Fracturare Hidraulica – Ce este? Tehnologia pe intelesul tuturor

0
37

Zacamintele conventionale de gaze si petrol se gasesc in formatiuni geologice cu o porozitate si permeabilitate bune. Adica exista pori si goluri in care hidrocarburile se pot acumula si mici canale prin care acestea pot curge. Sisturile sunt roci foarte compacte si dure, lipsite de permeabilitate care sa permita curgerea hidrocarburilor. Pentru a creste aceasta permeabilitate, se creeaza fisuri in roca rezervor alcatuita din sisturi, adica niste canale artificiale. Adesea se utilizeaza detonari de mici dimensiuni. Se pompeaza un fluid, sub o presiune atat de mare, incat face ca aceasta roca sa se fisureze, imbunatatind permeabilitatea rocii, iar hidrocarburile pot astfel circula.

Fluidul de fracturare hidraulica

Ulterior saparii forajelor, pentru a extrage gazele de sist, se utilizeaza un procedeu suplimentar, numit fracturare hidraulica, sau „fracking”, o tehnica in care se foloseste un fluid de fracturare.

Cum opereazafracturarea hidraulica, cum sunt create si menpnute fisurile

Fluidul de fracturare este alcatuit; in principal, dintr-un amestec de apa (cca 90-95%) si nisip sau particule ceramice denumite propanti (cca. 4,5 – 9%) cu rol de a mentine deschise fisurile create, la care se adauga o serie de substante chimice’ intre 0,5% – 2%. Chiar daca in procentul substantelor chimice adaugate pare redus, date fiind cantitatile foarte mari de fluid utilizate la fiecare foraj, rezulta ca si cantitatea substantelor chimice devine insemnata. Astfel, la fiecare 10.000 de metri cubi de fluid se utilizeaza o cantitate de peste 50 de metri cubi de substante chimice, unele extrem de toxice chiar si in cantitati reduse. Acest amestec special (adesea compozitia sa fiind tinuta secreta), este adus cu ajutorul cisternelor la locul de forare. Cantitatea si compozitia fluidului de fracturare difera de la o companie la alta, in functie de echipamentele utilizate si de caracteristicile substratului geologic, respectiv al rocilor fracturate. in medie, se apreciaza ca se folosesc cca. 60 de milioane de litri la fiecare foraj. Mai trebuie mentionat ca procedura de fracturare hidraulica cu astfel de fluide se repeta, conform datelor furnizate de industrie, de pana la 8 -10 ori la fiecare dintre sonde, de fiecare data fiind necesara cantitatea de apa mentionata mai sus.

Descrierea metodei de fracturare hidraulica

Se sapa mai intai un foraj vertical, dupa care, la intrarea in nivelul de sisturi continand zacaminte de gaze, forajul se continua in plan orizontal, pentru a maximiza contactul cu punga de gaz. Adancimile la care se lucreaza in mod obisnuit sunt de peste 2.000 de metri, ajungand pana la 3.500-4.000 de metri. Peste aceasta adancime extractia devine nerentabila economic. La randul lor, forajele orizontale se sapa pe distante semnificative, de cativa kilometri. O singura platforma de extractie inseamna: un foraj vertical de 2-3-4 km si si 4-6-8 foraje orizontale de 1 pana la 6 km in stratul de sist. Cu totul, se efectueaza zeci de kilometri de foraj pentru fiecare platforma. Sondele in zacamintele de sist au un profil de productie cu totul diferit de cele pentru gazele conventionale, astfel productia scade dramatic pe parcursul unul singur an de zile, si sunt necesare fracturari secundare, cca. 2-3 pe an. In vreme ce o sonda forata Intr-un zacamant clasic este productiva vreme de 20-30 de ani, durata de viata a unul put e de circa 5 ani, dupa care e epuizat.

Dupa saparea gaurii de sonda (combinat in plan vertical sl orizontal), dispozitivul de forare este retras complet, iar gaura de sonda este tubata cu tevi concentrice si cimentata pentru a o separa de rocile din subteran sl de apele din acviferele subterane pe care le intersecteaza si a nu permite lichidului de fracturare sa polueze accidental panzele freatice. Pe portiunea din interiorul stratului de argile gazeifere, sunt utilizati explozibili, care sa creeze mici fisuri prin perforarea coloanei de tubaj, fisuri care vor fi largite apoi artificial cu ajutorul fluidelor sub presiune (fig.4).
Numarul fracturilor artificiale, lungimea si dispunerea acestora in strat distanta dintre puturi, dar si cantitatea de fluid folosita depind de caracteristicile formatiunii geologice.

Fracturarea hidraulica; modul tn care actioneaza fluidul de fracturare tn sisturi, curgerea gazului din zacamant Sursa: ProPublicq, graf. Al Cranberg

Fracturarea hidraulica se executa pe sectoare. Fluidul de fracturare se introduce in nivelul sisturilor gazeifere, unde se injecteaza sub presiuni care ajung la peste 1.000 atmosfere tehnice. Fluidul de fracturare sparge realmente rocile si elibereaza gazul. Fisurile produse raman deschise datorita nisipului din compozitia fluidului de fracturare. Din cauza presiunii si compusilor chimici pe care ii contine, acest fluid are atat rol de antrenare, cat si de solvent dislocand si dizolvand gazele. Substantele chimice, reprezentand 0,5% din masa lichidului de fracturare, catalizeaza, emulsioneaza si reactioneaza cu partile hidrocarbonate din zacamant, pentru a fluidiza extragerea de gaz de sist si pentru buna functionare a instalatiei de extractie.

Fluidul de fracturare se incarca cu gaze naturale emulsionate din zacamant, pentru ca, ulterior, in momentul reducerii presiunii, sa fie impins la suprafata. Din fluidul de fracturare injectat in sonda, in jur de 30 – 40 % revine astfel la suprafata prin gaura de foraj, se recupereaza, restul ramanand in formatiunea gazeifera fracturata. Pe traseul de intoarcere la suprafata, fluidul uzat antreneaza si continuturi de metale grele sau/si elemente radioactive, din formatiunile de roca. Fluidul intors la suprafata (reflux,flow-back) se depoziteaza in batale sau iazuri special amenajate sau se stocheaza in rezervoare.

Ce se intampla cu fluidul ramas in zacamant?

Din zecile sau chiar sutele de mii de metn cubi de fluid (apa + nisip + chimicale) injectate in subteran pe parcursul vietii sondei, doar o parte este recuperata, restul ramanand sub presiune in subteran. Acest fluid, adica 60-70% din cel folosit, va mentine initial presiunile apropiate celor la care a fost injectat, direct influentate si de presiunea litostatica a coloanei de roci de deasupra al carei gradient creste cu adancimea.
De exemplu, la nivelul de 2000 m adancime, avem o presiune data de greutatea rocilor de deasupra, care depaseste 1.200 at. Este greu de imaginat, asa cum incearca sa acrediteze sustinatorii acestei industrii, ca acea parte din fluidul de fracturare, ramasa initial in zacamant in cantitati si la presiuni enorme, se va cantona strict in zona in care a fost injectat. Spre deosebire de apele petroliere care sunt uneori utilizate la stimularea zacamintelor in exploatarile conventionale de petrol (in cantitati de cca. 1000 de ori mal mici decat la fracturarea gazelor de sist), lichidul de fracturare ramas in masa zacamintelor de gaze de sist e total diferit tocmai datorita acestor presiuni (presiunea de injectare cca.1000 bari si cea a coloanei rocilor de deasupra), dar si compozitiei. In ceea ce priveste substratul, sa nu uitam ca insusi procesul de fracturare presupune crearea de noi fracturi in depozitele de roci, care dobandesc o permeabilitate crescuta. Iar in ceea ce priveste fluidul de fracturare, spre deosebire de apa obisnuita, acesta are un continut in anumite substante, care 11 fac mult mai activ pe plan chimic, si mai coroziv. Altfel spus, chiar acolo unde exista posibile bariere pentru o apa obisnuita, aceasta solutie ar putea trece, pentru ca a fost proiectata sa treaca prin zacamintele sistoase, bituminoase, greu permisive si va ajunge inevitabil in straturile succesive de ape freatice de adancime mare, medie si chiar de suprafata.

Ramane doar o chestiune de timp si de structura geologica favorabila deplasarii, adica prezenta unor falii si fracturi in straturile respective, ca procentul de 60- 70% din masa totala a fluidului de fracturare remanent in zacamant sa ajunga mai aproape de suprafata. Procesul se poate produce in ani de zile, sub efectul permanent al unei diferente de presiune AP de cateva sute de atmosfere si prin infiltrari succesive, cucerind astfel fiecare strat din subsol in parte, si toti cei 2-3.000 m de litosfera, pana la suprafata.

Ce se intampla cu apele reziduale care sunt recuperate din zacamant?

In SUA metodele de gestionare a fluidelor uzate difera atat de la o companie la alta, cat si de la un stat la altul (in functie de reglementarile existente). Doar o parte din ceea ce se recupereaza se recicleaza, fiind utilizata la urmatoarele operatiuni de fracturare (dupa unele estimari, cca 25%). Nu exista o solutie clara, sigura, ecologica, pentru volumul care trebuie in continuare eliminat – care poate insemna multe mii de metri cubi, echivalentul a mii de asterne auto, zeci sau sute de trenuri, pentru fiecare foraj.

O metoda frecvent utilizata este ca aceste fluide sa fie pompate in puturi de injectare special aprobate, unde sunt depozitate ca deseuri toxice. Exista in practica acestor companii procedeul injectarii apelor reziduale, chiar si pe falii profunde, in ideea dispersarii lor pe planul feliei. Desi intentia companiilor in acest demers era de a trimite si stoca in adancime aceste ape uzate, ele pot circula ulterior pe planul feliei si apoi ascendent. Procedura injectarii de fluide sub presiune in formatiuni geologice din profunzime poate induce in anumite conditii si miscari seismice – potrivit publicatiei Earth Magazine si studiilor Serviciului Geologic al USA (United States Geologlcal Survey, v. capitolul riscuri seismice]) Prezenta in proximitate a unor felii poate furniza acestora exact lubricantul de care au nevoie, pentru ca formatiunile geologice aflate in tensiune sa se deplasaze de-a lungul acestor felii, in special in zonele unde exista deja un risc seismic.
O alta posibilitate este ca fluidele de fracturare recuperate din sonda se fie transportate la statii de epurare pentru a fl tratate. Costurile acestui procedeu sunt insa extrem de mari. insusi transportul cu cisterne speciale, de gabarit foarte mare, este unul costisitor sl poluant prin consumul de carburanti, energie, dar sl din cauza producerii de noxe sl zgomot.

Substante chimice folosite in procesul de fracturare hidraulica

Sub o presiune imensa (1000 at) o medie de 60 de milioane de litri de apa sunt injectati la flecare lovitura in sol, apa amestecata cu substante chimice. Este de mentionat ca in Statele Unite, in majoritatea statelor, legea permite companiilor sa pastreze secrete informatiile privind compozitia amestecului, din motive legate de concurenta. O lucrare din aprilie 2011, elaborata pentru Comisia pentru Energie si Comert a Camerei Reprezentantilor din SUA, mentioneaza 750 de compusi chimici utilizati in fracturarea hidraulica in SUA, in perioada de referinta 2005- 2009.

Conform raportului „Impacts of shale gas and shale oll extractlon on the environment and on human health” al Directiei de Mediu, Sanatate Publica sl Siguranta Alimentara din Parlamentul European, compozitia aditivilor folositi in timpul forarilor nu este pe deplin facuta publica din cauza secretelor comerciale, dar potrivit unei liste oferite de New York State, aceasta lista contine 260 de substante, dintre care unele sunt cunoscute pentru toxicitatea lor sau pentru efectele cancerigene sau mutagene pe care le au asupra organismului uman (incluzand benzen si etilena).

Costurile fracturarii hidraulice

Costurile tehnologice mari ale acestor lucrari speciale au determinat ca exploatarea gazelor neconventionale sa fíe nerentabila pentru multi ani. Costurile de mediu asociate au inceput sa fie discutate abia recent, si nu exista momentan evaluari disponibile. Costurile de mediu privesc mai multe aspecte: poluarea apei, a solului si poluarea atmosferica.

Costul tehnologic asociat cu exploatarea gazului de sist in SUA este in medie de cca. 4 milioane USD/sonda. Costurile de forare pot fi mai mari decat cele de fracturare, asadar adancimea de la care incep formatiunile de sist conteaza in ecuatia economica. Potrivit unor declaratii din 2010 ale reprezentantului OMV, Helmut Langanger, pentru blogul FT (Financial Times)”, principala diferenta in termeni de cost de productie intre SUA si Europa s-ar rezuma la urmatorul aspect: gazul de sist din America e situat in general mai aproape de suprafata (3-4 km adancime) in comparatie cu Europa (5-6 km adancime in bazinul Vienei, spre exemplu). in cazul formatiunii din Austria, doar acest aspect s-ar traduce intr-o diferenta de cost de pana la 20-50 milioane USD/sonda in Europa. Cu toate acestea, desi la nivelul formatiunilor din Europa se pot observa anumite tendinte comune” (bazine mal mici sl mal variate ca varsta geologica decat in SUA), o generalizare ar fi improprie. Date mal recente par sa confirme costurile mari asociate exploatarii resurselor tn Europa. La sfarsitul anului trecut, cheltuielile pentru o sonda de gaz de sist in Polonia erau aproape triple comparativ cu Statele Unite. „Costul de forare a unei sonde orizontale de 2.000 m in Statele Unite este in medie 3,9 milioane $, in timp ce in Polonia se ridica la 11 milioane $”, a afirmat Peter Richter, manager pentru tehnologie neconventionala la Schlumberger in cadrul unei conferinte” din Varsovia pe 29 noiembrie 2011.

Material cules din brosura realizata in cadrul proiectului „Gazele de sist: o noua provocare”, derulat de Asociatia ALMA-RO si finantat de Trust for Civil Society in Central and Eastern Europe, prin Fundatia pentru Parteneriat.

Autor: Georgeta Elisabeta Ionescu

  1. Ce sunt gazele de sist?
  2. Scurta istorie a exploatarilor de gaze de sist
  3. Fracturare Hidraulica – Ce este? Tehnologia pe intelesul tuturor
  4. Riscurile metodei de fracturare hidraulica – Impactul asupra mediului
  5. Emisiile fugitive de gaz in cazul fracturarii hidraulice si contributia lor la efectul de sera
  6. Substante chimice radioactive si metale grele in procesul de fracturare hidraulica
  7. Zgomotul si noxele produse in procesul de fracturare hidraulica pentru exploatarea gazelor de sist
  8. Riscul producerii de cutremure cauzate de exploatarea gazelor de sist prin fracturare hidraulica
  9. Substantele chimice folosite in fracturarea hidraulica si riscurile pentru sanatatea umana si organismele vii
  10. Riscurile de securitate si explozii in cazul fracturarii hidraulice
  11.  Cum afecteaza fracturarea hidraulica biodiversitatea
  12. Exploatarea de gaze de sist amana schimbarea strategica spre utilizarea energiei regenerabile
  13. Nivelul si modalitatile de reglementare a exploatarii gazelor de sist prin fracturare hidraulica
  14. Metoda de fracturare hidraulica in Europa. Incotro?
  15. Stadiul lucrarilor de explorare si exploatare a gazelor de sist prin fracturare hidraulica in Romania

LĂSAȚI UN MESAJ

Please enter your comment!
Please enter your name here