ostatnie kategorie są określane jako niekonwencjonalne. Skała łupkowa jest również skałą macierzystą, tj. Taką, która zawiera substancję organiczną i ma zdolność do generowania i wydalania jak największej ilości węglowodorów, ale także tworzy miejsce ich akumulacji – tj. generator i kolektor jednocześnie.

Jak wygląda technologia wydobycia gazu ze skał niekonwencjonalnych?

W procesie udostępniania gazu łupkowego wyróżnia się kolejne etapy: poszukiwania, czyli badania geologiczne z wierceniem; rozpoznanie (związane między innymi z wierceniami poszukiwawczymi) i zagospodarowanie, tj. wiercenie studni operacyjnych i budowa infrastruktury powierzchniowej do wydobycia, przetwarzania gazu ziemnego, a także magazynowania i transportu.

Poszukiwania sweet spots

Z punktu widzenia opłacalności projektów wydobycia gazu łupkowego bardzo ważna jest prawidłowa identyfikacja tzw. „Słodkich miejsc”, czyli stref o takim stężeniu węglowodorów, które gwarantowałyby opłacalną eksploatację. Najbogatsze doświadczenia mogą udostępniać amerykańscy lub kanadyjscy operatorzy działający z niekonwencjonalnych złóż. Jednak ze względu na znaczne różnice między polskimi łupkami a skałami Ameryki Północnej, przeniesienie tych doświadczeń do Polski nie jest łatwe. W Polsce know-how operatorów, takich jak ORLEN Upstream, z pewnością ma największe know-how w tej dziedzinie.

Kilka faktów dotyczących otworów wiertniczych:

Wiercenie pionowe

  • Technologia wiercenia pionowego dla niekonwencjonalnych projektów nie różni się od tradycyjnej technologii wykorzystywanej podczas eksploatacji złóż ropy i gazu z pokładów konwencjonalnych.
  • W centralnym punkcie wiertnicy znajduje się sznurek wiertniczy (szereg skręconych ze sobą stalowych rur), na końcu którego zamontowany jest ruchomy wiertło. Podczas wiercenia przez sznur wiertniczy i dysze wiertnicze podaje się specjalne mułki, które również przyspieszają proces wiercenia, chłodzą wiertło, zapewniają stabilizację otworu, utrzymują odpowiedni nacisk i usuwają resztki wierconych skał. Płuczka składa się głównie z wody i substancji pomocniczych (np. Zwiększając ciężar i gęstość płuczki).
  • W miarę postępu wiercenia stalowe rury osłonowe umieszcza się w przestrzeni między rurą a wierconą skałą, a następnie cementuje w celu uzyskania stabilności i wytrzymałości otworu, a także w celu odizolowania otworu od kontaktu z warstwami wodonośnymi lub innymi warstwami skały. Rury osłonowe i warstwa cementu chronią ujęcia wody przed zanieczyszczeniem substancjami zawartymi w skruberze i w płynie szczelinującym stosowanym na późniejszym etapie.
  • Nowoczesna technologia pozwala na wiercenie pionowe na głębokości kilku, a nawet w skrajnych przypadkach kilku tysięcy metrów. Głębokość złóż łupków w Polsce waha się od około 2000 m we wschodniej części kraju do ponad 5000 m na zachodzie.

Wiercenie poziomie

  • Po wywierceniu pionowej studni o planowanej głębokości, rozpoczyna się wiercenie otworu kierunkowego (poziomego – inaczej poziomego lub zakrzywionego) w gazonośnej warstwie łupkowej, którego grubość (grubość) zwykle wynosi od kilku do kilkudziesięciu metrów. Maksymalna długość kierunkowych sekcji otworów, umożliwiająca ekonomicznie uzasadnioną eksploatację, przy dostępnej dziś technologii przekracza nawet 3000 m.
  • Odwiert poziomy pozwala na bardziej wydajną eksploatację niekonwencjonalnych zasobów gazu niż odwiert pionowy ze względu na znacznie większy kontakt ze złożem. Średnio 8 kierunkowych / poziomych otworów odbiegających od jednego miejsca wiercenia umożliwia dostęp do złoża, co w klasycznej eksploatacji wymagałoby wiercenia kilkudziesięciu otworów pionowych. W Polsce wiercenie poziome stosuje się od lat 80. XX wieku, a najdłuższe odcinki studni poziomych przekraczające 2400 m wiercono w latach 90. XX wieku, a także wykorzystywano do intensyfikacji złóż (tj. Pękania). Prace zostały wykonane przez polskich inżynierów korzystających z kilku wyspecjalizowanych zagranicznych stron internetowych.

Cementowanie i perforacja odwiertu

  • Po wywierceniu poziomych odcinków studni rury osłonowe są ponownie umieszczane i cementowane. W ten sposób uzyskuje się szczelność całej studni, co potwierdzają przeprowadzone próby ciśnieniowe.
  • Następnie w kolejnych odcinkach studni poziomej wykonywane są małe otwory (tzw. Perforacja), które umożliwiają przeprowadzenie szczelinowania hydraulicznego.

Szczelinowanie hydrauliczne

  • Szczelinowanie hydrauliczne polega na tym, że tak zwany płyn szczelinujący (głównie woda z piaskiem) przy ciśnieniach często przekraczających 600 barów (ponad 300 razy więcej niż w oponach samochodowych). Gdy w strefie poddawanej obróbce powstanie odpowiednia liczba szczelin, piasek o odpowiedniej granulacji jest pompowany razem z wodą, jest on wtłaczany w utworzone szczeliny i tym samym zapobiega ich zamykaniu, tworząc ścieżki komunikacyjne dla gazu przepływającego do otworu. Istnieje ogromna liczba wariantów zabiegów szczelinowania. Do płynu szczelinującego dodaje się odpowiednie chemikalia w niewielkich ilościach (0,5-1%), aby umożliwić prawidłowe wykonanie zabiegu, dzięki ich zdolności do regulowania parametrów płynu do obróbki, w tym lepkości, wilgotności, ciężaru właściwego itp. środek podsadzający zamiast piasku, można również użyć materiałów ceramicznych i płynów polimerowych, które przekształcają się w siatkę splątanych włókien.