Raport Monitorizare Energie

30 Iunie, contributors.ro: Fracturarea hidraulică la timpul viitor

Fracturarea hidraulică se dovedește a fi o revoluție neanticipată, neplanificată, necondusă de nimeni. Este rezultatul geniului inventiv al poporului american, al competiției și al forțelor pieței. Ne place sau nu, va sta cu noi mult timp.

Într-un interval de timp relativ scurt, fracturarea hidraulică a schimbat fundamental peisajul energetic american și mondial. A produs, produce și va produce mutații esențiale în domeniul resurselor energetice. A creat acces la surse de energie (gaze și țiței de șist) care nici nu au fost visate cu două decenii în urmă. A creat locuri de muncă, a stimulat economia, a scăzut emisiile de gaze de seră, a modificat piața mondială și a schimbat politici economice, de mediu, de sustenabilitate etc. În același timp, vocile critice au invocat (creând mituri în jurul lor) contaminarea apei potabile, declanșarea unor cutremure, poluarea aerului cu metan, aducerea la suprafață a unor elemente radioactive ori posibile impacturi negative asupra sănătății animalelor și oamenilor. Sper că cititorul onest, fără prejudecăți sau preconcepții, a găsit în articolele mele precedente de pe Contributors.rosuficiente informații care să-l ajute să demistifice miturile pomenite.

Societățile moderne s-au dezvoltat și (unele) au prosperat pe baza combustibililor fosili. Există o conexie directă între numărul de joburi, automobile, fabrici și computere pe care le are o țară – pe scurt, prosperitatea ei economică – și consumul de energie. În fiecare zi, omenirea consumă 90 milioane de barili de petrol. Aproape 20% din acești barili potolesc setea economiei americane.

Statele Unite ale Americii sunt cea mai dezvoltată economie mondială cu un GDP de 16,244,600 milioane de dolari, reprezentând 22% din totalul  GDP mondial[1]. În același timp, SUA consumă mai mult petrol pe cap de locuitor decât oricare altă țară mare a făcut-o vreodată. Va putea această „sete” să fie ostoită și în viitor? Va putea fracturarea hidraulică a argilelor petrolifere și gazeifere să fie „oportunitatea de aur” a viitorului energetic al Statelor Unite și a altor țări care vor îmbrățișa această tehnologie?

Consider că viitorul fracturării hidraulice depinde o serie de răspunsuri la întrebări precum:

• 
  Cât țiței și gaze se găsesc în zăcămintele din SUA și alte țări?
  
• 
  Care sunt resursele de hidrocarburi ale României și ce rol va juca fracturarea hidraulică în exploatarea lor?
  
• 
  Care vor fi poziția și influența factorilor politici?
  
• 
  Cum se reglementează fracturarea hidraulică în SUA și alte țări?
  
• 
  Ce măsuri concrete adoptă forajiștii pentru conservarea apei?
  
• 
  Ce rol vor juca „completările verzi” ale sondelor de foraj?
  
• 
  Ce inovații tehnice se preconizează a apărea în viitoarele operațiuni de fracturare?
  
• 
  Ce vor face legislatorii pentru a îmbunătăți siguranța ecologică a fracturării hidraulice?
  
• 
  Vor exista în viitor mai multe mașini (automobile, camioane etc.) care vor funcționa pe bază de gaz natural?
  
• 
  Va ajuta fracturarea hidraulică economia Chinei (cel mai mare producător actual de gaze de seră) să își reducă emisiile?
  

Ca în orice chestiune legată de prognosticarea viitorului, cantitatea de incertitudine variază în funcție de mai mulți parametri ale căror valori nu pot fi controlate cu suficientă precizie. De aceea, viitorul fracturării hidraulice trebuie privit calm, responsabil, fără entuziasm nefondat sau isterii lipsite de responsabilitate.

Desigur, fiecare dintre întrebările de mai sus definesc are importanța și locul ei în discuțiile despre viitorul fracturării hidraulice. În acest articol, ofer răspunsurile mele la doar două dintre ele.

Ce măsuri concrete adoptă forajiștii pentru conservarea apei?

După cum am scris în articolul „Circulația apei subterane. Implicații asupra fracturării hidraulice”, există preocupări legate de utilizarea apei pentru fracturarea hidraulică în unele regiuni unde condițiile hidrologice nu sunt cele mai favorabile.

Daniel Choi, un analist la Lux Research, o companie din Boston care monitorizează noile tehnologii, estimează că până în 2020 circa 984 milioane m³ de apă vor fi folosiți de industrie pentru fracturare în întreaga lume. Această cifră reprezintă un salt uriaș față de volumul de apă utilizat în 2012 (17 milioane m³)^[2].

Perioade extinse de secetă pot mări presiunea asupra resurselor de apă și, în consecință, împiedica fracturarea. Un exemplu îl reprezintă statul Texas, afectat sever de seceta din 2011. În aceste condiții, inspectorii statului au suspendat  permisele de extragere apei din argila Eagle Ford, localizată în sudul statului, lângă San Antonio.^[3].

Confruntați cu posibilitatea restricționării aprovizionării cu apă în viitor, o serie de companii americane au recurs la inventivitate, căutând noi soluții tehnologice de purificare.

Una dintre aceste companii este Ecosphere Technologies din Stuart, Florida, care utilizează ozonul ca un dezinfectant pentru a curăța apa printr-un proces numit oxidare avansată. Tratamentul, care nu va folosi produse chimice, poate elimina substanțele chimice utilizate pentru controlul bacteriilor și formării crustei minerale în timpul fracturării și reciclează 100% apa inițială. Ecosphere a curățat mai mult de 7,5 milioane m³ de apă și a eliminat peste 6.400 m³ de substanțe chimice în aproximativ 600 de sonde de petrol și gaze naturale din zăcămintele de șist din SUA începând din 2008.^[4]

Unele companii au creat “soluții la cheie” care să permită companiilor de gaze să curețe apa la fața locului și să valideze rezultatele prin testare. Unul dintre cei mai mari jucători de pe această piață este WaterTectonics din Everett, Washington. Compania are un acord de licențiere globală cu Halliburton, una dintre cele mai mari companii de servicii petroliere, pentru piața de tratare a apei și alte aplicații. WaterTectonics folosește curent electric pentru a lega împreună particule contaminante, permițându-le astfel să fie filtrate din apă. Din 2009-2011, personalul companiei și veniturile au crescut mai mult de trei ori. Sistemul WaterTectonics a fost folosit în zeci de proiecte din Statele Unite și multe alte zone cu argile gazeifere și petrolifere.^[5]

O altă soluție care atrage interesul este reciclarea apei de canalizare pentru utilizarea în operațiile de fracturare. Alpha Reclaim Technology, o companie tânără din Bryan, Texas, cumpără apa din canalizarea orașului Karnes City și a altor orașe și o vinde forajiștilor din zona argilei Eagle Ford.^[6]

Un plan alternativ implică dezvoltarea unor unități mobile de reciclare care vor trata apa de retur la locul forajului care apoi va fi reutilizată. Există în Texas și preocuparea pentru utilizarea apei sărate care se găsește din abundență în subsolul statului. O problemă care poate apărea în această situație este prezența unor săruri și alte elemente, ca borul, care pot dăuna procesului de foraj.

Apa de retur este de regulă ne-potabilă (este sărată). Autoritățile guvernamentale locale pot emite permise pentru manipularea și refolosirea apei de retur. Apa poate fi apoi trimisă la stații licențiate de purificare sau reciclată la fața locului și re-utilizată pentru următoarele operațiuni de fracturare. De exemplu, Comisia de Petrol și Gaze din British Columbia (The British Columbia Oil and Gas Commission) a estimat că 20% din apa utilizată în fracturarea hidraulică a Bazinului Horn River din Canada provine din reutilizarea apei de retur.^[7]

Uneori, apa sărată se găsește la adâncimi prea mari pentru a fi economică extragerea ei^[8]. Dar experiența corporației Apache dovedește că se poate renunța la apa de suprafață în favoarea apei sărate de adâncime. Apache a închiriat 800 km² în Bazinul Horn River din nord-estul provinciei British Columbia, Canada, unde se găsește una dintre cele mai valoroase argile gazeifere din America de Nord.

Până în prezent, Apache a forat, completat și dat în producție 69 de foraje orizontale care în septembrie 2011 au avut o producție maximă de 4,2 milioane m³ de gaz pe zi.

Având în vedere protejarea resurselor de apă de suprafata care ar fi trebuit să asigure apa necesara fluidelor de fracturare, Apache a inaugurat Stația de Tratare a Apei Debolt. Această facilitate este prima din America de Nord care tratează apa sărată de adâncime și o transformă în fluid de fracturare.

Apa sărată din acviferul Debolt se extrage de la adâncime cuprinse între 500 și 1.100 metri, se tratează în stație și apoi este injectată în foraj. Sistemul de administrare a apei de retur permite reutilizarea apei de multe ori prin reinjectarea apei reziduale înapoi în acviferul Debolt. Pe lângă efectele ecologice benefice, folosirea apei sărate în locul celei dulci reduce costurile de producție.

În 2011 stația Debolt a produs circa 95% din necesarul de apă pentru fracturările hidraulice ale corporației Apache în Bazinul Horn River și a câștigat premiul Responsible Canadian Energy pentru Performanță Ecologică.^[9]

Folosirea apei sărate în locul celei dulci pentru operațiile de fracturare hidraulică este fezabilă. Impedimentele care pot apărea sunt legate de lipsa temporară a apei sărate, adâncimea prohibitivă, costul tratării ș.a.

Compania Schlumberger a introdus HiWAY, o tehnologie de fracturare care crește conductivitatea fracturilor în timp ce reduce consumul de apă cu 25% și de propant cu 40%. Aceasta înseamnă producții mai mari cu 20%, logistică mai simplă și o suprafață de lucru mai mică.

Tehnologia HiWAY schimbă fundamental modul în care fracturile cu propant generează conductivitate. Pentru prima dată în industria fracturării hidraulice, tehnologia HiWAYcreează căi deschise în interiorul fracturii, permițând hidrocarburilor să curgă prin canale stabile în loc de fracturi cu propant. Această soluție optimizează conectivitatea între rezervor și gaura de sondă, producând o conductivitate foarte mare a fracturilor.

Tehnologia HiWAY a produs îmbunătățiri în recuperarea fluidului de fracturare, în rata inițială de producție și recuperarea finală estimată a forajelor în peste 4.000 de fracturări hidraulice  în întreaga lume, inclusiv regiunea Munților Stâncoși din SUA și formațiunea Sierras Blancas din Argentina.^[10]

Ce inovații tehnice se preconizează a apărea în viitoarele operațiuni de fracturare?

Revoluția gazelor de șist a creat oportunități pentru diverse categorii de specialiști și diferite tipuri de companii, mici și mari, să acceadă pe piața explorărilor și exploatărilor noilor resurse de țiței și gaze. Succesul individual sau colectiv depinde în mare măsură și de capacitatea de a inova în continuare tehnologia fracturării hidraulice inventată în Oklahoma cu 65 de ani în urmă.

Specialiști din mediul academic, antreprenori, finanțatori și companii de energie cred că tehnologii de fracturare hidraulică mult mai eficiente (cum ar fi un nou tip de propant ceramic produs de un consorțiu de la Rice University și o mai bună administrare a apei), care au atras atenția unor firme mari ca Schlumberger sau a unor firme mici precum Ecologix din Alparetta, Georgia, vor fi profitabile, dezvoltând-și afacerile în viitorul apropriat^[11],[12]. Mai buna administrare a apei va conduce la o mai mare apropriere între industrie și ecologiști, știut fiind că volumele de apă utilizate pentru fracturarea hidraulică sunt un punct de discuții aprinse.

După cum am scris în articolul „Circulația apei subterane. Implicații asupra fracturării hidraulice”, la nivelul anului 2011 în SUA s-au folosit circa 513 miliarde m³ de apă pentru fracturarea hidraulică. Chiar dacă acest volum reprezintă doar 0,3% din totalul de apă dulce consumată (cu 0,2% mai puțin decît apa folosită la irigarea tuturor terenurilor de golf!), o parte a opiniei publice continue să creadă că industria folosește, totuși, prea multă apă! Industria extractivă nu a rămas indiferentă în fața acestor îngrijorări (chiar dacă sunt serios exagerate) și a căutat alte fluide pentru fracturare.

Pentru exploatarea gazului în Canada, precum și în câteva sonde de testare din SUA, forajiștii au înlocuit apa din fluidele de fracturare cu propan lichefiat sub formă de gel. Această substituție a avut un triplu efect: economisirea rezervelor de apă, ceea ce este foarte important în zone supuse secetei ca Texas, California sau Alberta; limitarea șanselor de poluare a apelor de suprafață și a apei subterane cu aditivi chimici; și îndepărtarea pericolului de producere a unor cutremure prin injectarea apei în zonele cu falii tectonice^[13].

Practic, folosirea gazului propan lichefiat (LPG – Liquified Propane Gas) este similară folosirii apei, dar cu o deosebire. Ca și în cazul apei, gelul este pompat la talpa sondei cu o presiune mare care va crea microfracturile din argilă și astfel va elibera gazul. Similar cu ap, gelul de propan conține nisip sau propant artificial. Deosebirea apare atunci când gelul ajunge în adâncime: gradientul geotermic și presiunea litostatică îl transformă în vapori care se vor amesteca cu gazul natural din roci și vor curge împreună la suprafață, unde este capturat. Uneori, gelul uzat este refolosit sau vândut. De asemenea, spre deosebire de apă, propanul nu transportă la suprafață substanțe chimice, săruri sau elemente radioactive.

Gelul de propan a fost inventat de GasFrac, o companie din Calgary, Canada, și a fost deja folosit de circa 1.000 de ori începând din 2008, în principal în foraje săpate în provinciile Alberta, British Columbia și New Brunswick, precum și, într-un număr mai mic, în sonde de testare din Texas, Pennsylvania, Colorado, Oklahoma și New Mexico.

Dar utilizarea gelului de propan este îngreunată de costul ridicat, de datele limitate despre eficiența sa (în primul rând pentru că, pe fondul unei competiții aprige, companiile de foraj sunt reținute în ceea ce privește diseminarea informațiilor despre inovații) și de inerția industriei confruntate cu schimbări.

Tot în categoria inovațiilor din industria fracturării hidraulice trebuie re-amintită compania Ecosphere Technologies din Stuart, Florida (http://www.ecospheretech.com/) care a inventat procedeul Ozonix (șapte patente obținute până pe 24 mai 2014). Începând din 2008, compania a patentat și introdus un proces de purificare cu ozon a apei reziduale, numit Proces de Oxidare Avansată. Scopul procesului este eliminare aditivilor chimici utilizați ca biocid și cei pentru îndepărtarea crustei minerale din sondă. Compania spune că o unitate mobilă poate recicla apa reziduală la un debit de 12.500 litri/minut. 100% din apa tratată poate fi reutilizată.

Din 2008, procedeul Ozonix a reciclat și reutilizat peste 15 milioane m³ din aproximativ 900 de foraje de petrol și gaze, protejând componente ale sondelor în valoare de 4 miliarde dolari și generând un venit de 65 milioane dolari.

Compania WaterTeconics (http://www.watertectonics.com/ ) fondată în 1999 în Everett, Washington, s-a specializat în tehnologii care permit forajiștilor să purifice apa reziduală la fața locului și să o reutilizeze după aceea. Un număr de tehnologii (CleanWave, Wavelonicsși altele) folosesc electrocoagularea și filtrarea substanțelor poluante din apă. Personalul și venitul companiei s-au triplat între 2009 și 2011, reflectând cerințele de pe piața tratării apei de fracturare.

Firma Halliburton a introdus sistemul de fracturare în etape multiple RapidFrack[14] care oferă operatorilor noi opțiuni pentru completarea forajelor orizontale multiple în scopul obținerii unui plasament de mare precizie al fracturilor, fără  sau cu minimă intervenție.

Avantajele tehnologiei RapidFrack sunt multiple:

• 
  Reprezintă o metodă alternativă a procesului de „etanșare și perforare”
  
• 
  Ajută la eliminarea nevoii de intervenție pe cablu și a riscurilor asociate cu aceasta
  
• 
  Reduce ciclul de stimulare de la săptămâni sau zile la ore cu pompare continuă
  
• 
  Ajută la prevenirea problemelor asociate cu utilajele de pompare
  
• 
  Reduce necesitățile de apă prin comparație cu dopurile și sculele de pompare din adâncime
  

Sunt doar câteva exemple care ne dau speranțe că în viitor, fracturarea hidraulică are „semne bune”.