Gaz niekonwencjonalny – fakty i dylematy

Lata 1999-2009 to okres dużego wzrostu zużycia gazu ziemnego na świecie. W 2009 r. kraje UE zużyły ok. 460 mld m3 gazu ziemnego, co stanowiło 15,6 proc. zużycia światowego. W tym samym okresie udokumentowane zasoby gazu ziemnego UE spadły o ok. 26 proc. Według prognoz produkcja własna UE do 2030 r. spadnie z obecnego poziomu ok. 200 mld m3/rok do ok. 100 mld m3/rok. Rośnie uzależnienie od importu, które w 2009 r. wynosiło 62,8 proc. W roku 2035 według szacunków import może stanowić ok. 84 proc. całego zużycia gazu. Oczywiście, w danych tych nie uwzględniano możliwości wykorzystywania gazu niekonwencjonalnego.

Rosnące zużycie gazu zawdzięczamy zarówno rosnącej trosce o środowisko naturalne, jak i spadającym cenom gazu na rynkach, głównie dzięki pojawieniu się gazu niekonwencjonalnego, w tym gazu łupkowego. Obowiązujący pakiet klimatyczny wymusza ograniczanie energochłonności gospodarek oraz eliminowanie emisji dwutlenku węgla (CO2). Oznacza to zwrócenie się w stronę odnawialnych źródeł energii, zwłaszcza elektrowni wiatrowych. To z kolei wymusza budowę elektrowni stabilizujących cały system energetyczny, póki nauka nie rozwiąże problemu magazynowania prądu na czas, gdy wiatr milknie. Aktualnie, ze względu na łatwość ich uruchamiania i wygaszania, są to głównie elektrownie opalane gazem.

Nowa amerykańska rewolucja

W ostatnich latach na światowym rynku energetycznym doszło do prawdziwej rewolucji. Dzięki postępowi w nauce pojawiło się nowe źródło gazu - gaz niekonwencjonalny. Złoża gazu znajdują się w łupkach gazonośnych (tzw. shale gas). Jest także uwięziony w porach piaskowców gaz zamknięty (tight gas). Ponadto pojawiły się technologie umożliwiające przemysłowe wykorzystanie metanu, będącego przez wieki przekleństwem wszystkich górników. Jeszcze dziesięć lat temu gaz łupkowy, nawet dla specjalistów, wydawał się marginalnym, choć znanym od dziesięcioleci źródłem pozyskiwania energii. Dzisiaj jego rola wśród paliw wykorzystywanych przez światowy przemysł energetyczny rośnie. Warto także zauważyć, że dzięki gazowi niekonwencjonalnemu Stany Zjednoczone stały się samowystarczalne, jeżeli chodzi o zaopatrzenie w gaz.

Światowe zasoby niekonwencjonalnego gazu ziemnego (IEA 2011) wynoszą 406 000 mld m3. Natomiast zasoby gazu łupkowego w USA, możliwe do wydobycia, wynoszą około 25 000 mld m3, a w Kanadzie kolejne 11 000 mld m3. Według Rice University potencjalne zasoby gazu niekonwencjonalnego w Polsce mogą wynosić do 3400 mld m3. Z kolei z wcześniejszego raportu U.S. Energy International Agency wynika, że potencjalne zasoby mogą wynosić ok. 5300 mld m3 wobec około 22 000 mld m3 zasobów geologicznych (całkowite zasoby znajdujące się w złożu). Trwające właśnie prace badawcze pozwolą na weryfikację tych danych (więcej o zasobach w przewodniku "Gaz od A do Z"). Rangę gazu niekonwencjonalnego dobrze obrazuje wspólna deklaracja z listopada 2009 r. amerykańskiego prezydenta Baracka Obamy oraz chińskiego przywódcy ­

Hu Jintao o współpracy USA i Chin w dziedzinie rozwijania technologii pozyskiwania gazu niekonwencjonalnego. Prawdopodobnie więc za kilka lat dane o potwierdzonych ilościach gazu niekonwencjonalnego na świecie zostaną poważnie zrewidowane w górę, co zapewne przełoży się na dalszy spadek cen tego paliwa.

Do wydobycia gazu ze złóż niekonwencjonalnych konieczne jest wykonanie skomplikowanych i kosztochłonnych zabiegów (jeden odwiert w Polsce kosztuje około 15 milionów dolarów), w tym wiercenia długich odcinków poziomych otworów i wielokrotnych szczelinowań.

Z uwagi na relatywnie niewielki zasięg drenażu konieczne jest ponadto wykonanie gęstej siatki wierceń. Jednak dzięki rozwojowi technologii USA w r. 2009 po raz pierwszy wyprzedziły Rosję pod względem wydobycia gazu ziemnego. W 2015 r. gaz niekonwencjonalny może stanowić już ponad 60 proc. wydobycia tego surowca w USA. Zgodnie z prognozami amerykańskich agend rządowych, gazu powinno starczyć na 90 lat obecnych potrzeb. W jego pozyskiwanie angażują się największe amerykańskie koncerny energetyczne - ExxonMobil, Chevron, ConocoPhillips. Ich przedstawiciele pojawili się także w Europie.

Europa się waha

Od wielu miesięcy jesteśmy świadkami publicznej dyskusji na forum różnych agend Unii Europejskiej na temat tego, czy gaz niekonwencjonalny jest wielką szansą na niezależność i gospodarcze bogactwo krajów, w których znajdują się złoża (w tym Polski), czy wielkim zagrożeniem dla środowiska naturalnego. Do ataku ruszyli połączeni wspólnym frontem ekolodzy, lobbyści różnych firm postrzegających nowe źródło gazu jako zagrożenie własnych interesów - producenci i dostawcy gazu ziemnego z różnych stron czy producenci energii jądrowej. W Parlamencie Europejskim pojawiły się projekty rezolucji i alarmistyczne raporty sporządzane przez zaprzyjaźnione instytuty badawcze. Ich wspólnym celem jest doprowadzenie do uchwalenia jakiejś formy zakazu czy ograniczeń w prowadzeniu prac poszukiwawczych i wydobywczych opartych na metodach szczelinowania hydraulicznego. Ewentualne ustanowienie tego typu obostrzeń będzie miało poważny wpływ na poszukiwania gazu w ogóle, również w złożach konwencjonalnych. Warto zwrócić uwagę, że zabieg szczelinowania wykonywany był i jest od lat również w złożach konwencjonalnych o słabszych właściwościach zbiornikowych.

Najdalej poszli posłowie w parlamencie Francji, którzy skutecznie przegłosowali moratorium na prowadzenie prac poszukiwawczych i wydobywczych z wykorzystaniem szczelinowania. Władze w Wielkiej Brytanii pod wpływem środowisk ekologicznych najpierw wstrzymały prace poszukiwawcze (w obawie o trzęsienia ziemi, jakie rzekomo mogłyby zostać wywołane), potem po konsultacjach z naukowcami cofnęły zakaz. Media europejskie, także w Polsce, poświęcają dużo miejsca na opisywanie "nowej gorączki złota", do której często porównywany jest trwający właśnie "boom na łupki". Warto odnotować fakt kolejnych sukcesów firm szukających kapitału na rozedrganych giełdach. Inwestorzy giełdowi w ogarniętej kryzysem gospodarce światowej uznają poszukiwanie i wydobywanie gazu niekonwencjonalnego za jeden z pewniejszych interesów w tych niepewnych czasach.

Polska szansa

Nie ulega wątpliwości, że w polskim interesie leży jak najszybsza weryfikacja posiadanych złóż oraz uruchomienie przemysłowego wydobycia gazu niekonwencjonalnego. Trzeba mieć jednocześnie świadomość, że działania te poważnie niepokoją Rosję, dotychczasowego lidera w wydobyciu i największego dostawcy gazu na świecie, odpowiedzialnego za niemal 40 proc. importu do krajów UE.

W publikacji umieszczonej w gazecie "Kommiersant" pojawił się fragment raportu opracowanego dla Gazpromu. Eksperci rosyjskiego gazowego potentata stwierdzili, że rosnąca produkcja gazu z łupków oraz gazu zamkniętego w USA przyczyniła się w 2009 r. do znaczących spadków cen gazu ziemnego na świecie. Ale zagrożone są także interesy takich dostawców gazu konwencjonalnego jak Norwegia, dostarczająca ponad 25 proc. importowanego gazu do UE, czy Algieria oraz Katar.­

Amerykańskie koncerny szukają już złóż gazu niekonwencjonalnego w Europie, czyli na głównym rynku eksportowym Gazpromu. Obiecujące dla nich są m.in. Austria, Szwecja oraz przede wszystkim Polska. Dzięki dużemu zainteresowaniu tych firm polskim rynkiem od 2010 r. zintensyfikowano prace badawcze mające na celu ustalenie rzeczywistego poziomu polskich zasobów gazu niekonwencjonalnego. Prace poszukiwawcze są intensywnie prowadzone na zlecenie Ministerstwa Środowiska przez Państwowy Instytut Geologiczny (pełniący funkcje Państwowej Służby Geologicznej), który współpracuje z innymi ośrodkami naukowymi (Akademią Górniczo-Hutniczą oraz Instytutem Nafty i Gazu). Największe nadzieje związane są z obszarem przecinającym szerokim pasem Polskę

z północnego zachodu na południowy wschód, od Pomorza przez Mazowsze i zachodnie Podlasie po Lubelszczyznę. Złoża te mogą występować na głębokości od 2500-3000 m we wschodniej części tego pasa do 4000-4500 m w jego części zachodniej.

PGNiG liderem

Najwięcej koncesji na poszukiwania w Polsce (15) posiada dzisiaj PGNiG S.A. Spółka prowadzi obecnie prace na odwiercie Lubocino-1 w okolicach Wejherowa, gdzie wstępne wyniki dają obiecujące nasycenie gazu. W połowie września, po przeprowadzonych zabiegach szczelinowania uzyskano przypływ gazu. Zapłonęła flara, co oznacza, że rozpoczęto próbne wydobycie. Jeśli wszystkie prace będą prowadzone zgodnie z planem, to wydobycie komercyjne może rozpocząć się w 2014 roku. Jednak zanim to nastąpi konieczne jest wykonanie jeszcze co najmniej kilku odwiertów. Biorąc pod uwagę m.in. warunki geologiczne, czas pozyskania danych geologicznych, rozwój gospodarki, system prawny, technologie oraz warunki finansowe, wymiernych efektów poszukiwań gazu ze złóż niekonwencjonalnych można się spodziewać najwcześniej za ok. 10 lat. Poza PGNiG koncesje poszukiwawcze posiadają również Grupa Lotos, PKN Orlen. Wśród koncesjonariuszy nie brakuje światowych potentatów, jak Exxon Mobil, Chevron, Conoco Philips czy Marathon Oil.

Dostępny nie znaczy opłacalny

Wydobycie gazu, a nawet wywołanie jego dopływu do odwiertów wymaga znacznego powiększenia powierzchni dopływu, co jest osiągane przy zastosowaniu technologii masywowego hydraulicznego szczelinowania. Niezbędnym jest koncentracja sprzętu, pomp do wtłoczenia dużych ilości chemicznie przygotowanej cieczy (wody) pod wysokim ciśnieniem, która rozwarstwia skały i wytwarza szczeliny. Logistyka działań znacznie przewyższa podobne operacje przy złożach konwencjonalnych lub przy złożach gazu związanego.­

Charakterystyczną cechą procesów eksploatacji złóż gazu łupkowego jest gęsta sieć odwiertów, ich liczba znacznie przewyższa liczbę odwiertów na złożach konwencjonalnych. Już klasyczne złoże gazu łupkowego Barnett w Teksasie (USA) było rozwiercane od 1980 r. ok. 12 tys. odwiertów, częściowo już nieczynnych. Tylko w latach 2002-2006 wykonano aż 2 tys. odwiertów poziomych (firma Devon Energy). Średnia gęstość wierceń na złożach w USA to jeden odwiert na 16 do 65 hektarów, ale również do 16 odwiertów/km2. Obecnie z jednego miejsca o znacznej powierzchni wierci się 20 do 40 odwiertów.

Dlaczego do podtrzymania wydobycia gazu potrzebna jest tak duża liczba odwiertów? Dlatego że fizyka i obraz przepływu w złożach gazu łupkowego są inne niż w złożach konwencjonalnych. W materii organicznej (kerogen) jest to przepływ dyfuzyjny, a dopiero w szczelinach i samym odwiercie jest przepływem ciągłym. Odwierty mają niewielki, w porównaniu do złóż konwencjonalnych zasięg, ich wydajność szybko osiąga maksimum, ale jednocześnie szybko maleje - po ok. 3 latach jest to zwykle 50 proc. wydajności początkowej. Krótkotrwała, maksymalna wydajność waha się w przedziale od 1 mln m3/miesiąc do ponad 4 mln m3/miesiąc. Natomiast całkowite skumulowane wydobycie z jednego odwiertu waha się od 10 mln m3 do 80 mln m3 (średnio 45 mln m3) w okresie kilku (6-8) lat funkcjonowania odwiertu. Stąd dla podtrzymania pożądanego wydobycia koniecznym jest wiercenie dodatkowych odwiertów. Nie cała ilość gazu zakumulowana w złożu może być wydobyta, lecz tylko jego część. W aktualnym stanie technologii (USA) czerpanie zasobów wynosiło od 8 proc. do 30 proc., jednak dalsze udoskonalenia technologiczne mogą podnieść czerpanie gazu do ok. 40 proc. Wiąże się to z kosztami i podniesieniem ceny jednostkowej gazu łupkowego. Dlatego też w USA rozróżnia się zasoby technicznie wydobywalne (ok. 70 proc. zasobów w złożu) i wydobywalne w sposób ekonomicznie uzasadniony (ok. 30 proc. do 40 proc. zasobów technicznie wydobywalnych). Dla porównania: w złożach konwencjonalnych współczynnik wydobycia gazu osiąga wartości 60 proc. do 80 proc., i więcej.

W Ameryce się udało

Ekonomiczny szacunek opłacalności eksploatacji złóż gazu łupkowego w USA - bo na razie tylko tam i w Kanadzie gaz jest wydobywany w znaczących gospodarczo ilościach - wygląda pozytywnie. Średnia wartość zdyskontowanego zysku, osiągnięta z produkcji pojedynczego poziomego odwiertu na złożu Barnett, i odniesiona do poziomu cen w 2008 r. (tzw. NPV - net present value) wyniosła 580 000 USD. W obliczeniach uwzględniano: koszta wierceń i koszta operacyjne, podatki w USA, ­10-procentową stopę dyskontową i cenę gazu na głowicy odwiertu - powierzchnia ziemi). Jednakże mediana zysku jest równa wartości 0, to znaczy produkcja połowy odwiertów nie daje zysku, przy założonej cenie gazu na głowicy (wylocie)­ odwiertów równej ok. 207 USD/1000 m3. Opłacalność wydobycia w USA, dla wszystkich złóż Barnett, mieści się w przedziale cen na wylocie odwiertów od ok. 140 USD/1000 m3 do ok. 450 USD/1000 m3 (przy 10-proc. stopie dyskontowej). Biorąc pod uwagę powyższy przegląd należy podkreślić, że chociaż złoża gazu łupkowego były od dawna zlokalizowane i geologom znane, to dopiero od niedawna, i to wyłącznie za sprawą USA, zostały włączone do eksploatacji. Bezpośrednim powodem było zmniejszenie zasobów konwencjonalnych w Ameryce Północnej, przede wszystkim w USA, oraz rosnące ceny ropy naftowej i gazu ziemnego. Rosłaby zależność energetyczna USA, których firmy zamierzały wybudować ok. 40 terminali dla importu skroplonego gazu ziemnego (LNG). Gaz łupkowy spowodował wstrzymanie realizacji tych planów i jednocześnie był powodem zwolnienia do handlu dużych ilości gazu skroplonego. Autorem i głównym twórcą podstaw technologii wydobycia gazu łupkowego był prof. S. Holditch z Pensylvania State University. Poza USA i Kanadą nie prowadzono eksploatacji złóż gazu łupkowego. W krajach posiadających na swym terytorium złoża gazu łupkowego, w tym w Polsce, trwają wstępne wiercenia rozpoznawcze, które mają doprowadzić do ostatecznej oceny zasobów oraz wyboru optymalnej technologii, adekwatnej do warunków geologicznych.

Warto zwrócić uwagę na istotne różnice pomiędzy Polską a USA, dotyczące warunków poszukiwań i wydobywania gazu, które mogą mieć wpływ na sytuację tej branży w naszym kraju. Po pierwsze polskie złoża gazu zalegają znacznie głębiej, niż ma to miejsce w USA, co przekłada się na koszt, jaki trzeba będzie ponieść, aby się do niego dostać. Parametry geologiczne i geochemiczne kompleksów w łupkach w Polsce są z reguły gorsze od formacji łupkowych w basenach USA, które stanowią klasyczne przykłady basenów z gazem w łupkach (np. łupki Barnett w basenie Fort Worth w Teksasie). Polski gaz znajduje się na terenach mocno zurbanizowanych, co może stać się przyczyną wielu konfliktów z mieszkańcami. Nasza skłonność do oprotestowania każdej inwestycji jest powszechnie znana. A to znów może się przełożyć na wyższe koszty. Polska jako kraj UE ma znacznie bardziej restrykcyjne przepisy z zakresu ochrony środowiska. Aż 41,52 proc. powierzchni Polski to obszary objęte różnego rodzaju ochroną przyrodniczą. Nie bez znaczenia jest także zupełnie odmienny system podatkowy utrudniający rozliczenie kosztów poszukiwań i przygotowania złóż do wydobycia.

Pytania o ekologię

Doprowadzenie dużej ilości wody i jej powrotna utylizacja jest następnym, istotnym problemem. Z doświadczeń firm amerykańskich wynika, że problemem natury ekologicznej jest utylizacja wody wynoszonej przez odwierty wraz z gazem. W jednym poziomym odwiercie wymagane są duże ilości wody rzędu 10000 m3 do 20000 m3 koniecznej do wykonania kilku szczelinowań (4 do 15). Ta częściowo powracająca szczelinująca ciecz woda może zawierać cząsteczki otaczających skał, w tym ciężkie metale oraz skały i minerały w sposób naturalny radioaktywne. Ten element technologii może stanowić potencjalne zagrożenie dla środowiska, o ile woda nie jest oczyszczana i właściwie zagospodarowana. Stąd dążność w badaniach, nad możliwościami zmniejszenia ilości wody w procesach szczelinowania warstw. Inżynieria wodna w eksploatacji złóż gazu łupkowego ma duży wpływ na koszta eksploatacji złóż gazu, podobnie jak umiejętne wykorzystanie modelowań geomechanicznych warstw złożowych. Warto w tym miejscu wspomnieć o pracach poszukiwawczych związanych z gazem łupkowym PGNiG na Markowoli. Rok po wykonaniu zabiegów szczelinowania teren jest zrekultywowany. Co istotne, badania m.in. wód gruntowych, gleby przed i po zabiegach szczelinowania nie wykazały żadnych zmian.

Szansa na niezależność

W 2011 r. liczba koncesji przyznanych przez Ministerstwo Środowiska na poszukiwania gazu niekonwencjonalnego w Polsce wyniosła ponad 100. Zainteresowanych jest wiele firm naftowych, tak z USA, jak i krajów europejskich. ­Ale o rzeczywistych zasobach wydobywanych w sposób ekonomicznie uzasadniony będzie można powiedzieć i stosowne decyzje podjąć dopiero po zakończeniu badań testowych. W przy-

padku pozytywnych rezultatów należy się liczyć z dużymi początkowymi kosztami eksploatacyjnymi, w tym wierceń, i rozbudową infrastruktury technicznej. Koszta wydobycia gazu łupkowego mogą być początkowo wyższe niż gazu konwencjonalnego, nawet importowanego. W miarę rozwoju zarówno procesu eksploatacji, jak i technologii powinny one spadać. Konieczne będą również modyfikacje w regulacjach prawnych dotyczących ochrony interesów Skarbu Państwa.

Biorąc jednak pod uwagę wszystkie czynniki, mamy szansę na gazową niezależność, mamy też szansę, aby Polska z importera stała się eksporterem gazu ziemnego. Warto więc zrobić wszystko, aby z tej szansy skorzystać.

Stanisław Rychlicki jest profesorem zwyczajnym, kierownikiem Katedry Inżynierii Naftowej WWNiG AGH, przewodniczącym Rady Nadzorczej PGNiG S.A.

Jakub Siemek jest profesorem zwyczajnym, prof. honorowym AGH, wybitnym specjalistą w zakresie inżynierii gazowniczej, członkiem korespondentem PAU i PAN.