Environmental impact of exploration from unconventional gas deposits in Poland

• Autorzy: Macuda J. , Konieczyńska M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/eces-2015-0043

Warianty tytułu

PL

Wpływ prac poszukiwawczych na środowisko w eksploracji niekonwencjonalnych złóż gazowych w Polsce

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Shale formations have been recently treated only as source rocks and sealing packages mainly of conventional deposits. At present shales, which have a considerable concentration of highly mature organic matter appearing in complexes of over 30 m thick are used as unconventional sources for natural gas production with the use of advanced drilling technologies. Natural gas production in such rock formations necessitates performing a horizontal section in the borehole and a big number of hydraulic fracturing jobs. The unconventional shale gas deposits have been prospected also in Poland for a couple of years. Exploration works mainly concentrate on a vast area passing from Pomerania through Mazowsze to the Lublin region in Poland. The analysis of the geologic analyses reveals that the most perspective are shales in the Lower Paleozoic at a depth of 2500 m in the eastern part to about 4000 m in the western part of the area. The paper is focused on the quantitative and qualitative evaluation of environmental impact of natural gas exploration works from unconventional deposits. Special attention was paid to the hydraulic fracturing jobs in shales, which create particular hazard for water and soil environment. These hazards already appear at the stage of preliminary works, when big quantities of chemicals and water for frac jobs are stored in the rig area, and then, during realization of works, when the spent hydraulic fracturing fluid may penetrate the water-bearing horizons in the caprock. The composition of fracturing fluid used in Gapowo B-1A well are given along with the results of chemical analyses of a few parts of spent fracturing fluid samples pumped out from the borehole. The fluid turned out to be high in salt (high specific electrolyte conductance (SEC) and total dissolved substances (TDS) and a high toxicity for most of the living organisms). For this reason the spent fracturing fluid should not enter the environment without control.

PL

Formacje łupków do niedawna traktowane były jedynie jako skały macierzyste i pakiety uszczelniające głównie dla złóż konwencjonalnych. Aktualnie w świecie skały łupkowe, które charakteryzują się znaczną koncentracją materii organicznej o wysokiej dojrzałości termicznej i występujące w kompleksach o miąższości powyżej 30 m, są wykorzystywane jako złoża niekonwencjonalne do eksploatacji z nich gazu ziemnego przy wykorzystaniu zaawansowanych technologii wiertniczych. Wydobycie gazu ziemnego z takich formacji skalnych wiąże się z wykonaniem w poziomym odcinku otworu dużej ilości zabiegów hydraulicznego szczelinowania skał. W Polsce od kilku lat prowadzone są również prace poszukiwawcze niekonwencjonalnych złóż gazu ziemnego w skałach łupkowych. Koncentrują się one głównie w szerokim pasie ich występowania, przebiegającym przez Polskę od Pomorza poprzez Mazowsze po Lubelszczyznę. Z analizy dotychczasowych badań geologicznych wynika, że najbardziej perspektywiczne jest występowanie tego typu złóż w skałach łupkowych dolnego paleozoiku, zalegających na głębokościach od 2500 m we wschodniej części tego pasa do około 4000 m w jego części zachodniej. W pracy skoncentrowano się głównie na ilościowej i jakościowej ocenie wpływu prac poszukiwawczych za gazem ziemnym w złożach niekonwencjonalnych na środowisko naturalne. Szczególną uwagę zwrócono na zabiegi hydraulicznego szczelinowania skał łupkowych, które stwarzają największe zagrożenia dla środowiska gruntowo-wodnego. Zagrożenia te występują już na etapie prac przygotowawczych, w wyniku magazynowania na wiertni dużych ilości środków chemicznych i wody do zabiegów szczelinowania oraz w trakcie ich realizacji w wyniku potencjalnej możliwości przedostania się płynu pozabiegowego do występujących w nadkładzie utworów wodonośnych. W pracy podano skład cieczy szczelinującej użytej do zabiegu w otworze Gapowo B-1A oraz wyniki analiz chemicznych kilku partii płynu pozabiegowego, odpompowanego z otworu. Stwierdzono jego wysokie zasolenie, przejawiające się wysokimi wartościami parametrów PEW i SSR oraz dużą toksyczność w stosunku do większości organizmów żywych. Z tego względu płyn pozabiegowy nie może dostawać się do środowiska w sposób niekontrolowany.

Słowa kluczowe

EN

natural gas; unconventional deposits; shale gas; exploration boreholes; environment; noise; drilling waste; hydraulic fracturing; fracturing fluid; spent fracturing fluid

PL

gaz ziemny; złoża niekonwencjonalne; gaz z łupków; otwory poszukiwawcze; środowisko; hałas; odpady wiertnicze; szczelinowanie hydrauliczne; płyn szczelinujący; ciecz pozabiegowa

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 22, nr 4
• Strony: 703--717
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., tab., rys., fot.

Twórcy

autor

Macuda J.

• Faculty of Drilling, Oil and Gas, AGH University of Science and Technology in Kraków, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland, phone [phone], fax [phone]

autor

Konieczyńska M.

• Polish Geological Institute - National Research Institute, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa, Poland, phone [phone], fax [phone]

Bibliografia

• [1] Unconventional Gas, Topic Paper #29: Working Doc. of the NPC Global Oil & Gas Study, National Petroleum Council Unc. Gas Subgroup of the Technology Task Group of the NPC Committee on Global Oil and Gas; 2007; 18 July. http://www.npc.org/Study_Topic_Papers/29-TTG-Unconventional-Gas.
• [2] Karacan CÖ, Ruiz FA, Cotè M, Phipps S. Coal mine methane: A review of capture and utilization practices with benefits to mining safety and to greenhouse gas reduction, Int J Coal Geol. 2011;86:121-156. http://dx.doi.org/10.1016/j.coal.2011.02.009.
• [3] Nagy S, Siemek J. Confinement Phase Envelope of Gas Condensate Systems in Shale Rocks. Arch Min Sci. 2014;59(4):1005-1022. DOI: 10.2478/amsc-2014-0069.
• [4] EIA. Technically Recoverable Shale Oil and Shale Gas Resources: An Assessment of 137 Shale Formations in 41 Countries Outside the United States, Washington D.C.2013. http://www.eia.gov/analysis/studies/worldshalegas/pdf/overview.pdf.
• [5] Boyer C, Kieschnick J, Suarez-Rivera R, Lewis ER, Waters G. Producing Gas from Its Source. Oilfield Review. 2006;18(3):36-49.
• [6] Siemek J, Nagy S, Siemek P. Challenges for sustainable development: the case of shale gas exploitation in Poland. Problems Sust Develop. 2013;8(1):91-104. http://ekorozwoj.pol.lublin.pl/no15/j.pdf.
• [7] Nagy S, Badouard T, Desbrosses N, Deane P, Glynn L. Shale gas prospects for Europe, Hot Energy Topic, Insight E. Brussels: 2014.
• [8] Zhang Y, Civan F, Devegowda D, Jamili A, Sigal R. Critical Evaluation of Equations of State for Multicomponent Hydrocarbon Fluids in Organic Rich Shale Reservoirs. Unconventional Resources Technology Conference, Denver: 2013; Paper SPE 1581765.
• [9] Behmanesh H, Hamdi H, Clarkson CR. Production Data Analysis of Liquid Rich Shale Gas Condensate Reservoirs. SPE Unconventional Resources Conference-Canada held in Calgary, Alberta, Canada, 2013; November 5-7. Paper SPE 167160-MS. DOI: 10.2118/167160-MS.
• [10] Firincioglu T. Bubble point suppression in unconventional liquids rich reservoirs and its impact on oil production. [PhD Thesis]. Golden: Colorado School of Mines; 2013.
• [11] Javadpour F, Fisher D, Unsworth M. Nanoscale Gas Flow in Shale Gas Sediments. J Can Petrol Technol. 2007;46(10):55-61. DOI: 10.2118/07-10-06.
• [12] Javadpour F. Nanopores and Apparent Permeability of Gas Flow in Mudrocks (Shales and Siltstone). J Canad Petrol Technol. 2009;48(8):16-21. DOI: 10.2118/09-08-16-DA.
• [13] Modern Shale Gas Development in the United States: A Primer. U.S. Department of Energy. Oklahoma City; 2009. http://energy.gov/sites/prod/files/2013/03/f0/ShaleGasPrimer_Online_4-2009.
• [14] McClendon AK. Shale Gas and America's Future. AAPG (American Association of Petroleum Geologists) Convention, 2010; 11-14 April. New Orleans, LA. http://www.searchanddiscovery.com/pdfz/documents/2010/110141mcclendon/ndx_mcclendon.pdf.
• [15] Economides MJ, Watters LT, Dunn-Norman S. Petroleum Well Construction. Chichester: John Wiley & Sons; 1998.
• [16] Lazemi HA, Marji MF, Bafghi AR, Goshtasbi K. Rock failure analysis of the broken zone around a circular opening. Arch Min Sci. 2013;58(1):165-188. DOI: 10.2478/amsc-2013-0012.
• [17] Davies RJ, Mathias SA, Moss J, Hustoft S, Newport L. Hydraulic fractures: How far can they go? Mar Petrol Geol. 2012;37(1):1-6. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2012.04.001.
• [18] Passey QR, Creaney S, Kulla JB, Moretti, FJ, Stroud, JD. A practical model for organic richness from porosity and resistivity logs. AAPG Bull. 1990;12:1777-1794.
• [19] Welte DH, Horfield B, Barker DR. Petroleum and Basin Evolution. New York: Springer; 1997: 535.
• [20] Kotarba MJ. Origin of hydrocarbon gases accumulated in the Middle Cambrian reservoirs of the Polish part of the Baltic region. Geolog Quart. 2010;54(2):197-204.
• [21] Wadas M. Method for determination of the range of failure zone around macrocracks surface in rock medium. Arch Min Sci. 2013;58(1):269-282. DOI: 10.2478/amsc-2013-0019.
• [22] Shabani KS, Ardejani FD, Badii K, Olya ME. Acid mine drainage treatment by perlite nanomineral, batch and continuous systems, Arch Min Sci. 2014;59(1):107-122. DOI: 10.2478/amsc-2014-0008.
• [23] King G. Hydraulic Fracturing 101: What Every Representative, Environmentalist, Regulator, Reporter, Investor, University Researcher, Neighbor and Engineer Should Know About Estimating Frac Risk and Improving Fracturing Performance in Unconventional Oas & Oilwells, SPE 152596, presented at SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference held in The Woodlands, Texas, USA. 2012; 6-8 February.
• [24] Zawisza L. Ocena zagrożeń dla środowiska naturalnego występujących przy poszukiwaniu i rozpoznawaniu oraz podczas eksploatacji złóż węglowodorów. (Evaluation of environmental hazards during prospecting, recognition and production of hydrocarbons) Praca sfinansowana ze środków NFOŚiGW. Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH. (Financed from the National Fund for Environmental Protection and Water Management. Faculty of Drilling Oil and Gas AGH-UST 2007; Kraków.
• [25] Materiały archiwalne. (Archival materials) Poszukiwania Nafty i Gazu NAFTA Sp. z o.o. w Pile (Oil and Gas Prospecting Company Ltd. in Piła), 2010.
• [26] Molladavoodi H. Study of ground response curve (grc) based on a damage model. Arch Min Sci. 2013;58(3):655-672. DOI: 10.2478/amsc-2013-0046.
• [27] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów (Dz.U. 2014 poz. 1923). (Regulation of the Environment Minister of 9 December 2014 about the catalogue of waste; Official Journal of 2014, item 1923). www.sejm.gov.pl.
• [28] Wood R, Gilbert P, Sharmina M, Anderson K, Footitt A, Glynn N, et al. Shale gas: a provisional assessment of climate change and environmental impacts. A research report by The Tyndall Centre University of Manchester. 2011. eScholarID:179208.
• [29] Kuljabekov AB, Inkarbekov MK, Tungatarova MS, Alibayeva KA, Kaltayev A. Numerical study of the hydrodynamic efficiency of the multi-stage filter setting technology. Arch Min Sci. 2013;58(3):691-704. DOI: 10.2478/amsc-2013-0048.
• [30] www.opppw.pl/projekt/BNK Petroleum Gapowo B-1A Full Chemical Disclosure Final.pdf. (5.08.2015).
• [31] Projekt badawczy „Ocena zagrożeń dla środowiska powodowanych procesem poszukiwania, rozpoznawania i wydobywania niekonwencjonalnych złóż węglowodorów”. (Reserach project ”Evaluation of environmental hazard caused by prospecting, recognition and production of unconventional deposits of hydrocarbons”). Polish Geological Insitute-National Research Institute, Warszawa: AGH University of Science and Technology in Krakow, Gdańsk University of Technology; 2015.