Krajowe technologie eksploatacji złóż gazu z łupków coraz bliżej

Laboratoria w Polsce, które pojawią się m. in. w projekcie „Blue Gas”, wspomagającym rozwój badań nad technologią pozyskiwania węglowodorów niekonwencjonalnych, umożliwiać będą prowadzenie badań próbek geologicznych i opracowanie nowych metod analizy gazu i wody  w otoczeniu odwiertów.

Szczególnie istotne jest opracowanie w skali laboratoryjnej procesu szczelinowania, selekcji płynów do szczelinowania czy propantów, co ułatwi i umożliwi dobór właściwych do budowy geologicznej skał łupkowych występujących w Polsce technik postępowania. W strukturze prac rozpoznawczych złoża geologicznego, widoczny jest jednak brak kompleksowej oferty serwisowej dla firm wiertniczych, wzorowanej na pracach realizowanych w laboratoriach amerykańskich, prowadzących badania budowy geologicznej, porowatości czy też przepuszczalności skał metodami obrazowania 3D. Techniki badań karotażu z zastosowaniem tomografii komputerowej i badań z zastosowaniem mikroskopii SEM, są obecnie traktowane przez amerykański przemysł wydobywczy jako podstawowe narzędzia służące do określenia potencjału złoża. 

Wrocławskie Centrum Badań EIT+ (WCB EIT+) przygotowuje ofertę laboratoriów dla przemysłu wydobywczego. Laboratoria bazujące na światowej klasy systemach pomiarowych firmy FEI, oferować będą analizę próbek geologicznych pod kątem identyfikacji i charakterystyki skał macierzystych. Badania laboratoryjne obejmować będą szczegółową analizę złóż pod względem składu i jakości wydobywanych materiałów dla określenia przede wszystkim późniejszej opłacalności eksploatacji. Czynnikami badanymi, determinującymi jakość skał łupkowych, dla których przeprowadzane będą pomiary geochemiczne są, m.in.: skład mineralogiczny, zawartość i skład substancji organicznych (w tym bitumin – tzw. ropa bitumiczna), zawartość całkowitego węgla organicznego (TOC), badania produktów biochemicznego i geochemicznego przeobrażenia substancji pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Określenie typu i źródła kerogenu, określenie dojrzałości termicznej skały (czyli maksymalnych temperatur oddziałujących na skałę w trakcie jej pogrzebania), określenie porowatości (rozmiar, kształt i rozmieszczenie porów), badanie przepuszczalności, badanie kruchości i wyznaczanie właściwości procesu pękania. Poprzez przeprowadzenie wymienionych badań uzyskane zostaną kompleksowe informacje dotyczące właściwości skał łupkowych, które bezpośrednio będą odnoszone do doboru rodzaju procesu szczelinowania hydraulicznego, a także planowania harmonogramu wydobycia gazu ze złóż. 

Jedną z wielu zaawansowanych technik badawczych stosowanych jako standardy w laboratoriach geologicznych na świecie, a będących w posiadaniu WCB EIT+ jest specjalizowana do badań geologicznych i petrograficznych mikroskopia elektronowa. Urządzenie FEI QEMSCAN 650F, umożliwia badania m.in. łupków pod kątem: identyfikacji minerałów poprzez badanie składu chemicznego (układu spektrometrów rozproszenia promieniowania rentgenowskiego EDS). Natomiast dwuwiązkowy (elektronowo-jonowy) skaningowy mikroskop elektronowy (FIB Dual Beam – FEI Helios NanoLab 450H) wyposażony w spektrometr EDS umożliwia także trójwymiarową obserwację obszaru wykorzystując wgłębną preparatykę i wizualizację badanej próbki. Dzięki temu urządzeniu możliwa będzie m.in. wizualizacja rozmieszczenia ziaren w minerałach, czy też porów w skałach łupkowych. Dodatkowo przy wykorzystaniu mikroskopu FEI QEMSCAN 650F możliwe jest również wyszukiwanie obecności konkretnego minerału w próbce jak również jego śladowych ilości co pomoże w określeniu pochodzenia skały. Obok istotnych parametrów urządzenia bardzo ważnym wyposażeniem jest jego unikalna baza danych zawierająca niezbędne informacje do właściwej analizy mineralogicznej, petrograficznej i metalurgicznej próbek. Dodatkowo, dzięki możliwości pracy na różnych poziomach próżni urządzenie to umożliwia także badanie próbek mokrych lub oleistych co jest bardzo przydatne do badania próbek potencjalnie zawierających ropę bitumiczną. Do właściwej analizy materiałów za pomocą mikroskopii elektronowej bardzo kluczowe jest również odpowiednie przygotowanie próbek, dlatego dodatkowo WCB EIT+ zakupiło zestaw zaawansowanych urządzeń do preparatyki umożliwiających odpowiednie wycinanie, ścienianie, szlifowanie czy też polerowanie próbek dla dalszych analiz. 

Inną techniką pozwalającą m.in. na określanie składu fazowego ciał stałych, właściwości pękania (np. określenie kruchości w porównaniu do plastyczności, dzięki badaniu zawartości gliny w próbce), topografii powierzchni, badania naprężeń i odkształceń podczas procesów grzania czy chłodzenia jest zakupiony przez WCB EIT+ dyfraktometr rentgenowski Empyrean II firmy PANalitycal, który umożliwi analizę jakościową i ilościową krystalicznych próbek. Dyfraktometr posiada także stolik grzewczy (do 1200 °C) i chłodzący (do ok. – 270 °C) do przeprowadzania pomiarów podczas podgrzewania i chłodzenia. 

Dodatkowym wyposażeniem, które pozwala również na analizę próbek skał łupkowych jest układ termowagi połączonej ze spektrometrem masowym i spektroskopią w podczerwieni, dzięki któremu możliwe będzie badanie zawartości substancji organicznych w próbkach m.in. poprzez pomiar zmiany masy podczas ogrzewania i dodatkowe badania gazów uwalnianych podczas ogrzewania. Dzięki tej technice możliwe będzie m.in. określanie zawartości wilgoci, całkowitego węgla organicznego (TOC) czy też rodzaju kerogenu występującego w skałach łupkowych. 

Jest to pierwsza tego typu kombinacja urządzeń w Polsce, umożliwiająca zaawansowane badania materiałów geologicznych pod kątem optymalizacji procesów wydobycia, szacowania zasobów złóż i opłacalności eksploatacji, dostępna także jako aparatura serwisowa dla partnerów przemysłowych i badawczych. Wyniki badań przekazywanych podmiotom zewnętrznym oferowane będą zgodnie ze standardami technicznymi branży wydobywczej. Specjalizacją WCB EIT+ będzie również przygotowanie pełnych, specjalistycznych raportów technicznych dotyczących próbek spełniających standardy przemysłowe. WCB EIT+ oferowało będzie możliwości przeprowadzania badań zleconych jak również outsourcing dla podmiotów badawczych w obszarze analiz, w zakresie tworzenia nowych technik badania materiałów, optymalizacji i opracowania technologii, a dzięki posiadanemu certyfikatowi ISO 17025 także pomoc przy okresowej certyfikacji badań.

Uruchomienie laboratorium przewidywane jest w trzecim kwartale 2013 roku. Zapraszamy do współpracy jednostki zewnętrzne.

Autor:

Dr Alicja Bachmatiuk

Dr inż. Łukasz Nieradko

Wrocławskie Centrum Badań EIT+