Jak oni to robią? Hydraulic Fracturing 101

Ostatnio w Nowym Jorku protestujący wyszli na deptak w Rockaways, aby wyrazić sprzeciw wobec Projektu Rockaway Lateral, który ma na celu zainstalowanie rurociągu pod nowojorskimi plażami Jacob Riis i Fort Tilden, aby połączyć dwa istniejące systemy dystrybucji gazu ziemnego. Gazociąg, kontrolowany przez Williams Partners L.P., pozwoli na przepływ gazu ziemnego z łupków Marcellus w Pensylwanii do nowej stacji pomiarowej i regulacyjnej w Floyd Bennett Field na Brooklynie, a następnie do obecnych linii dystrybucyjnych biegnących w górę Flatbush Avenue. Dowody na szkody środowiskowe spowodowane nieuregulowanymi procedurami szczelinowania rosną w tym samym czasie, gdy Stany Zjednoczone starają się zmniejszyć swoją zależność od ropy i węgla. Czy szczelinowanie jest mniejszym złem z dwojga złego? Czy też może być?

Chociaż proces ten istnieje od około 60 lat, szczelinowanie hydrauliczne stało się ostatnio ulubieńcem przemysłu z dwóch głównych powodów. Po pierwsze, szczelinowanie może wydobywać ropę i gaz ziemny z formacji skalnych, które normalnie byłyby niedostępne. Po drugie, w połączeniu z wierceniem poziomym, może wydobyć więcej ropy i gazu z jednego wiertła niż było to wcześniej możliwe. Obecnie żyjemy w czasach swoistego „renesansu szczelinowania”; tylko w 2011 roku w USA wykonano około 27 000 nowych odwiertów szczelinujących. Ale co tak naprawdę dzieje się podczas szczelinowania hydraulicznego?

Skały

Oliwa i gaz ziemny znajdują się w formacjach piaskowca i łupków głęboko pod powierzchnią ziemi. Miliardy lat temu, gdy skały te formowały się poprzez sedymentację, organizmy takie jak plankton i algi zostały uwięzione wraz z minerałami. Ciała tych mikroorganizmów tworzyły kieszonki organicznej materii opartej na węglu. W miarę jak skały starzały się i wsuwały się głębiej w ziemię, ciepło i ciśnienie powoli przekształcały te organizmy w węglowodory, tworząc paliwa kopalne, takie jak ropa naftowa, węgiel i gaz ziemny (lub metan). Kiedy nowo wytworzony, metan migruje z powrotem w kierunku powierzchni z jego źródła skały do skały zbiornikowej, zazwyczaj piaskowca lub łupków, gdzie zostaje uwięziony.

Piaskowiec, który jest często wiercony dla konwencjonalnej ropy, jest dość porowaty i trzyma olej tak, jak gąbka trzyma wodę. Podczas wiercenia piaskowiec jest na tyle porowaty, że różnica ciśnień między otworem wiertniczym a skałą (ropa chce się przemieszczać w górę, ale jest uwięziona) oraz duże szczeliny między ziarnami skały umożliwiają wypływ ropy ze skały na powierzchnię. Z kolei łupki są ciaśniej upakowane i nie mogą być wydobywane w ten sam sposób. Zamiast tego trzeba je szczelinować.

Wiercenie

Gdy formacja łupkowa zostanie namierzona, firma energetyczna założy stanowisko wiertnicze lub bazę do wiercenia. Pierwszym krokiem jest wiercenie (wiertłem o średnicy zazwyczaj 18-20 cali) pionowo w dół obok młodszych warstw skalnych, które mogą otaczać lustro wody lub zawierać młodsze rodzaje gazu. Gdy otwór znajdzie się na głębokości około 1000 stóp, wprowadza się stalową obudowę, która jest cieńsza niż sam otwór. Następnie w dół obudowy pompowany jest cement, a po nim powietrze pod wysokim ciśnieniem, które wypycha cement na dno otworu wiertniczego i w górę do szczeliny, czyli struny, pomiędzy stalową obudową a otaczającą skałą. W ten sposób powstaje pionowy otwór wiertniczy. Proces ten powtarza się, aż otwór jest wystarczająco głęboki, aby osiągnąć łupków, które mogą być tak głębokie, jak 10.000 stóp pod powierzchnią, ale zazwyczaj kończy się około 7000-8000 stóp.

Wynalazek wiertła poziome pozwala otwór zmienić kierunek raz jest na głębokości docelowej. Z jednego wiertła, a następnie, firmy energetyczne są w stanie wywiercić wiele pionowych otworów wiertniczych w ciągu pięciu stóp od siebie, które są w stanie osiągnąć bardzo szeroki promień, czasami mil szeroki, z wiertła, eliminując w ten sposób potrzebę ustawienia wielu wiertni w całym krajobrazie. Następnym krokiem jest wysłanie małych materiałów wybuchowych lub pistolet perforacji w dół do docelowej sekcji otworu poziomego odwiertu, aby przebić otwory przez stalową obudowę i cement. Po wykonaniu otworów, od 3 milionów do 5 milionów galonów wody zawierającej mieszankę piasku i chemikaliów jest pompowane pod bardzo wysokim ciśnieniem do otworu wiertniczego. Płyn szczelinujący eksploduje z otworów, miażdżąc skałę łupkową i tworząc liczne pęknięcia lub szczeliny w całej formacji. (FracFocus, strona internetowa non-profit, prowadzi listy substancji chemicznych używanych przy szczelinowaniu w całym kraju, ale ich ujawnienie nie jest prawnie wymagane, a firmy znajdujące się na liście dobrowolnie przekazują swoje „składniki” roztworu do szczelinowania). Piasek i chemikalia płynu szczelinującego wkrada się do pęknięć utworzonych w skale i utrzymuje je otwarte, pozwalając uwięzionego gazu ziemnego do przepływu z powrotem do poziomego otworu wiertniczego. Skała może być utrzymywane otwarte przez zaledwie kilka małych ziaren sand.

Ponieważ gaz jest lżejszy niż rozwiązanie szczelinowania, wznosi się do góry i jest lejek do rurociągów, które biorą go albo do zakładu przetwarzania gazu, separacji obiektu, lub przechowywania. Około 10 do 30 procent płynu szczelinującego (zwanego obecnie flowback) wraca z powrotem przez odwiert. W idealnej sytuacji jest on ponownie wykorzystywany do następnej pracy, ponieważ chemikalia i piasek zawarte w roztworze czynią go bezużytecznym do wielu innych celów. Jeśli nie zostanie poddany recyklingowi, jest odprowadzany do studni złożowej głęboko w ziemi. Woda, która pozostaje w studni jest wchłaniana przez skałę szczelinową.

Ryzyko

Fracking ma potencjał, aby zapewnić tańszą, czystszą alternatywę energetyczną dla węgla i ropy, jak również napędzać ogromne zyski dla firm energetycznych. Ale ryzyko jest duże: Metan jest znacznie bardziej niszczycielskim gazem cieplarnianym niż dwutlenek węgla, więc wycieki mogą podważyć wysiłki zmierzające do ograniczenia emisji dwutlenku węgla. Skażenie zasobów wodnych płynem ze szczelinowania już ma miejsce, a jego wpływ na środowisko i zdrowie publiczne jest nadal w dużej mierze nieznany. Trwające badania sprawdzają również potencjalne powiązania między szczelinowaniem a trzęsieniami ziemi.

Zbilansowanie znanych korzyści płynących z ograniczenia naszej zależności od ropy z nieznanymi kosztami i zagrożeniami związanymi ze szczelinowaniem to delikatna ścieżka. Fred Krupp, prezes Environmental Defense Fund, wezwał do „ambitnego pragmatyzmu” w sprawie szczelinowania w wywiadzie dla magazynu Foreign Affairs: „Żyjemy w realnym świecie i takie rzeczy jak szczelinowanie i eksploatacja amerykańskich zasobów gazu ziemnego będą się zdarzać. Zmaksymalizujmy więc korzyści, jakie odniesiemy z przekształcenia elektrowni węglowej w elektrownię na gaz ziemny, a jednocześnie przyłóżmy się do przyspieszenia wprowadzania energii wiatrowej i słonecznej.”