Formacja

Podobnie jak ropa i węgiel, gaz naturalny w łupkach powstał z pozostałości roślin, zwierząt i mikroorganizmów żyjacych miliony lat temu. Istnieją różne teorie na temat powstania paliw pochodzenia mineralnego, ale najbardziej akceptowaną jest teoria zakładająca, że paliwa te powstały w rezultacie pogrzebania materii organicznych (takich jak szczątki roślin czy zwierząt), ich sprasowania i podgrzewania przez długi okres czasu w skorupie ziemskiej. W przypadku gazu naturalnego proces ten nazywa się termogenezą metanu.

Procesy powstawania i wytwarzania gazu wewnątrz łupków osadowych są bardzo zróżnicowane. Dla lepszego zrozumienia zasobów niekonwencjonalnych potrzebna jest nowa wiedza geologiczna, która powinna uwzględniać modelowanie zagłębia, charakterystykę petrofizyczną, czy przepływ gazu wewnątrz łupków.

Europejskie złoża gazu łupkowego objęte są badaniami prowadzonymi przez GASH, pierwszą europejską inicjatywę interdyscyplinarną. Rolą GASH jest integracja dostępnej wiedzy na temat europejskich złóż łupkowych oraz prowadzenie programu badań przewidujących formowanie się złóż gazu w wymiarze czasowym i przestrzennym.

** Brytyjskie studium nie odwołuje się do wskaźnika wydobywalności a ilości gazu łupkowego odnoszą się tylko do GIP. Posługując się konserwatywnymi danymi szacunkowymi dla TRR wyniosłyby 82-228 Tcf lub uwzględniałyby wskaźnik wydobywalności na poziomie 10 %.

*** Studium litewskie nie porusza czynnika wydobywalności, a ilości gazu łupkowego odnoszą się tylko do GIP (objętość gazu in situ ). Zachowawcze oszacowanie TRR (technicznie wydobywalnych zasobów) dałoby czynnik wydobywalności 3.6 ‒ 18.1 Tcf, lub czynnik wydobywalności 10%.

Pozytywny efekt ekonomiczny

Dane opublikowane w kilku raportach wykazały, że przemysł łupkowy w USA przyczynił się do stworzenia wielu miejsc pracy i miał ogromne pozytywne znaczenie gospodarcze, np. poprzez obniżenie kosztów z poziomu konsumenta gazu ziemnego i elektryczności, stymulując wzrost gospodarczy i zwiększając przychody podatkowe na poziomie federalnym, stanowym oraz państwa.

W skali globalnej, 32 % całkowitych szacowanych zasobów gazu ziemnego znajduje się w formacjach łupkowych, natomiast 10 % szacowanych zasobów ropy znajduje się w formacjach łupkowych lub formacjach zamkniętych/zaciśniętych (EIA, 2013). Dzięki potwierdzonej możliwości szybkiej produkcji w dużych wolumenach przy stosunkowo niewielkim koszcie, wydobycie ropy zamkniętej i zasobów gazu łupkowego zrewolucjonizowało amerykański przemysł wydobycia ropy i gazu ziemnego, odpowiadając za 29 % całkowitego wydobycia i produkcji ropy oraz 40 % całkowitej produkcji gazu ziemnego w Stanach Zjednoczonych w 2012 r. (EIA, 2013).

Raport „Wpływ Gazu Łupkowego na Zatrudnienie i Gospodarkę Stanów Zjednoczonych” (ang. The Economic and Employment Contributions of Shale Gas in the United States), opublikowany w grudniu 2011 roku przez IHS^§, zawiera wnioski, że w roku 2010, na poziomie federalnym, stanowym i lokalnym produkcja gazu łupkowego wygenerowała kwotę 18.6 miliarda dolarów w formie podatków i federalnych opłat za prawo do eksploatacji. Analiza wskazuje również, że wkład gazu łupkowego do PKB wyniósł w 2010 r. ponad 76 miliardów dolarów. Uaktualniony raport został opublikowany w czerwcu 2012 r. („Wpływ Rozwoju Gazu Niekonwencjonalnego na Zatrudnienie i Gospodarki Stanowe”; ang. The Economic and Employment Contributions of Unconventional Gas Development in State Economies). Uwzględnia on dane dot. gazu zamkniętego oraz metanu z pokładów węgla, jak również gaz łupkowy. Przyjmuje się, że wkład przemysłu gazu niekonwencjonalnego do budżetu państwa to rocznie kwota ponad 49 miliardów dolarów, oraz że wyniesie on 197 miliardów dolarów w amerykańskim PKB do roku 2015. Ponadto, działalność sektora gazu niekonwencjonalnego utrzymała milion miejsc pracy w 2010 r. Liczba ta wzrośnie do blisko 1,5 miliona w 2015 r.

Opracowanie zatytułowane „Wydobycie i Produkcja Gazu Ziemnego i Ropy w Ohio oraz Rozwój Formacji Gazowej Utica – Analiza Wpływu Ekonomicznego” (ang. Ohio’s Natural Gas and Crude Oil Exploration and Production Industry and the Emerging Utica Gas Formation - Economic Impact Study), opublikowane we wrześniu 2011 r., podkreśla wkład ekonomiczny i korzyści dla stanu Ohio wynikające z rozwoju przemysłu gazu ziemnego i ropy. Studium to zawiera szacunkowe dane dotyczące efektów ekonomicznych wydatków planowanych przez przemysł na rozwój złóż gazu łupkowego Utica. Wyniki badań wykazały między innymi, że „do roku 2015 zostanie stworzonych ponad 204.000 miejsc pracy lub będzie finansowanych w rezultacie prac poszukiwawczych, wynajmu, odwiertów i budowy rurociągów przesyłowych na terenie formacji łupkowej Utica”. Bardziej aktualna publikacja pt. „Nowa Przyszłość Energetyczna Ameryki: Ropa Niekonwencjonalna i Rewolucja Gazowa a Gospodarka Stanów Zjednoczonych. Vol. 2 – Stanowe Przychody Gospodarcze” (ang. America’s New Energy Future: The Unconventional Oil and Gas Revolution and the US Economy. Volume 2 – State Economic Contributions), opublikowana w grudniu 2012 r. przez IHS, donosi, że w 2011 r. przemysł wydał ponad 910 milionów dolarów na stanowe i lokalne podatki w Ohio oraz że aktualnie utrzymuje 38,380 miejsc pracy powiązanych z działalnością sektora gazu i ropy. Spodziewany jest wzrost tej liczby do 143,595 do roku 2020 oraz do 266,624 do roku 2035.

§ Information Handling Services (IHS Inc.) obsługuje klientów międzynarodowych w pięciu głównych obszarach: energia, cykl życia produktu, środowisko oraz bezpieczeństwo, elektronika i media.

Jakie są zagrożenia?

Z powodu niskiej przepuszczalności skał łupkowych przy produkcji gazu z łupków stosuje się metodę szczelinowania (kruszenia) hydraulicznego. W przeszłości szczelinowaniu hydraulicznemu towarzyszyło duże zużycie wody, powstawanie dużej ilości ścieków, aktywność sejsmiczna, emisja gazów cieplarnianych oraz zatrucie wód gruntowych. Gęstość rozmieszczenia szybów, hałas spowodowany pracami oraz bardziej natężony ruch samochodów ciężarowych to dalsze powody do niepokoju dla środowiska i społeczeństwa.  Natomiast firmy eksploatujące gaz łupkowy narażone są na ryzyko ekonomiczne.

W ostatnich latach nastąpił raptowny rozwój technologii w sferze działalności związanej z gazem łupkowym i proces ten nadal trwa. Niektóre efekty oddziaływania na środowisko już zostały skutecznie zredukowane przez zastosowanie nowych zdobyczy technologii. Za dobry przykład posłużyć tu mogą redukcja emisji gazów cieplarnianych podczas produkcji gazu łupkowego i zmniejszenie zużycia świeżej wody przez zastosowanie recyklingu oraz ponowne użycie wody odzyskanej ze ścieków. Pozostałe problemy nadal wymagają uwagi badaczy i czekają na dalszy rozwój w tej dziedzinie, n. p. jak uniknąć zwiększonej aktywności sejsmicznej.

Zanieczyszczenie wody

Zanieczyszczenie wody może być spowodowane przez wyciek drogą powierzchniową lub przez wyciek z odwiertu. Przedostanie się płynów poprzez formacje skalne znajdujące się pomiędzy docelowym pokładem łupków a płytką formacją wodonośną zawierającą wodę świeżą jest w zasadzie możliwe, ale dużo mniej prawdopodobne.

Ścieki produkowane są podczas operacji związanych z gazem łupkowym głównie podczas t.zw. fazy flow-back, kiedy część płynu po zakończeniu szczelinowania hydraulicznego powraca na powierzchnię. Oprócz proppantu i substancji chemicznych, które były obecne w płynie szczelinującym, powracająca woda może zawierać także różnorodne składniki zaabsorbowane podczas kontaktu ze skałami łupkowymi, włącznie z naturalnie występującymi substancjami radioaktywnymi (NORM). Taka woda wymaga oczyszczenia zanim zostanie poddana recyklingowi lub odprowadzona do ścieków.

Cel ten można osiągnąć przez zastosowanie już istniejących technologii, nad którymi trwają prace w celu ich uefektywnienia oraz obniżenia kosztów. Jednakże miały miejsce przypadki odprowadzania zanieczyszczonej wody do rzek lub nieprzystosowanych do tego państwowych zakładów oczyszczania ścieków, jak również wycieków na skutek nieodpowiedniego obchodzenia się ze ściekami na powierzchni. Przypadki takie powinny zostać zbadane, skorygowane i, co najważniejsze, powinny stać się one lekcją na przyszłość.

Sejsmiczność indukowana

Szczelinowanie hydrauliczne powoduje miliony bardzo małych lokalnych “zdarzeń” sejsmicznych w trakcie powstawania szczelin w łupkach. Są one rejestrowane przez specjalne urządzenia, a z tego sejsmicznego efektu często korzystają operatorzy mając możliwość określenia przestrzennego i czasowego szczelin podziemnych.

Z drugiej strony, nacisk, któremu poddawane są skały w wyniku szczelinowania hydraulicznego oddziałuje wzajemnie z już istniejącym polem naprężeń pod ziemią i może wzbudzić kolejne zdarzenia sejsmiczne, o rozmiarze większym niż mikrosejsmiczność spowodowana celowo. Został udowodniony związek między wstrząsami sejsmicznymi, a hydraulicznym szczelinowaniem w pracach przy gazie łupkowym i, mimo niewielkiej skali tego zjawiska, zwrócono na to uwagę i dokonano szczegółowych badań.

Zasady najlepszej praktyki operacyjnej mającej na celu redukcję ryzyka sejsmiczności indukowanej zostały już ustalone przy produkcji energii termicznej, przy której stosuje się podobne techniki szczelinowania hydraulicznego w celu pobudzenia wypływu. Te zasady najlepszej praktyki mogą być zastosowane w bardzo podobny sposób przy eksploatacji gazu łupkowego.  Ponieważ jednak dokładna wiedza na temat panującego pod ziemią pola naprężeń oraz właściwości mechanicznych obecnych tam skał jest zawsze ograniczona, zmniejszenie ryzyka sejsmicznosci indukowanej jest sprawą złożoną i stanowi duże wyzwanie.

Emisje cieplarniane

Metan, główny składnik gazu naturalnego, może działać jak silny gaz cieplarniany, który po przedostaniu się do atmosfery przyczynia się do globalnego ocieplenia. Podczas fazy flow-back w odwiercie gazu łupkowego, kiedy płyn szczelinujący powraca na powierzchnię, niesie on ze sobą gaz naturalny uwolniony ze świeżo pękniętej szczeliny w łupkach.

W operacjach związanych z gazem łupkowym praktykowane było wypuszczanie gazu powstającego w fazie flow-back do atmosfery albo zapalanie go. Palenie gazu powoduje przemianę metanu w dwutlenek węgla, który również jest gazem cieplarnianym. Dostępne obecnie technologie, tak zwane REC (technologie ograniczenia emisji) pozwalają na wyłapanie pojawiającego się gazu już przy głowicy odwiertu. Z wielu powodów technologie REC są coraz częściej stosowane przy eksploatacji gazu łupkowego, między innymi dlatego, że sprzedaż odzyskanego gazu naturalnego przynosi zyski.

Zapotrzebowanie na wodę

Przy szczelinowaniu hydraulicznym zużywa się zróżnicowanych lecz dużych ilości wody. Woda ta może pochodzić z naturalnych źródeł, takich jak rzeki lub wody gruntowe, ale w coraz większym stopniu płyny szczelinujące są poddawane recyklingowi i używane ponownie.  Potrzeby przemysłu przy wydobyciu gazu łupkowego stanowią zwykle małą część ogólnego spożycia wody w danym regionie. Potrzebne jest jednak współdzialanie między przemysłem a władzami regionalnymi odpowiedzialnymi za planowanie gospodarki wodnej. Ogólnie mówiąc, dostęp do wody dla operacji związanych z gazem łupkowym na świecie powinna stanowić problem tylko na obszarach objętych suszą.

Ekonomia

Holistyczne spojrzenie na rozwój eksploatacji gazu łupkowego musi brać pod uwagę tak czynniki ekonomiczne, jak i ryzyko ekologiczne oraz problemy społeczne. Ryzyko ekonomiczne w przypadku szybów gazu łupkowego wywodzi się głównie z tego, że wymagane są poziome wiercenia oraz szczelinowanie hydrauliczne, co znacznie zwiększa koszty kapitałowe. Do głównych czynników ryzyka oraz niepewności ekonomicznej zalicza się: 1) błędnie ustaloną docelową produkcję gazu łupkowego na obszarze objętym badaniami; 2) istniejące od dłuższego czasu, i możliwe że także przez dłuższy czas w przyszłości, niskie ceny na światowym rynku gazu. Ekonomiczny sukces gazu łupkowego, o którym donosiły ostatnio raporty może być kontynuowany w przyszłości, ale nie stanie się to samo.