Rodzaje niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej i ich charakterystyka

Rodzaje niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej i ich charakterystyka
Fot. Adobe Stock. Data dodania: 20 września 2022

Streszczenie

W artykule przedstawiono podział niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej na złoża ciężkiej ropy (heavy oil), złoża piasków bitumicznych (tar sand) oraz złoża ropy naftowej uwięzione w strukturach skalnych (shale oil i thight oil) oraz zamieszczono ich charakterystykę.

Ponadto podano rozmieszczenie niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej, w podziale na ich rodzaje na świecie w poszczególnych regionach geograficznych z podaniem ocen ich zasobów. Opisano również występowanie niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej, z podziałem na ich kategorie, w państwach posiadających największe ich zasoby. Podkreślono jak wielkie znaczenie, dla rynku ropy naftowej na świecie, mają ogromne zasoby niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej.

W dobie zmniejszającej się liczby odkryć konwencjonalnych złóż ropy naftowej, obecnie w światowym przemyśle naftowym obserwuje się wzrost zainteresowania niekonwencjonalnymi złożami ropy. W porównaniu z konwencjonalnymi, charakteryzują się one odmiennymi warunkami złożowymi jak i niekorzystnymi właściwościami ropy naftowej.

Złoża te wymagają specjalnych zabiegów inżynieryjnych przy udostępnianiu oraz eksploatacji.

Uważa się obecnie, że niekonwencjonalne złoża ropy naftowej są jej największymi zbiornikami.

Niekonwencjonalne złoża ropy naftowej dzielimy na [5]:
- złoża ciężkiej ropy (heavy oil );
- złoża piasków bitumicznych (tar sand );
- złoża ropy naftowej uwięzionej w strukturach skalnych (shale oil i tight oil ).

Według definicji USGS [6] złożem ciężkiej ropy nazywamy typ złoża, w którym ropa naftowa występuje jako substancja bardzo gęsta i o wysokiej lepkości, a co za tym idzie o bardzo małej mobilności (czasem nawet jako substancja stała-nieruchliwa). W jej składzie znaleźć można parafiny i asfalteny, które wpływają na wysoką wartość ciężaru właściwego ropy. Ropa naftowa pochodząca z tych złóż zawiera duże ilości siarki oraz metali takich jak: wanad i nikiel. Właściwości te wpływają znacząco na efektywność wydobycia.

Kolejną rzeczą charakterystyczną dla tego rodzaju złóż jest znaczne zanieczyszczenie ropy naftowej wydobywanej na powierzchnię.

Charakteryzuje się ona również dużą zawartością osadu węglowego oraz zawartością frakcji aromatycznych i żywic.

Ciężka ropa dzielona jest na dwa rodzaje ze względu na podstawowy parametr jakim jest ciężar API [7]:
- ciężką ropę - od 10º do 22º API;
- extra ciężką ropę - mniejszej niż 10º API.

Ciężka ropa ze złóż niekonwencjonalnych jest zazwyczaj niemożliwa do odzyskania poprzez metody pierwotne eksploatacji, w jej stanie naturalnym. Większość złóż wymaga użycia ciepła (metod termicznych).

Złoża piasków bitumicznych (tar sand ) są to złoża, które występują w wielu krajach na świecie.

W literaturze spotkać można różne określenia np. oil sands czy bituminous sands.

W tego typu złożach występuje zwykle 83% piasku, 10% bituminów, 3% iłów oraz 4% wody [9]. Ropa naftowa zakumulowana w złożach typu tar sand, jest odmianą extra ciężkiej ropy. Jest gęstsza i bardziej lepka, dlatego też niekiedy nazywana jest "czarną emulsją" lub "substancją smolistą". Ze względu na swój stan występowania ropa naftowa musi najpierw być oddzielona od piasków, dlatego główną metodą stosowaną przy jej wydobywaniu jest technologia odkrywkowa.

Shale oil jest to złoże ropy naftowej zakumulowane w skale macierzystej (łupki) zawierającej kerogen, tj. organiczny materiał bitumiczny. Ropa z łupków to lekka ropa naftowa. Jest to wysokiej jakości surowiec o niskiej lepkości, co stwarza szansę, by przepływał przez szczeliny powstałe w łupkach [9].

Łupki roponośne są to struktury skalne, w których pod wpływem mijającego czasu i procesów geologicznych została uwięziona ropa naftowa. Charakteryzują się one bardzo niską przepuszczalnością. Ze złóż tych ciężko za pomocą podstawowych metod konwencjonalnych wydobyć ropę na powierzchnię. Już od wielu lat na całym świecie odkryte zostały takie złoża. Pierwszymi państwami, które rozpoczęły prace nad wydobyciem z tych niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej, były Chiny, Estonia, Hiszpania Szwecja i Szwajcaria. Przez wiele lat opracowywano nowe technologie eksploatacji, przełom nastąpił w 2003 roku kiedy to w Stanach Zjednoczonych został uruchomiony program rozwoju "Eksploatacji złóż łupków roponośnych". W 2009 roku kolejne państwa podjęły testy na złożach łupków. Jest to na pewno jedno z wielkich i przyszłościowych źródeł ropy naftowej na świecie. Co roku dowiadujemy się o nowo odkrytych pokładach ropy naftowej w łupkach.

Złoża typu tight oil są to zbiorniki, w których została uwięziona ropa naftowa. Charakteryzują się one niską przepuszczalnością, ale nieco wyższą od łupków. Technologia udostępniania i stymulacji złoża polega na rozbiciu zamkniętej struktury przestrzeni porowatej przy wykorzystaniu szczelinowania hydraulicznego. Ropa występująca w tych zbiornikach różni się od siebie takimi parametrami jak: lepkość i ciężar API. Złoża te mogą występować na niewielkich głębokościach, chociaż niekiedy zdarzają się przypadki złóż zalegających głęboko.

Rozmieszczenie niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej na świecie

Złoża niekonwencjonalne w ostatnich dziesięcioleciach zaczęły odgrywać ogromną rolę na arenie światowej. Na podstawie szeregu informacji i ich analizy stworzono mapę świata obrazującą występowanie niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej. Jak można zaobserwować na rys. 1 jest ich wiele i występują na całej szerokości geograficznej wszystkich kontynentów. Wiele złóż jest jeszcze na etapie odkrywania, badania i poszukiwania. W chwili obecnej największe ich akumulacje występują na terenie Wenezueli, Stanów Zjednoczonych, Kanady, Rosji, Chin, Australii oraz Jordanii.

Porównując złoża konwencjonalne do złóż niekonwencjonalnych można zauważyć, że są one również znaczące lecz nierównomiernie rozłożone w regionach geograficznych. Jak widać na rys. 2 Bliski Wschód choć nie spada z pierwszej pozycji, to udział zasobów złóż niekonwencjonalnych jest mniejszy w porównaniu do udziału złóż konwencjonalnych. Natomiast bardzo wysoką koncentrację rezerw ropy można zauważyć w Ameryce Północnej i Południowej (złoża niekonwencjonalne).

Występowanie złóż ciężkiej ropy

Największe zasoby złóż ciężkiej ropy znajdują się w Ameryce Południowej. Ich wielkość ocenia się na poziomie 161,3 miliarda ton (tab. 1), jednak technicznie do odzyskania jest ok. 38 miliardów ton. Poniżej podano wielkości całkowitych zasobów ciężkiej ropy w podziale na poszczególne regiony oraz ich części możliwych do wydobycia.

Jak widać regiony takie jak Ameryka Północna, Ameryka Południowa i Bliski Wschód mają największe pokłady ciężkiej ropy naftowej.

Do krajów o największych zasobach ciężkiej ropy można zaliczyć Wenezuelę i Irak.

Wenezuela zaraz po Kanadzie, jest drugim największym na świecie deweloperem oil sands.

Zasoby głównie znajdują się we wschodniej części kraju, na północ od Orinoko. Rezerwy te nie są technicznie piaskami roponośnymi, ale raczej ciężką ropą. W porównaniu do złóż kanadyjskich o wiele łatwiej wydobywa się zasoby wenezuelskie, ponieważ wysoka temperatura obniża lepkość, co oznacza, że można łatwiej ekstraktować ropę za pomocą nowoczenych technik wierceń horyzontalnych. Obecnie szacuje się, że technicznie możliwa do odzyskania ropa może wynieść nawet 80 mld ton. Oznacza to, że zasoby te przewyższają dwukrotnie zasoby Arabii Saudyjskiej, ale ciężka ropa z Orinoko jest niestety znacznie trudniejsza do przekształcenia w użyteczne paliwo.

Irak w 2012 roku był ósmym na świecie największym producentem cieczy ropopochodnych i ma piąte co do wielkości na świecie potwierdzone rezerwy ropy naftowej zaraz po Arabii Saudyjskiej, Wenezuelii, Kanadzie i Iranie.

Zasoby złóż ropy szacuje się obecnie na 22 mld ton. Najbardziej znane zasoby węglowodorów są skoncentrowane w szyickich obszarach na południu i w regionach kurdyjskich na północy. Wiekszość znanych rezerw ropy i gazu w Iraku tworzy pas ciągnacy się wzdłuż wschodnich obrzeży kraju. Około 17% rezerw znajduje się w północnym Iraku blisko Kirkutu, Mosulu i Khanaqin.

Występowanie złóż "tar sand"

Złoża ropy naftowej typu tar sand są zlokalizowane aż w 23 krajach. Największe złoże znajduję się w Kanadzie. Zawiera ono aż 25.3 miliardów ton ropy naftowej. W pierwszej trójce państw znajdują się również Kazachstan - 6 miliardów ton ropy oraz Rosja z zasobami 4.1 miliardów ton ropy naftowej.

W tab. 2 przedstawiono zasoby całkowite wraz z zasobami technicznie wydobywanymi w poszczególnych regionach świata. Jak widać największe złoża tar sand są zlokalizowane w Ameryce Północnej. Reszta regionów ma znacznie mniejsze zasoby tych złóż.

W 1998 roku amerykańscy naukowcy zwrócili uwagę całego świata na prowincję Alberta, gdzie usytuowane są bardzo obiecujące kanadyjskie oil sand. W prowincji tej znajdują się ogromne ilości ropy naftowej do wydobycia.

Szacuje się, że Kanada ma około 175 miliardów baryłek ropy, które mogą być odzyskane dzięki dzisiejszej technologii. Jest to trzecia co do wielkości rezerwa ropy naftowej zaraz po Wenezueli i Arabii Saudyjskiej. Wielkość zasobów wydobywalnych można zwiększyć, wykorzystując postępy w technologii. Ponad 97% rezerw Kanady znajduje się w piaskach prowincji Alberta, a większość pozostałych zasobów zlokalizowane są w prowincji Saskatechewan. Oil sand w prowincji Alberta stanowią największą na świecie formację bituminów, a trzy główne regiony wydobycia znajdują się w Athabasca, Cold Lake i Peace River [11].

Rosja poza Kanadą i Wenezuelą posiada największe ilości tar sands. Zasoby te szacowane są na 41 mld ton, z czego 5,5 mld ton są możliwe do odzyskania. Obecnie tak naprawdę trudno oszacować zasoby, ponieważ do tej pory nie było konkretnych informacji na temat poszukiwań, a w publikowanych raportach podane liczby należy traktować z dużą rezerwą.

Największe złoża znajdują się w bardzo odległej wschodniej Syberii i na razie pozostają niewykorzystywane ze względu na nieopłacalność inwestycji.

Mniejsze zasoby są badane intensywnie w okolicach Tatarstanu, gdzie szacunki rezerw technicznie wykonalnych do odzyskania są bardzo skromne.

Występowanie złóż "oil shale"

Złoża oil shale obok złóż shale gas są jednymi z najpopularniejszych tematów ostatnich lat. Światowe zasoby szacuje się na poziomie 795 mld ton z czego prawie 160 mld ton może być technicznie wydobywalne. Największe rezerwy znajdują się na terenie Ameryki Północnej oraz Rosji. Na skalę komercyjną 3 państwa zajmują się produkcją z tych złóż. Są to Brazylia, Chiny i Estonia.

Tabela 3 przedstawia zasoby oil shale w poszczególnych regionach świata wraz z ich basenami naftowymi. Największe pokłady tych złóż znajdują się w Ameryce Północnej, z czego aż 90% występuje w St. Zjednoczonych. Złoża te znajdują się w basenach: Phosphoria, Green River, Heath Formation i Eastern Devonian. Dość duże zasoby zlokalizowane są w Rosji, która posiada trzy baseny w obrębie których występują warstwy łupków roponośnych. Do krajów o znaczących zasobach shale oil należy zaliczyć Stany Zjednoczone, Estonię, Brazylię, Australię, Maroko i Jordanię.

Liczne złoża łupków znajdują się na terenie Stanów Zjednoczonych [6]. Najważniejsze w formacji Green River w Kolorado, Wyoming i Utah oraz we wschodniej części kraju - złoża czarnych łupków Devonu. Złoża na tym terenie były odkryte już od 1910 roku. Jednak dopiero w latach 70, kiedy cena ropy wzrosła nastąpiło nasilenie badań i działań w zakresie złóż łupków roponośnych. Rezerwy złóż przedstawiają się następująco:
- złoża Green River w Colorado 147 mld ton ropy naftowej;
- złoża Green River Wyomig 35 mld ton ropy naftowej;
- Mississippian-Devonian ok. 60 mld ton ropy naftowej.

Pokłady łupków w Estonii znane były już od 1700 r. jednak poszukiwania rozpoczęły się dopiero w 1918 roku [7]. Zostało odwierconych na terenie złóż ponad 10000 odwiertów badawczych. Produkcja łupków bitumicznych rozpoczęła się w 1919 roku i wyniosła 17000 ton. Natomiast w 1980 roku wzrosła do 31.4 mln ton, a liczba kopalni wzrosła do jedenastu.

Od początku 2013 roku Brazylia jest jednym z trzech państw (obok Chin i Estonii) które prowadzą kopalnie ropy naftowej z łupków na skalę komercyjną. Brazylia została zaliczona do regionów z największymi rezerwami ropy naftowej z pokładów łupków roponośnych. Największe złoża występują na południowym krańcu państwa, blisko granicy z Urugwajem, Paragwajem i Argentyną.

Główna brazylijska korporacja naftowa Petrobras już od kilku dziesięcioleci opracowywała technologię pozyskiwania ropy naftowej z łupków. Wynalezioną technologię nazwali "PETROSIX" i od razu ją opatentowali. Firma nie poprzestała na wdrażaniu swojej technologii tylko na terenie Brazylii, lecz rozpoczęła również eksport Petrosix na całym świecie.

Szacunkowe zasoby to 13 mld ton ropy naftowej.

Dzisiaj produkcja z kopalni wynosi około 600 ton ropy dziennie. Jednak wedle projektów zdolność produkcyjna ma wzrosnąć do 1600 ton ropy na dzień [6].

Australia ma duże pokłady oil shale. Już od kilkudziesięciu lat na jej terenie prowadzone były poszukiwania tego typu złóż. Na początku złożami zarządzała firma z Kanady i wybudowała kopalnie oparte na technologiach kanadyjskich.

Jednak po sprzeciwach ekologów oraz społeczności sprzedała ona swoje udziały w projekcie oil shale Queensland Energy Resources Limited (QERL). Ci z kolei po przeanalizowaniu wpływów kopalni Stuart na klimat i krajobraz (szczególnie niekorzystny wpływ na Wielką Rafę Koralową Australii), zamknęli ją. Techniki oparte na pochodnych technikach kanadyjskich miały toksyczne oddziaływania.

Szacowane zasoby technicznie wydobywalne to 4 mld ton ropy naftowej [7].

Maroko jako stosunkowo biedny kraj posiada duże pokłady "oil shale". Na terenie państwa znajduje się aż 10 lokalizacji łupków roponośnych, które zawierają ok. 8 mld ton ropy naftowej. Jednak opłacalne do wydobycia jest tylko 1,5 mld ton. Głównymi planami wykorzystania łupków jest ich spalanie w elektrowniach.

Złoża są zlokalizowane bardzo płytko, dlatego jako główne metody wydobycia planowane są metody górnicze - kopalnie odkrywkowe. Wedle najnowszych szacunków produkcja ze złoża będzie przynosiła 8000 ton ropy dziennie. Należy pamiętać że nie obejmuje to spalania łupków w elektrowniach, ale tylko produkcję dla potrzeb rafinerii [6].

Złoże w Jordanii i Izraelu jest stosunkowo nowo odkrytym złożem oil shale. Jego potencjał jest bardzo wysoki i w związku z tym szereg firm zainteresowało się jego udostępnieniem.

Według projektów KIO (Karak International Oil - Jordania) produkcja ma sięgać do 2500 ton dziennie w ciągu najbliższych lat, a maksymalna produkcja dojść do 10000 ton dziennie. Firma Eesti Energia (Estonia) ma plany produkcyjne do 6000 ton dziennie [6].

Występowanie złóż "tight oil"

Złoża tight oil występują na całym świecie.

Największe zasoby ropy naftowej znajdującej się w nich znajdują się w Ameryce Północnej, Rosji i Azji. Odkrycie tych złóż jest również w dużej mierze uzależnione od odkrycia pokładów łupków, gdyż jest to jeden z typów skał w których akumuluje się ściśnięta ropa. Światowe rezerwy szacuje się na poziomie 55 mld ton ropy naftowej. Tabela 4 przedstawia najważniejsze baseny naftowe i ich zasoby ze względu na regiony geograficzne.

Do największych można zaliczyc złoża w Rosji i Stanach Zjednoczonych. W Rosji związane to jest z formacją Bazhenov w zachodniej Syberii, która powstała z osadów odkładających się w wodzie morskiej. Morze pokryło ponad milion kilometrów kwadratowych w środkowej części dorzecza. Wysoko organiczne krzemionkowe łupki zostały w tym czasie osadzone na dnie morza.

W Morzu Karskim połączonym z oceanem znalazły się śladowe ilości minerałów pochodzących z rozpuszczonych minerałów i organicznych materiałów.

Uważa się, że formacja ta zawiera znaczne rezerwy tight oil rzędu 300 mln ton.

W Stanach Zjednoczonych złoże tight oil o nazwie Eagle Ford położone jest w południowym Teksasie. Odkryła je firma Petrohawk Energy Corp w 2008 roku. Powstała ona w nadziei znalezienia gazu podobnego do tego zalegającego w formacjach łupków z Haynesville na granicy Teksasu, Oklahomy i Arkansas. Eagle Ford składa się z trzech różnych rejonów. Północna część jest znana jako oil window, zawiera pewne ilości gazu ziemnego i kondensatu gazu ziemnego (NGL - Natural Gas Liquids ). Usytuowany na południu oil window występuje w rejonie zawierającym mokry gaz.

Południowy rejon zawiera głównie suchy gaz.

Formacja Eagle Ford nie jest typową formacją łupków, zawiera zmienne ilości gliny, mułu i jest bogata w wapno. Łupek ten jest kruchy w związku z czym łatwo go rozszczelinować, ponadto jest bardziej porowaty i przepuszczalny niż inne łupki, co ułatwia wydobycie węglowodorów.

Podsumowanie

W ostatnich latach zauważa się wyraźny wzrost znaczenia niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej na świecie. Świadczy o tym systematyczny wzrost produkcji ropy naftowej pochodzącej z tego typu złóż. W związku za tym należy dążyć do zintensyfikowania prac mających na celu ich dokładniejsze rozpoznawanie oraz opracowanie nowych zaawansowanych technologii wydobywczych. Do czynników ograniczających szybki wzrost wydobycia z niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej należy zaliczyć:
- dostęp do zasobów (ziemie publiczne);
- technologie udostępniania złóż oraz ich efektywność;
- koszty eksploatacji;
- regulacje prawne;
- podatki i wszelkiego typu pozwolenia;
- normy ochrony środowiska;
- zapotrzebowanie na wodę oraz jej dostępność;
- społeczno-ekonomiczne skutki rozwoju.

Równocześnie warto pamiętać, że opracowane w ostatnich latach nowe metody eksploatacji ropy naftowej ze złóż niekonwencjonalnych spowodowały w USA odwrócenie długoletniego spadku wydobycia ropy. Stało się to głównie dzięki rozwojowi eksploatacji złóż typu "tight oil" ("Tight oil bonanza", Petroleum Economist, Feb.2014). Globalnie również prognozowany jest wzrost wydobycia dzięki nowym koncepcjom eksploatacyjnym i rozwojowi technologii.

Obserwowany obecnie wzrost wydobycia ropy w USA jest efektem 20-letnich badań i prób, które co prawda mogą być wykorzystane w Polsce, ale nawet podobne warunki geologiczne nie gwarantują sukcesu technologii amerykańskich gdzie indziej. Konieczność opanowania tego typu technologii wymaga czasu i pieniędzy na badania, zwłaszcza projekty polowe, od których nie należy wymagać natychmiastowych sukcesów, ale które są jedyną metodą opracowania dobrych praktyk eksploatacyjnych.

Do nich możemy zaliczyć między innymi (JPT. Nov.2013) otwory rozgałęzione, pady wielootworowe (technologie zaczerpnięte ze złóż "offshore") czy też szersze wykorzystanie symulacji komputerowej i metod optymalizacyjnych.

Przy złożach niekonwencjonalnych ropy naftowej konieczne jest uzyskanie doświadczeń, większa odwaga przy podejmowaniu decyzji oraz akceptacja ryzyka technicznego i geologicznego.

Literatura:

1. http://www.tarsandsworld.com
2. http://www.slb.com/services/technical_challenges/ unconventional_resources.aspx
3. Ashraf M, Satapathy M.: The Global Quest for Light Tight Oil: Myth or Reality? Energy Perspectives.1.09.2013 r.
4. http://oilshalegas.com/greenriveroilshale.html
5. NPR’s "National Strategic Unconventional Resource Model" United States Department of Energy, 2006 r.
6. Meyer R.F., Attanasi. E.D.: Heavy Oil and Natural Bitumen - Strategic Petroleum Resources. USGS Fact Sheet PS-070-03, 08.2003 r.
7. http://www.api.org
8. US Natural Gas: The Role of Unconventional Gas. Energy Bulletin 2008.
9. Rychlicki S., Stopa J., Wojnarowski P., Pyrzak P.: Niekonwencjonalne złoża ropy naftowej. Przemysł Naftowy w Polsce, 2011.
10. Financial and Operating Review. Exxon Mobil, 2007.
11. Studium możliwości eksploatacji ciężkiej ropy ze złoża Lubaczów. Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra Inżynierii Naftowej, Kraków 2010.
×

DALSZA CZĘŚĆ ARTYKUŁU JEST DOSTĘPNA DLA SUBSKRYBENTÓW STREFY PREMIUM PORTALU WNP.PL

lub poznaj nasze plany abonamentowe i wybierz odpowiedni dla siebie. Nie masz konta? Kliknij i załóż konto!

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu

Podaj poprawny adres e-mail
W związku z bezpłatną subskrypcją zgadzam się na otrzymywanie na podany adres email informacji handlowych.
Informujemy, że dane przekazane w związku z zamówieniem newslettera będą przetwarzane zgodnie z Polityką Prywatności PTWP Online Sp. z o.o.

Usługa zostanie uruchomiania po kliknięciu w link aktywacyjny przesłany na podany adres email.

W każdej chwili możesz zrezygnować z otrzymywania newslettera i innych informacji.
Musisz zaznaczyć wymaganą zgodę

KOMENTARZE (0)

Do artykułu: Rodzaje niekonwencjonalnych złóż ropy naftowej i ich charakterystyka

NEWSLETTER

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu.

Polityka prywatności portali Grupy PTWP

Logowanie

Dla subskrybentów naszych usług (Strefa Premium, newslettery) oraz uczestników konferencji ogranizowanych przez Grupę PTWP

Nie pamiętasz hasła?

Nie masz jeszcze konta? Kliknij i zarejestruj się teraz!