Jaki wpływ może mieć poszukiwanie i eksploatacja gazu z łupków na stan wód podziemnych?
Wody podziemne są jednym z najważniejszych elementów środowiska, na który może oddziaływać trwający obecnie w Polsce proces poszukiwania i rozpoznawania złóż gazu z łupków. Główne problemy dotyczą potrzeb wodnych oraz możliwości zanieczyszczenia wód podziemnych na etapie wiercenia otworów oraz przeprowadzania zabiegów stymulacji złoża (szczelinowanie hydrauliczne). Działania związane z poszukiwaniem oraz eksploatacją niekonwencjonalnych złóż węglowodorów nasuwają wiele pytań odnośnie ochrony i możliwości wykorzystania wód podziemnych. Odpowiedzi na większość z nich zostały zawarte w niniejszym artykule.
Ochrona jakości wód podziemnych w czasie prac związanych z poszukiwaniem i eksploatacją gazu z łupków.
Przebieg prac związanych z poszukiwaniem i rozpoznawaniem oraz eksploatacją niekonwencjonalnych złóż węglowodorów (gazu z łupków), a także aktualnie dostępne i powszechnie stosowane technologie powodują, że potencjalnych zagrożeń wód podziemnych można spodziewać się na etapie:
- wiercenia otworu,
- zabiegów stymulacji złoża (szczelinowanie hydrauliczne),
- eksploatacji (wydobycie gazu z otworu),
- likwidacji otworu i rekultywacji terenu.
Etap wiercenia otworu
Łupki gazonośne występują w Polsce średnio na głębokości 3-5 km, na obszarach o odmiennej budowie geologicznej i zróżnicowanych warunkach hydrogeologicznych. Maksymalną głębokość występowania wód słodkich w Polsce szacuje się na około 300 m od powierzchni terenu. Wartość ta jest zmienna i zależy nie tylko od uwarunkowań regionalnych, ale także lokalnych. Na przykład w Polsce północnej poziomy wodonośne występują na głębokości 200-300 m p.p.t., a w Polsce południowo-wschodniej (rejon Lublina i Zamościa) na głębokości nie przekraczającej 160 m p.p.t.
W obszarze prowadzonych obecnie prac poszukiwawczych za gazem łupkowym występują również wody mineralne i termalne. Głębokość występowania wód mineralnych wynosi od 200 m p.p.t. (okolice Torunia) do poniżej 500 m p.p.t. (np. na północ i północny-zachód od Lublina). Wody termalne natomiast występują na głębokości do około 2500 m p.p.t. (Hydrogeologia regionalna Polski tom II, PIG, 2007r.).
Głębokość zalegania łupków gazonośnych powoduje, że wiercenie musi zostać przeprowadzone przez lokalnie występujące poziomy wodonośne, stanowiące niekiedy jedyne źródło zaopatrzenia ludności w wodę.
W trakcie wiercenia otworu do zanieczyszczenia wód podziemnych może dojść w wyniku:
- migracji cieczy technologicznych lub gazu – w przypadku nieprawidłowej konstrukcji otworu,
- przedostania się zanieczyszczeń z powierzchni terenu (np. substancji ropopochodnych z pracujących pojazdów i maszyn) – w przypadku nieprawidłowego zabezpieczenia powierzchni terenu,
- nieprzewidzianych zdarzeń (np. awaria urządzeń wiertniczych i związany z tym wyciek cieczy technologicznych).
Ryzyko zanieczyszczenia wód podziemnych na tym etapie prac eliminowane jest skutecznie poprzez:
- prawidłowe rozpoznanie budowy geologicznej oraz warunków hydrogeologicznych przez inwestora (m.in. badania geofizyczne). Odpowiednie rozpoznanie umożliwia zaprojektowanie i wykonanie otworu wiertniczego w sposób gwarantujący bezpieczeństwo dla wód podziemnych (Ryc.1). Badania sejsmiczne wykonane zgodnie z procedurami nie stanowią zagrożenia dla jakości wód podziemnych,
- izolowanie podczas wiercenia poziomów wodonośnych kolumnami rur okładzinowych, które cementowane są w całym przelocie (Ryc.2). Właściwa konstrukcja otworu potwierdzana jest badaniami szczelności cementowania pod nadzorem Okręgowych Urzędów Górniczych,
- zabezpieczenie powierzchni terenu wiertni folią i płytami betonowymi w strefie bezpośredniego sąsiedztwa otworu oraz zbiorników na paliwo i substancje chemiczne, a także zastosowanie odpowiedniego systemu drenażu i odprowadzania wód opadowych z terenu wiertni,
- stały nadzór właściwych terytorialnie Okręgowych Urzędów Górniczych oraz kontrola instytucji państwowych (PIOŚ, WIOŚ, GIOŚ, RDOŚ) w zakresie wpływu na środowisko przyrodnicze.
Do wyeliminowania ryzyka zanieczyszczenia wód podziemnych przyczynia się również głębokość występowania łupków gazonośnych. Obecność nad formacją eksploatowaną nadkładu warstw nieprzepuszczalnych w sposób naturalny izoluje poziomy wodonośne wód słodkich znajdujące się na głębokości do 300 m od powierzchni terenu (Ryc.3).
Etap przeprowadzania zabiegów stymulacji złoża – szczelinowanie hydrauliczne
Szczelinowanie hydrauliczne jest zabiegiem technologicznym, dzięki któremu w formacji łupkowej powstaje sieć drobnych spękań. Spękania tworzą drogi dla migracji gazu i umożliwiają wydostanie się gazu poprzez otwór wiertniczy na powierzchnię terenu. Zazwyczaj zasięg propagacji szczelin na skutek szczelinowania hydraulicznego zamyka się w odległości ok. 100 m od otworu.
Zabieg szczelinowania (Ryc.4) polega na sekwencyjnym wtłoczeniu pod dużym ciśnieniem do poziomego odcinka odwiertu cieczy technologicznej (tzw. płynu szczelinującego) z proppantem (materiałem podsadzkowym). Bazą płynu szczelinującego jest woda (ponad 90 %) z dodatkiem środków chemicznych (mających na celu obniżenie tarcia wewnętrznego płynu, zmniejszenie lepkości, przeciwdziałanie pęcznieniu hydrofilnych minerałów ilastych), bakteriobójczych oraz substancji żelujących, które zapobiegają opadaniu proppantu na dno otworu.
W trakcie przeprowadzania zabiegów stymulacji złoża ryzyko zanieczyszczenia wód podziemnych związane jest z:
- migracją cieczy szczelinującej lub gazu - w przypadku udrożnienia lokalnych stref dyslokacyjnych (uskoków),
- nieprzewidzianą propagacją szczelin – niekontrolowaną migracją gazu lub płynów technologicznych,
- przedostaniem się zanieczyszczeń z powierzchni terenu (np. rozlanie się płynu szczelinującego, przecieki z wadliwie wykonanych zbiorników ziemnych na płyn zwrotny),
- nieprzewidzianych zdarzeń (np. awarii urządzeń i spowodowanego tym, niekontrolowanego wylania się płynów technologicznych).
Ryzyko zanieczyszczenia wód podziemnych na tym etapie prac eliminowane jest poprzez:
- przeprowadzenie przez inwestora badań geofizycznych przed przystąpieniem do etapu wiercenia otworu. Prawidłowa analiza wyników badań geofizycznych oraz archiwalnych danych geologicznych praktycznie eliminuje zaprojektowanie prac w strefie występowania lokalnych stref dyslokacyjnych,
- naturalny, duży nadkład utworów nieprzepuszczalnych (co najmniej 3-4 km),
- zabezpieczenie powierzchni terenu wiertni folią i płytami betonowymi w strefie bezpośredniego sąsiedztwa otworu oraz zbiorników na paliwo i substancje chemiczne, a także zastosowanie odpowiedniego systemu drenażu i odprowadzania wód opadowych z terenu wiertni,
- stały nadzór właściwych terytorialnie Okręgowych Urzędów Górniczych oraz kontrola instytucji państwowych (PIOŚ, WIOŚ, GIOŚ, RDOŚ) w zakresie wpływu na środowisko przyrodnicze.
Etap eksploatacji – wydobycie gazu z otworu
Etap eksploatacji może być prowadzony przez kilkadziesiąt lat. Eksploatacja może się odbywać za pomocą kilkudziesięciu otworów horyzontalnych wykonanych na pojedynczym obszarze.
Zagrożeniem dla wód podziemnych będzie wówczas:
- czas trwania eksploatacji. Z upływem czasu może dojść do korozji rur okładzinowych oraz rozszczelnienia cementu. Umożliwi to przedostanie się gazu do warstw wodonośnych,
- możliwość przedostania się zanieczyszczeń z powierzchni terenu,
- nieprzewidzianych zdarzeń (np. awarii urządzeń).
Ryzyko to można jednak wyeliminować poprzez:
- prowadzenie w okresie produkcji stałego monitoring jakości zabezpieczeń w otworze,
- zabezpieczenie powierzchni terenu wiertni folią i płytami betonowymi w strefie bezpośredniego sąsiedztwa otworu oraz zastosowanie odpowiedniego systemu drenażu i odprowadzania wód opadowych z terenu wiertni.
Etap likwidacji otworu i rekultywacji terenu
Etap likwidacji otworu oraz rekultywacji terenów dotyczy prac przeprowadzanych po zakończeniu eksploatacji. Celem jest przywrócenie pierwotnej funkcji terenu. Podczas etapu likwidacji otworów w wyniku nieprawidłowo przeprowadzanych prac może dojść do:
- emisji gazu złożowego i do zanieczyszczenia wód podziemnych gazem.
W przypadku etapu likwidacji ryzyko to można zmniejszyć poprzez:
- wykonanie zgodnie z wymogami prawnymi likwidacji otworu (np. zastosowanie korków cementowych lub barier mechanicznych w celu odizolowania gazu złożowego od warstw wodonośnych), na podstawie planu zatwierdzonego przez odpowiedni organ państwowy (Okręgowe Urzędy Górnicze),
- prowadzenie w okresie likwidacji stałego monitoringu jakości zabezpieczeń w otworze (szczelności otworu).
Po etapie likwidacji w bardzo rzadkich sytuacjach może dojść do rozszczelnienia otworu i migracji gazu złożowego do warstw wodonośnych oraz ku powierzchni terenu. Wówczas inwestor powinien opracować plan działań naprawczych i współpracować z odpowiednim organem państwowym w celu zminimalizowania wpływu na środowisko przyrodnicze oraz szybkiej naprawy szczelności zlikwidowanego otworu.
autorzy: Magdalena Nidental i Małgorzata Woźnicka
Spis literatury:
- B. Paczyński, A.Sadurski red. Hydrogeologia regionalna Polski tom II, PIG-PIB Warszawa 2007
