Menu
W skrócie...

Cel projektu to opracowanie wytycznych do zaprojektowania innowacyjnej technologii wydobycia gazu z łupków przy użyciu ciekłego CO2. Technologia będzie oparta na wynalazku WAT dotyczącym wydobycia węglowodorów gazowych z kilku poziomów odwiertów lateralnych przy wykorzystaniu CO2 w stanie nadkrytycznym, co spowoduje wzrost wydajności odwiertu, ponieważ CO2 wywoła desorpcję CH4 ze struktury porowatej łupka, a przemiana termo-dynamiczna CO2 w złożu spowoduje zeszczelinowanie skały. Metoda jest bardzo korzystna z punktu widzenia ochrony środowiska, gdyż nie wymaga stosowania wody oraz środków chemicznych. Ciepło, które jest potrzebne do uzyskania efektu szczelinowania za pomocą ciekłego CO2 będzie pobierane samoistnie z górotworu otaczającego odwiert. Zaplanowane w tym projekcie badania numeryczne oraz eksperymentalne mają na celu weryfikację elementów technologii w warunkach laboratoryjnych, co znacznie ograniczy ryzyko i koszty realizacji technologii na odwiercie.

Opis projektu

Powrót


Nowości w odniesieniu do obecnego stanu wiedzy

Rozwój wydobycia gazu z łupków stał się możliwy dzięki obniżeniu kosztów technologii wykonywania otworów poziomych oraz szczelinowania hydraulicznego.
Szczelinowanie hydrauliczne polega na wtłoczeniu do wybranej sekcji otworu wiertniczego cieczy pod bardzo wysokim ciśnieniem, składającej się z nośnika (głównie wody) z dodatkiem materiałów wypełniających szczeliny (głównie piasku o odpowiednio dobranej granulacji i wytrzymałości mechanicznej) oraz dodatków chemicznych (głównie celem poprawienia lepkości). Ciecz pod ciśnieniem tworzy szczeliny w strukturach skalnych, natomiast piasek wypełnia i podtrzymuje szczeliny tworząc nowe drogi migracji gazu do otworu. Do jednego otworu podczas zabiegu szczelinowania średnio wtłacza się od 7,5 do 11,3 mln litrów płynu szczelinującego oraz od 450 do 680 ton piasku [1].
Inną metodą odzyskiwania gazu naturalnego ze złóż jest wydobywanie podziemne: Gaz metanowy może być usuwany z podziemnych kopalni przed i podczas wydobywania np. węgla za pomocą systemów odgazowywania [2].
Kolejną metodą odzyskiwania gazu naturalnego ze złóż jest wydobywanie powierzchniowe. Podczas wydobywania powierzchniowego, metan jest zazwyczaj uwalniany do atmosfery podczas usuwanie warstw skały przykrywającej. Najczęściej dla tego typu uwalniania żadne metody kontroli emisji nie są obecnie stosowane [2].
Przepuszczalność skał jest kluczowym czynnikiem dla oceny efektywności odzyskiwania metanu ze złóż węgla. Złoża węgla lub łupka gazonośnego mają zazwyczaj niską przepuszczalność. Jest to spowodowane najczęściej pęknięciami, które w złożach tych mają postać płaszczyzn łupliwości i złączy. Płaszczyzny łupliwości występują w dwóch rodzajach: tylnych oraz przednich, które położone są względem siebie niemalże prostopadle. Przednie płaszczyzny są zazwyczaj ciągłe i zapewniają ścieżki o wyższej przepuszczalności podczas, gdy tylne są zazwyczaj nieciągłe i kończą się w okolicy przednich płaszczyzn [2].
Amerykański patent nr 4,374,545 dotyczący szczelinowania dwutlenkiem węgla opisuje metodę kruszenia w podziemnej formacji skalnej, w której wykonano odwiert pionowy bez otworów bocznych do wprowadzenia dwutlenku węgla do złoża. Skroplony CO2 i chemiczny środek podtrzymujący zostają wpompowywane do formacji przez odwiert pionowy, aby wywołać pęknięcia w formacji i pozostawić je otwarte za pomocą środka podtrzymującego [3].
Patent „US 2011/0209882” dotyczy metody i urządzenia do sekwestracji gazu CO2 oraz uwalniania naturalnego gazu (CH4) z podziemnych złóż węgla lub łupków gazonośnych przy użyciu CO2 wyłapanego z gazu powstałego ze spalania węgla w przewodzie kominowym siłowni, i przetworzonego do postaci schłodzonego, ciekłego i sprężonego CO2, wstrzykiwania go dla stworzenia pęknięć w złożu i absorbowania go przez węgiel lub łupek oraz desorpcji CH4. W patencie proponuje się stosować kilka odwiertów wprowadzających CO2 do złoża i oddzielny odwiert odprowadzający wydzielony CH4. Wadą tego rozwiązania jest użycie wielu odwiertów pionowych do przeprowadzenia jednego procesu wydobycia gazu oraz mały zakres szczelinowania skały za pomocą jedynie sprężonego CO2 [2].
Proponowana w projekcie metoda wydobycia węglowodorów gazowych (gazu łupkowego) z poziomych otworów małośrednicowych sprzężonego z magazynowaniem CO2, w pojedynczym odwiercie, jest o wiele bardziej korzystna z punktu widzenia ochrony środowiska w porównaniu z metodami szczelinowania wodą. Proponowana metoda nie wymaga stosowania wody oraz wszelkiego rodzaju domieszek chemicznych.
Inną cechą korzystną w porównaniu z poprzednimi rozwiązaniami jest możliwość wykorzystania tylko jednego odwiertu pionowego (możliwość skorzystania z już istniejących i wcześniej eksploatowanych) z otworami poziomymi do przeprowadzenia całego procesu wydobywczego. Dzięki takiemu podejściu uzyskuje się duży obszar kruszenia skał w złożu w porównaniu z innymi metodami, co powoduje wzrost opłacalności ekonomicznej pojedynczego odwiertu.
Metoda wypierania gazu łupkowego jest bardzo efektywna, proces adsorpcji i desorpcji odbywa się na poziomie cząsteczkowym gazów.
Skały gazonośne mogą zaadsorbować objętościowo dwa razy więcej CO2 niż metanu. Ta właściwość może zostać wykorzystana do otrzymywania tzw. czystej energii (uzyskanej w obiegu zamkniętym) tzn. spalania metanu w bliskiej odległości od złoża celem otrzymania np. energii elektrycznej i wtłaczania uzyskanego w tym procesie CO2 do pokładu złoża łupków. Można więc stwierdzić, iż proponowane krajowe rozwiązanie sposobu wydobycia gazu łupkowego z poziomych otworów przy użyciu płynnego CO2 w pojedynczym odwiercie, jest korzystne zarówno z punktu widzenia ekonomicznego, jak też i ochrony środowiska naturalnego.
Dodatkowymi zaletami proponowanej technologii są: znaczące obniżenie kosztów składowania CO2 oraz ograniczenie jego emisji do atmosfery, co zapewni maksymalne/najbardziej efektywne wykorzystanie złoża gazu łupkowego.
Proponowaną w projekcie technologię można modyfikować wykonując wiele zestawów otworów poziomych i przeprowadzać procesy stopniowo, przez zamykanie i otwieranie oraz wypełnianie CO2 kolejnych otworów poziomych. Rozmieszczenie i ich ilość na jednej głębokości jest dostosowana do struktury przestrzennej złoża. Najkorzystniejsze jest prowadzenie serii takich procesów z dołu złoża do góry. Metoda może być zastosowana w różnych rodzajach skał gazonośnych oraz skał o strukturze porowatej.



© APS, Projekt: Anna Szurgott