Revista Art-emis
Petrolul din şisturi (1) PDF Imprimare Email
Dr. ing. Nicolae Traşcă-Chiriţă   
Duminică, 20 Martie 2016 20:31

Petrolul din şisturi 1Acest articol readuce în atenţie o sursă energetică importantă şi anume şisturile bituminoase şi petrolul din şisturi. După o prezentare succintă a formării petrolului şi a şisturilor bituminoase, este evidenţiat potenţialul energetic al şisturilor bituminoase, potenţial datorat conţinutului în materie organică (kerogen şi bitum) şi acumulărilor de ţiţei şi gaze. In continuare sunt prezentate câteva realizări din România şi Estonia privind utilizarea şisturilor bituminoase, precum şi numeroase date privind ţiţeiul şi gazele din şisturi. Explorarea şi extracţia ţiţeiului şi gazelor din şisturi prezintă avantaje importante, iar riscurile sunt reduse şi uşor de prevenit. Având în vedere aceste consideraţii şi gradul redus de cunoaştere a şisturilor bituminoase şi a ţiţeiului şi gazelor din şisturi, se impune susţinerea lucrărilor de cercetare şi explorare a acestora, atât în România, cât şi în majoritatea ţărilor din Europa.

Date generale

Este cunoscut faptul că, în natură, petrolul se găseşte în stare lichidă - ţiţeiul, gazoasă - gazele naturale sau solidă - bitumul. Formarea petrolului are la bază transformarea biochimică şi geochimică a materiei organice din mediul marin de-a lungul a milioane de ani. Materia organică este alcătuită din fitoplanctonul şi zoo-planctonul marin care s-a depus pe fundul mărilor şi a format nămolul sapropelic, apoi sapropelul. In lipsa oxigenului şi sub acţiunea bateriilor sapropelul s-a transformat în kerogen care este un precursor al formării ţiţeiului. In continuare, sub acţiunea unor temperaturi şi presiuni ridicate, dar şi a radioactivităţii, kerogenul a generat hidrocarburile care alcătuiesc ţiţeiul şi gazele. Pe fundul mărilor s-au depus şi diferite minerale - silicioase, calcaroase sau argiloase - care au format diferite tipuri de roci. Rocile în care s-a format petrolul sunt roci sursă, denumite şi roci „mamă" sau roci generatoare de petrol şi au, în general, permeabilitate mică, deci capacitate de curgere extrem de redusă. Sisturile bituminoase sunt roci cu structură foioasă care s-au format din mine -rale argiloase depuse simultan cu materia organică, astfel că sunt roci generatoare de petrol. Datorită presiunii litostatice şisturile bituminoase s-au compactat puternic ceea ce a dus la expulzarea hidrocarburilor lichide şi gazoase rezultate din kerogen, hidro -carburi care au migrat în diferite capcane geologice unde au format zăcăminte de ţiţei şi/sau gaze. Capcanele geologice sunt zone subterane de mari dimensiuni, izolate hidrodinamic de zonele din jur şi sunt alcătuite din roci nisipoase, calcaroase şi marnoase care au porozitate şi permeabilitate bună, deci capacitate de înmagazinare şi de curgere ridicată. Acestea sunt roci colectoare, denumite şi roci magazin[1]. După migraţia primară, fiind roci generatoare de petrol, şisturile bituminoase au generat în continuare ţiţei şi gaze care nu au mai putut să părăsească roca mamă căci şisturile au devenit impermeabile. Sisturile bituminoase conţin materie organică sub formă de kerogen (cca 90%) şi bitum (cca 10%) care sunt insolubile în solvenţi orga - nici, dar prin piroliză la temperaturi mai mari de 300ºC se obţine „ţiţei (ulei) de şist" şi „gaze de şist". Ţiţeiul de şist este un ţiţei sintetic, greu şi vîscos, iar gazele de şist au putere calorică mică, respectiv 600-900 kcal/Smc. Cu această ocazie se subliniază o eroare frecventă de denumire a petrolului extras din şisturile bituminoase ca fiind petrol de şist, denumirea corectă fiind „petrol din şisturi"[1]. În România formarea şisturilor bituminoase a început în era geologică Jurasic şi a durat până în Miocen, deci 300-400 milioane ani. S-a realizat prin depunerea fitoplanc- tonului şi zooplanctonului din Marea Tethys împreună cu sedimente fine pelitice.

Exploatarea şisturilor bituminoase

Şisturile bituminoase constituie o sursă energetică de viitor deoarece resursele mondiale de şisturi bituminoase sunt de 4-5 ori mai mari decât resursele de ţiţei, deşi gradul actual de cunoaştere este relativ redus (30-50%). Importanţa ridicată a şisturilor bituminoase este dată atât de conţinutul de materie organică, cât şi de acumulările de ţiţei şi gaze din şisturi, exploatarea acestor acumulări ducând la o adevărată revoluţie industrială în primul deceniu al acestui secol în S.U.A. Conţinutul în materie organică al şisturilor bituminoase ajunge până la 60 %, cel mai frecvent fiind întâlnite valori de 5-10%. Şisturile bituminoase pot utilizate în diferite moduri, respectiv de la producerea de energie termică şi electrică prin ardere în termocentrale, până la fabricarea unor produse petrochimice şi anume ţiţeiul de şist şi alţi combustibili (gaze de şist şi reziduri care ard). Pentru prelucrare termochimică eficientă prezintă interes doar cele care au mai mult de 10 % materie organică. Referitor la şisturile bituminoase din România, analizele de laborator au arătat un conţinut redus de materie organică (4-10%), dar au fost analizate doar probe prelevate din aflorimente de suprafaţă, astfel că se aşteaptă ca şisturile bituminoase de la adâncimi mai mari de 500 m să conţină 30-40% materie organică. Şisturile bituminoase din zona Anina - care au fost exploatate industrial în România - au un conţinut redus de materie organică (4-6 %, gravimetric) astfel că la termocentrala de la Anina a fost necesar ca şisturile utilizate să fie fărâmiţate şi apoi să fie introduse în ajutaje speciale în amestec cu păcură sau gaz metan[1,2]. În privinţa acumulărilor industriale de şisturi bituminoase utile, cele mai mari zăcăminte se află în S.U.A. (mai mult de 50% din resursele mondiale), China, Australia, Rusia, Brazilia, Estonia, Lituania şi Noua Zeelandă.Exploatarea şisturilor bituminoase se poate face atât prin metode "in situ", cât şi prin minerit - în carieră sau în mine subterane. Exploatarea prin minerit este mai eficientă căci se obţine o recuperare ridicată (60-80%), dar sunt necesare investiţii mari şi o monitorizare complexă pentru ca mediul înconjurator să nu fie influenţat negativ. Exploatarea "in situ" se face prin sonde verticale sau orizontale şi aplicarea metodelor termice (injecţie de abur sau combustie subterană), dar recuperarea finală pentru ţiţeiul din şisturi este redusă (3-10 %), iar gazele care rezultă conţin mult CO2, [3]. Exploatarea industrială a şisturilor bituminoase a început în Franţa (anul 1838) şi în Irlanda (anul 1848) şi a atins apogeul după 1960 în Estonia care a acoperit cca 90 % din necesarul de energie cu şisturi bituminoase extrase, în principal, din regiunea Nerva. Producţia de şisturi bituminoase din ultimii ani a fost de 12-17 milioane t/an şisturi din care au rezultat 5-7 milioane t/an zgură sterilă care a fost utilizată pentru realizarea a două dealuri artificiale, pe un deal fiind instalate 17 centrale eoliene, iar pe celălalt deal a fost construită o pârtie de schi, [1,2].

În România şisturile bituminoase au un grad de cunoaştere redus (30-50 %), cele mai importante acumulări de şisturi fiind puse în evidenţă în zăcămintele Jurasic din zona Doman-Anina, Cretacic din Munţii Orientali şi Miocen din stratele de Cornu. In privinţa resurselor geologice de şisturi bituminoase din România, acestea au fost estimate la 10-15 miliarde t şisturi brute, resursele utile fiind de 5-7,5 miliarde t. In funcţie de randamentul în ţiţei (20-50 litri ţiţei/tona de şisturi utile) şi pentru un conţinut de minim 10% materie organică, rezultă rezerve de ţiţei de şist de 90-250 milioane t. Deoarece şisturile bituminoase din România au un conţinut redus de materie organică acestea nu au fost exploatate industrial, cu excepţia celor din zona Anina care au fost utilizate la o termocentrală locală care a funcţionat în perioada 09.1984-12.1988 cu şisturi extrase din carieră sau din mine de mică adâncime - mai puţin de 100 m. Referitor la ţiţeiul de şist care poate fi produs, cele mai mari resurse se găsesc în S.U.A. (530 miliarde t), China (75-80 miliarde t), Rusia (35-40 miliarde t), Congo (14-15 miliarde t), Brazilia (12-13 miliarde t), Israel (cca 12 miliarde t) şi Iordania (4 miliarde t). Industria ţiţeiului de şist este dezvoltată mai mult în China, Estonia, Brazilia, Rusia, Germania, Israel şi Marea Britanie, maxima de ţiţei de şist (10-12 milioane t/an) fiind realizată în anii 2011- 2013, [1,2,4].

Exploatarea ţiţeiului şi gazelor din şisturi

Aşa cum rezultă şi din capitolul anterior, zăcămintele de şisturi bituminoase cu cel mai mare potenţial energetic sunt cele care conţin acumulări industriale de ţiţei şi gaze care pot fi exploatate prin sonde. Ţiţeiul şi gazele din şisturile bituminoase sunt acu -mulate între „foile" şisturilor, în porii şi în fisurile acestora. Exploatarea ţiţeiului şi gazelor din şisturile bituminoase este similară cu exploatarea zăcămintelor de ţiţei şi gaze convenţionale, dar este mult mai costisitoare datorită caracteristicilor şisturilor bituminoase. Astfel, la primele sonde săpate vertical sunt prelevate un număr mare de carote mecanice care trebuie analizate complex pentru determinarea presiunii de fisurare, a conţinutului petroligen (carbon organic total), a temperaturii de ardere şi a compoziţiei gazelor de ardere. Aceste elemente sunt importante pentru stabilirea modului de exploatare industrială eficientă, respectiv prin sonde, prin prelucrarea termochimică a şisturilor sau prin arderea acestora în termocentrale. De asemenea, la exploatarea ţiţeiului şi gazelor din şisturile bituminoase se ţine seama de porozitatea efectivă şi permeabilitatea acestora care sunt extrem de reduse, ceea ce face ca atât debitele de ţiţei şi/sau gaze, cât şi cumulativele extrase să fie mici. Astfel, declinul de producţie este foarte mare, respectiv 30-70 % în primii 3-4 ani, faţă de 5-10 % la zăcămintele convenţionale, iar recuperarea finală este de 2-10 % pentru ţiţei şi 10-30 % pentru gazele din şisturi faţă de 20-60% pentru ţiţei, respectiv 70-90 % pentru gaze la zăcămintele convenţionale. De aceea, pentru ca exploatarea petrolului din şisturi să fie rentabilă este necesar ca resursa iniţială să fie foarte mare, iar adâncimea şisturilor să fie relativ mică. În privinţa ţiţeiului din şisturi, cele mai mari resurse se găsesc în Rusia (300-325 miliarde t), S.U.A. (8-9 miliarde t), China (4-5 miliarde t), Australia (4-5 miliarde t), Argentina (cca 4 miliarde t) şi Libia (4 miliarde t) . In Rusia cel mai mare zăcământ de şisturi cu ţiţei este Bazhedov din vestul Siberiei. Are suprafaţa de cca 230 ha şi grosimea de 25-35 m, resursa de ţiţei este de 300 miliarde t , iar rezerva recuperabilă este estimată la 8-9 miliarde t. In S.U.A. cel mai mare zăcământ de ţiţei din şisturi este Bakken care are o resursă de 3-4 miliarde t ţiţei, producţia maximă fiind atinsă în anii 2012-2013 şi anume 75-80 mii t/zi. Alt zăcământ de ţiţei din şisturi din S.U.A. este Eagle Ford din Texas care are o resursă geologică de 1-1,5 miliarde t ţiţei. Producţia acestui zăcământ a crescut de la 50.000 t/zi în 2008 la cca 100.000 t/zi în 2013, după care a început să scadă rapid căci nu s-au mai săpat sonde noi.În Europa nu sunt evaluate rezerve de ţiţei din şisturi dovedite, deci în curs de exploatare, ci numai rezerve probabile şi posibile, cele mai mari fiind în Franţa (670 milioane t), Polonia (470 milioane t) şi Olanda (415 milioane t). In România au fost puse în evidenţă - prin prospecţiuni seismice - două zăcăminte de şisturi cu ţiţei şi anume în bazinul Comăneşti şi în zona oraşului Balş din Oltenia, rezervele estimate fiind de 40-45 milioane tone.
- Va urma -

Notă bio-bibliografică - Dr. ing. Nicolae Traşcă-Chiriţă,

S-a născut pe 20 august 1948 în com. Melineşti, judeţul Dolj. A absolvit liceul „Al. Sahia" din Bucureşti în anul 1966, apoi Institutul de Petrol, Gaze si Geologie, Facultatea Forajul sondelor şi exploatarea zăcămintelor de ţiţei şi gaze. Ulterior (1977-1981) a urmat şi cursurile fără frecvenţă ale Facultăţii Economia industriei, constructiilor şi transporturilor (actuala Facultate de Management) din cadrul A.S.E. Bucureşti. A sustinut teza de doctorat „Contribuţii la îmbunătăţirea proiectării, urmăririi şi dirijerii exploatării zăcămintelor de ţiţei prin combustie subterană" în februarie 1999, obţinând titlul ştiinţific de doctor în ingineria petrolului. In perioada 08.1971 - 08.1975 a lucrat la Schela de Extracţie Videle, apoi la I.C.P.T. Câmpina ca cercetător ştiinţific (C.S.), C.S.P. III şi C.S.P. II. În luna mai 2005 a fost transferat la O.M.V. Petrom, Divizia E&P Ploiesti, iar din decembrie 2010 la Bucureşti, Departamentul Managementul Zacamintelor. Este specialist în metodele de recuperare secundară a ţiţeiului, in special metodele termice şi injecţia tehnologică de CO2. A realizat 139 studii de cercetare şi proiectare a exploatării zăcămintelor de ţiţei şi gaze, a participat cu lucrări la 8 simpozioane şi alte manifestări tehnico-ştiinţifice (FOREN 2010, 2012 si 2014) şi a publicat 14 articole în reviste de specialitate. Este autorul principal al celei mai mari lucrări de cercetare - proiectare din petrolul romanesc, respectiv „Studiul de exploatare pentru Megastructura Moreni" - 2007. După februarie 2013 când a iesit la pensie, a mai lucrat doi ani la firma Bekata Consultind din Câmpina unde a realizat studii de cercetare-proiectare pentru O.M.V. Petrom.

------------------------------------------
[1] Traşcă - Chiriță N., Zăvoianu R.,Şisturile şi nisipurile bituminoase - o provocare importantă a mileniului III. Lucrare Bekata, Forumul European al Energiei (FOREN), 2014.
[2] Roșoiu L., Petrolul de şist-o nouă revoluţie la nivel mondial. „Petroleum Review", 2013.
[3] Traşcă - Chiriță N., Baciu, C. M.: Creşterea rezervelor de ţiţei la zăcămintele O.M.V. PETROM prin aplicarea metodelor de recuperare neconvenţionale. FOREN 2012.
[4] Radu. Gh., Sandu. V.: Noi perspective privind gazele neconvenţionale în Europa. „Monitorul de petrol şi gaze" (M.P.G.), nr. 11/2013.

footer