Břidlice jsou usazené horniny, uložené v ploše spíše rovnoběžně (souběžně s povrchem) než do hloubky. Klasický vertikální vrt tedy zasahuje do břidlice jen velmi malou částí a byl by tudíž pro těžbu neučinný. U těžby plynu z břidlic je proto nutné, aby co nejdelší vrt procházel břidlicí, protože plyn se dá extrahovat jen v relativně blízkém okolí vrtu.
Proces těžby břidlicového plynu
Těžba začíná vybudováním kapacitní dopravní infrastruktury (pokud nelze využít již existující komunikace), která umožňuje těžkou nákladní dopravu. V místě vrtu je třeba připravit vrtnou základnu, která představuje zábor území o rozloze 1 až 3 hektary.
Vybudování vrtné základny a vrtání
- Ve vhodné lokalitě firma vytvoří prostor a zabezpečí jej před únikem použitých kapalin do okolí a půdy.
- Zahloubí úvodní kolonu. Vyvrtá klasický svislý vrt.
- Pracuje se ve více fázích s postupně se zmenšujícím průměrem vrtné hlavice.
- Vrt se zajišťuje vsouváním ocelových trubek a cementováním. Pro dokonalé oddělení vrtu od aquiferů se v této fázi osadí do vrtu ocelová trubka, tedy technická kolona a zacementuje se.
- Hloubka vrtu může být 1 až 5 kilometrů a svisle se vrtá až do hloubky asi sto metrů nad břidlicovou vrstvou s plynem.
- Po skončení vrtání se opět vytáhne a do vrtu se zasune tenčí trubka (těžební kolona) a opět zacementuje.
- V blízkosti povrchu a v místech, kde se může vyskytovat podzemní voda, je vrt utěsněn sendvičem z několika ocelových trubek a vrstev cementu mezi nimi.
- U těžby plynu z břidlic je proto nutné, aby těžaři v blízkosti vrstvy břidlice stočili hlavu vrtáku do úhlu a vrtali horizontálně.
Vrtná věž i vrtná základna bývá z důvodu nepřetržitého provozu i z důvodu bezpečnosti letového provozu trvale osvícena po celou dobu provádění vrtu až do doby demontáže vrtné věže. Z důvodu minimalizace dopadů na obyvatelstvo bývají vrty umisťovány mimo současně zastavěné území do volné krajiny.
Hydraulické štěpení
Vytvořit samotný vrt ale nestačí, protože množství plynu uniklé z břidlic samovolně je velmi malé. Je proto nutné v hornině vytvořit velké množství malých trhlin, které plynu umožní uniknout.
Při hydraulickém štěpení se do vrtu pod tlakem napumpuje velké množství vody a písku s malou příměsí různých chemických přísad. Přídavné chemikálie plní mnoho různých funkcí a jsou hlavním ekologickým problémem těžby. Hydraulické štěpení se nedělá v celé délce vodorovné části najednou, ale po sekcích (zpravidla 8 až 12). Jednotlivé části se od sebe oddělují speciálními zátkami, které se nakonec odstraní. Pak přijde na řadu zmíněné hydraulické štěpení, které tlakem vody trhliny rozšíří a rozvětví podél přirozených zlomů a slabších míst v hornině.
Čtěte také: Vlastnosti a využití betonového obkladu
Obecně řečeno je do jednotlivých vrtů k těžbě břidlicového plynu při hydraulickém štěpení zapotřebí napumpovat okolo 8-16 milionů litrů vody. Objem použité vody se samozřejmě mění vrt od vrtu. Tato voda pochází většinou z přírodních nádrží, řek, jezer, ale může být také používána podzemní voda, voda ze studen, recyklovaná voda z jiného průmyslového použití.
Pro přípravu štěpného roztoku je třeba dodání chemických látek o objemu v řádu minimálně desítek m3 a stovky tun propanantového písku pro otevření trhlin. Po provedení hydraulického štěpení se zpět vrací 15-80 % objemu frakční vody, část chemických látek tedy zůstává trvale v podloží. Chemické složení štěpící kapaliny se určuje dle charakteru hornin na základě fyzikálních vlastností prostředí, tlaku, hloubky, teploty a vrtného zařízení atd. V procesu podpovrchového frakování za účelem uvolnění plynu se přidává do vody asi 0,5 % chemikálií podporujících průběh frakování. Jedná se především o látky snižující tření, látky zamezující korozi, látky likvidující mikroorganismy a další složky.
Technologie hydraulického štěpení jsou používány v posledních několika desetiletích. Horizontální vrtání se používá i při konvenční těžbě ropy a plynu již od 30. let v různých hloubkách při těžbě na kontinentu i na moři (offshore ložiska). Hydraulické štěpení samostatně se používá a používalo v ložiskovém inženýrství při intenzifikacích vrtů po nebo v průběhu těžby.
Těžba břidlicového plynu i ostatních nekonvenčních zdrojů nutně vyžaduje využívání technologie hydraulického štěpení, bez které by těžba nebyla efektivní.
Dokončení a obnova
Kapalina použitá pro hydraulické štěpení se poté odčerpá zpět do nádrží na povrchu, podle potřeby se pročistí a znovu použije nebo se vhodným způsobem ekologicky likviduje.
Čtěte také: Vše, co potřebujete vědět o betonových plotech s imitací břidlice
Nakonec se osadí potřebné těžební zařízení, postaví plynovod a může se začít s čerpáním plynu. Z vrtné základny se postupně odstraní vrtná věž, většina dosud potřebného technického vybavení, odstraněny bývají i menší jímky na zpětný odtok frakční kapaliny z vrtu a na místě zůstává trvale zhlaví vrtu s ventily a nejnutnější zařízení pro zpracování surového plynu (rafinaci), což představuje různé množství cisteren na kondenzát a různá technická zařízení, jejichž množství i velikost se místo od místa liší. Následně bývá cca polovina plochy vrtné základny rekultivována odstraněním zpevněného povrchu a zatravněním.
Geologické aspekty a optimalizace vrtů
Plynonosné jílovce-břidlice se nalézají obvykle v hloubkovém intervalu 2 km až 6 km pod povrchem. V hloubkách pod 5 km roste riziko snížené propustnosti pro plyn a mnohem vyšších vrtných a těžebních nákladů. Oblasti zdrojů břidličného plynu mnohdy sousedí s konvenčními ložisky ropy a zemního plynu. Pokud tedy pánve a formace mají vysoké obsahy jílu nebo velkou složitost geologické stavby, jsou často kategorizovány jako neperspektivní a vyloučeny z odhadů množství břidlicového plynu.
Je ale zřejmé, že následné, intenzivnější a na menší ploše provedené odhady mohou identifikovat příznivější oblasti pánví, takže části pánve, o kterých se v současnosti soudí, že jsou neperspektivní, mohou být vyhodnoceny jako potenciální zdroje břidlicového plynu.
Na rozdíl od těžby konvenčních zdrojů zemního plynu je kvůli malé propustnosti zdrojové horniny zapotřebí umístit v krajině velké množství vrtů tak, aby horizontální vrty v hloubce co nejvíce a v co největší hustotě pokryly celou plynonosnou vrstvu. Dosah účinnosti hydraulického štěpení je totiž obvykle okolo 50 m od vrtu. Pro efektivní využití plynových polí je při těžbě břidlicového plynu umísťováno až 6 vrtů na 1 km2, průměrná hustota vrtů na plynových polích v USA se pohybuje v rozmezí 1 vrt na 1,4-2,4 km2, což je dáno vlastnickými poměry a přirozenými překážkami. Při realizaci těžby mnohde docházelo k dodatečnému zahušťování vrtů oproti původním předpokladům pro ještě efektivnější vyčerpání ložiska.
Menší počet vrtných základen je podmíněn těžbou pomocí svazkových vrtů, kdy je z jedné vrtné základny pomocí směrového vrtání provedeno až 16 jednotlivých vrtů. Při průzkumu NZPB v oblasti zhruba 1,5 km2 je třeba průměrně odvrtat 16 vertikálních vrtů, každý umístěný na speciální vrtné základně. Alternativně se provádí 6-8 horizontální vrtů (často spíše více), které jsou všechny vrtány z jedné vrtné základny, což umožňuje redukci počtu těchto základen, četnost dopravy, náklady na jejich budování atd. Těmto vrtům předchází odvrtání testovacího vrtu včetně testu hydraulického štěpení na jednu vrstvu - úsek pro nastavení parametrů štěpení (objem vtláčené vody a chemikálií), ověření tlaků, hloubek atd. Testy jsou také obvykle zahájeny testem cementace, zapažení vrtu a jeho konstrukce.
Čtěte také: Moderní dekory Fatra Thermofix
Environmentální aspekty a rizika
Vlastní vrtání a zejména provoz při provádění hydraulického štěpení působí značný hluk. Do okolí vrtu se může šířit zápach různých uhlovodíků (nejčastěji bývá zmiňován benzen a toluen), které vznikají spalováním nafty množstvím dieselových motorů pohánějícími technologické aparatury nutné k těžbě a které mohou také unikat zejména z technologie úpravy surového plynu, odpařování kapalných příměsí, nebo díky odpouštění surového (tzv. mokrého) plynu na počátku těžby. Zdrojem zápachu bývají také jímky či laguny na zachycení kontaminované vody, která se vrací zpět z vrtu na povrch po provedeném hydraulickém štěpení. Tyto nádrže bývají obvykle budovány poblíž vrtů.
Chemické látky a nakládání s odpadními vodami
Nebezpečné průmyslové odpadní vody, které vznikají při použití technologie hydraulického štěpení ve velkých objemech řádu až desítek tisíc m3 na 1 vrt, bývají v některých případech recyklovány a využívány na dalších vrtech nebo alespoň dočasně ukládány na lagunách, které obvykle dosahují plochy 0,25 až 1 hektaru a hloubky několik metrů. Mají podobu otevřené nádrže utěsněné plastovou fólií. Někdy bývají budovány i pro čistou vodu, která bude teprve pro technologii hydraulického štěpení použita.
V USA bylo mezi lety 2005 až 2008 hlavními servisními olejářskými a plynařskými společnostmi použito více než 2500 chemických produktů, které obsahovaly 750 chemických látek a komponentů (US EPA, 2011). Podrobnější složení chemických aditiv používaných pro hydraulické štěpení pro jednotlivé vrty zveřejnily některé společnosti v USA až v nedávné době na internetových stránkách www.fracfocus.org. Jinde však je stále předmětem chráněného průmyslového tajemství.
Voda po hydraulickém štěpení s použitými chemikáliemi, propantovým pískem a dalšími vrtními substancemi je odčerpávána do přilehlých utěsněných odkališť, odkud je postupně odvážena k recyklaci v čističkách vody. Těžební firmy se někdy snaží objem této tekutiny minimalizovat odpařováním přímo z těchto nádrží. V některých státech USA bývají tyto nebezpečné tekutiny likvidovány také pomocí zatláčení použitých vrtných kapalin do podzemí v místech, kde to umožňují geologické (porózní a propustné horniny o dostatečné mocnosti nejméně 300 m) a hydrogeologické podmínky a za předpokladu dodržení patřičných podmínek ochrany životního prostředí a ochranných pásem vodních zdrojů. Na některých ložiscích ve Spojených státech byl dokonce postaven vodovod, dopravující použitou vodu na místo vtláčení.
Radioaktivita
V průběhu hydraulického štěpení se na povrch mohou dostat s vrtnou kapalinou také drobné úlomky hornin, představující materiál s nízkou přirozenou radioaktivitou, způsobenou především obsahy thoria, uranu a radia (přirozená radioaktivita pozadí). Se zemním plynem se na povrch dostává zejména izotop radonu 222. Pokud by tyto kapaliny zůstaly v odkalištích delší dobu, po odpaření a sedimentaci kalů je třeba tuto radioaktivitu průběžně monitorovat.
Regulace a skandály
Těžební společnosti většinou nezveřejňují plné chemické složení frakovacích kapalin a bagatelizují rizika spojená s chemikáliemi, které využívají v procesu těžby. Říkají, že se jedná o běžné chemikálie využívané v domácích čisticích prostředcích, kosmetice a potravinách, jejichž pozření nebo vdechnutí neohrožuje zdraví.
Federální zákony ve Spojených státech nenařizují firmám zveřejňovat chemické složení frakovacích kapalin. V jedenácti státech, kde to vyhlášky nebo zákony nevyžadují, nemusí firmy zveřejňovat úplné složení. Od roku 2011 zveřejnily některé firmy složení kapalin dobrovolně na stránce FracFocus, webu, který spravují státní regulátoři. Americká Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) nemůže na základě výjimky ze zákona o čisté a bezpečné pitné vodě regulovat vhánění frakovacích kapalin do podloží. Výjimka pro ropný a plynový průmysl umožňuje vhánět při frakování do podzemních zdrojů pitné vody nebo jejich okolí známé nebezpečné látky bez další kontroly. Tuto výjimku schválil Kongres USA při posledním čtení zákona o čisté energii v roce 2005. Agentura pro ochranu životního prostředí nyní vyšetřuje dopady frakování na kvalitu vody a na veřejné zdraví v návaznosti na řadu stížností a soudních žalob na snížení hodnoty nemovitostí, poškození zdraví a v jednom případě smrti 17 kusů dobytka, který se napil unikající frakovací kapaliny.
I v Evropě už se při frakování odehrála celá řada nehod, včetně té v německém Söhlingenu v roce 2007, kdy byly zdroje podzemní vody znečištěny benzenem a rtutí po úniku kapalin z odpadního potrubí. Ačkoli měly úřady k dispozici oficiální informace, veřejnost se o nehodě dozvěděla až v roce 2011.
Alternativní technologie
Některé firmy prohlašují, že spotřebu vody by mohlo snížit vylepšení technologií při použití gelů a pěn. Tyto technologie jsou nicméně stále ve fázi testů. Vedle užití vody a chemikálií je možné uvolňovat plyn jen pomocí zkapalněného plynu propanu. V tomto případě se významně snižuje zátěž na životní prostředí.
tags: #co #je #hydraulicke #stepeni #bridlice