1. 263
WIERTNICTWO NAFTA GAZ • TOM 28 • ZESZYT 1–2 • 2011
* Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków
** Poszukiwania Nafty i Gazu NAFTA Sp. z o.o. w Pile
Jan Macuda*, Piotr Marchel**
ODDZIA£YWANIE PRAC WIERTNICZYCH NA ŒRODOWISKO
PRZY POSZUKIWANIU GAZU £UPKOWEGO W POLSCE
1. WSTÊP
Udostêpnianie z³ó¿ gazu ziemnego ze z³ó¿ niekonwencjonalnych (Shale gas) prowa-
dzi siê wielodennymi otworami wiertniczymi o g³êbokoœci kilku tysiêcy metrów, roz-
mieszczonymi najczêœciej w siatce o boku kilkuset metrów. Wiercenie tych otworów ze
wzglêdu na rodzaj i zakres prac stanowi potencjalne zagro¿enie dla wszystkich elementów
œrodowiska naturalnego, a stopieñ oddzia³ywania prac wiertniczych uzale¿niony jest od
wielu czynników. Do najwa¿niejszych z nich mo¿na zaliczyæ [3]:
– usytuowanie wiertni w terenie,
– wra¿liwoœæ poszczególnych elementów œrodowiska na zanieczyszczenie,
– typ urz¹dzenia wiertniczego,
– g³êbokoœæ wierconego otworu,
– rodzaj przewiercanych ska³,
– technologie udostêpniania gazu.
Charakterystyczn¹ cech¹ wierceñ realizowanych dla celów udostêpniania „gazu ³up-
kowego” jest bardzo du¿a iloœæ zabiegów szczelinowania ska³ w poziomym odcinku ka¿de-
go z otworów. Stosowana technologia udostêpniania tego gazu wymaga u¿ycia bardzo du-
¿ych iloœci wody oraz œrodków chemicznych, niezbêdnych do przygotowania cieczy szcze-
linuj¹cych. Podczas realizacji tych zabiegów powstaj¹ równie¿ du¿e iloœci odpadów
wiertniczych, które musz¹ byæ poddane zabiegom utylizacji.
Œrodowiskowe uwarunkowania wiercenia takich otworów bêd¹ szczególnie istotne
przy koniecznoœci ich realizacji w terenach o wysokim stopniu zurbanizowania oraz na te-
renach objêtych ró¿nymi formami ochrony.

2. 264
Zagro¿enia œrodowiska naturalnego wystêpuj¹ce przy organizacji i prowadzeniu prac
wiertniczych za „gazem ³upkowym” zwi¹zane s¹ g³ównie z [3,4,5,6]:
– czasowym pozbawieniem terenów zajêtych pod wiertniê i drogi dojazdowe mo¿liwo-
œci pe³nienia normalnych funkcji,
– mo¿liwoœci¹ zanieczyszczenia w obrêbie wiertni powierzchni ziemi oraz wód pod-
ziemnych œrodkami technologicznymi, stosowanymi do przygotowania p³uczek i cie-
czy szczelinuj¹cych oraz materia³ami pêdnymi,
– nadmiernymi poborami wody z ujêæ lokalnych i u¿ytkowych poziomów wodono-
œnych,
– emisj¹ ha³asu z urz¹dzeñ wiertniczych,
– emisj¹ zanieczyszczeñ do powietrza atmosferycznego,
– awaryjnymi zrzutami do œrodowiska p³uczek lub p³ynów z³o¿owych,
– migracj¹ gazu ziemnego do zalegaj¹cych w nadk³adzie utworów przepuszczalnych.
2. ZAGRO¯ENIA DLA GLEB I GRUNTÓW
Podczas wiercenia otworów eksploatacyjnych za z³o¿ami konwencjonalnymi o g³êbo-
koœci 3000–4000 m wielkoœæ terenu zajmowanego pod wiertniê i drogi dojazdowe zawiera
siê najczêœciej w przedziale od 80000 do 10000 m2
. Przy realizacji otworów udostêpniaj¹-
cych „gaz ³upkowy” wymagane jest jednak zajêcie wiêkszej powierzchni terenu. Wynika to
z koniecznoœci odwiercenia z jednego placu wiertni kilku otworów oddalonych od siebie na
niewielk¹ odleg³oœæ oraz budowy zbiornika wody technologicznej do procesu szczelino-
wania ska³ ³upkowych. W ka¿dym przypadku, na wielkoœæ zajmowanej powierzchni isto-
tny wp³yw ma d³ugoœæ drogi dojazdowej, wielkoœæ urz¹dzenia wiertniczego, iloœæ plano-
wanych otworów oraz pojemnoœæ zbiornika na wodê. Obecnie w trakcie wykonywania
w Polsce otworów badawczych za „gazem ³upkowym” wykonuje siê najczêœciej zbiorniki
o pojemnoœci od 6000 do 8000 m3
, a ich powierzchnia zale¿y od warunków posadowie-
nia i mo¿e wynosiæ od 2000 do 4000 m2
. Budowanie zbiornika wody technologicznej uza-
sadnione jest ekonomicznie tylko w przypadku prowadzenia zabiegów szczelinowania
w kilku otworach znajduj¹cych siê w jego pobli¿u. Natomiast zabiegi szczelinowania
w jednym otworze mo¿na przeprowadziæ przy wykorzystaniu kilkudziesiêciu zbiorników
o pojemnoœci od 40 do 80 m3
, ustawionych na placu wiertni po zdemontowaniu urz¹dzenia
wiertniczego.
Aby ograniczyæ mo¿liwoœæ wyst¹pienia zanieczyszczeñ gleb i wód podziemnych
w obrêbie wiertni, ca³y jej teren i zbiornik na wodê uszczelniane s¹ geomembran¹. Na ry-
sunku 1 przedstawiono widok zagospodarowania wiertni w trakcie realizacji pierwszego
w Polsce otworu poszukiwawczego za „gazem ³upkowym” przy wykorzystaniu urz¹dzenia
MASSARENTI model MAS 5000 E.

3. 265
Rys. 1. Widok zagospodarowania wiertni podczas wiercenia otworu za „gazem ³upkowym”
urz¹dzeniem MASSARENTI model MAS 5000 E [8]
3. ZAGRO¯ENIA DLA WÓD POWIERZCHNIOWYCH I PODZIEMNYCH
Do zabiegów hydraulicznego szczelinowania ska³ ³upkowych niezbêdne s¹ du¿e iloœci
wody technologicznej, a przygotowana ciecz szczelinuj¹ca i powstaj¹ce po zabiegach od-
pady p³ynne zawieraj¹ substancje w postaci: œrodków powierzchniowo czynnych, bio-
cydów, inhibitorów korozji, kwasu solnego oraz innych, niezbêdnych do w³aœciwego prze-
prowadzenia procesu szczelinowania. Substancje zawarte w cieczy szczelinuj¹cej i powsta-
³ych odpadach mog¹ byæ niebezpieczne dla œrodowiska, zw³aszcza w tych sytuacjach kiedy
gospodarkê odpadami prowadzi siê w sposób nieodpowiedni. Dlatego, dla ograniczenia ne-
gatywnego wp³ywu na œrodowisko wodne niezwykle istotna jest identyfikacja substancji
stosowanych do przygotowania cieczy szczelinuj¹cej na podstawie kart charakterysty-
ki oraz okreœlenie stopnia ich toksycznoœci dla œrodowiska wodnego. W praktyce przemy-
s³owej bardzo czêsto mamy jednak do czynienia z sytuacjami, kiedy receptura i sk³ad cie-
czy szczelinuj¹cej s¹ objête tajemnic¹ handlow¹ i wtedy nie jest mo¿liwa w³aœciwa ocena
potencjalnego zagro¿enia. Jest to bardzo istotny czynnik determinuj¹cy podjêcie w³aœci-
wych kroków w przypadku ewentualnego zanieczyszczenia wód podziemnych i powierzch-
niowych.

4. 266
4. EMISJA DO POWIETRZA
W trakcie wiercenia otworów za „gazem ³upkowym” emisja zanieczyszczeñ do atmos-
fery jest porównywalna z prowadzeniem prac wiertniczych przy udostêpnianiu z³ó¿ kon-
wencjonalnych. Ró¿nica mo¿e wynikaæ jedynie z czasu prowadzenia prac, który przy roz-
wiercaniu z³ó¿ gazu ³upkowego jest d³u¿szy z powody realizacji kilku otworów z terenu
jednej wiertni.
5. EMISJA HA£ASU DO ŒRODOWISKA
Podczas wiercenia g³êbokich otworów eksploatacyjnych istotny wp³yw na œrodowisko
ma równie¿ emisja ha³asu [1, 2]. W przypadku lokalizacji wiertni w rejonach o wysokim
stopniu zurbanizowania lub na terenach wymagaj¹cych szczególnej ochrony, niezbêdne jest
prowadzenia prac wiertniczych przy wykorzystaniu urz¹dzeñ z dobrze wyciszonymi podze-
spo³ami i zainstalowanymi ekranami akustycznymi.
Do g³ównych Ÿróde³ ha³asu na terenie wiertni nale¿¹: agregaty pr¹dotwórcze, silniki
napêdowe urz¹dzenia wiertniczego i pomp p³uczkowych, pompy p³uczkowe oraz sita wi-
bracyjne. Agregaty pr¹dotwórcze najczêœciej znajduj¹ siê w pomieszczeniach zamkniêtych,
ze œciankami o niewielkiej izolacyjnoœci akustycznej, natomiast silniki napêdowe i pompy
p³uczkowe s¹ ca³kowicie lub czêœciowo os³oniête wiat¹ lub te¿ czêœciowo zabudowane.
Sita wibracyjne s¹ na ogó³ ca³kowicie ods³oniête.
Do realizacji pierwszego w Polsce otworu poszukiwawczego za „gazem ³upkowym”
wykorzystano urz¹dzenie wiertnicze MASSARENTI model MAS 5000 E, które posiada³o
napêd wyci¹gu wiertniczego w postaci 2 silników pr¹du sta³ego 5GE 752 AR o mocy ci¹-
g³ej 1500 KM, napêd pomp p³uczkowych w postaci 2 silników elektrycznych 5GE 752 AR
ka¿da oraz 4 silników spalinowych Caterpillar 3512 C4 do napêdu generatorów pr¹du
o mocy 1400 KM. Na rysunku 2 przedstawiono rozk³ad poziomu ha³asu w otoczeniu urz¹-
dzenia wiertniczego MASSARENTI model MAS 5000 E podczas wiercenia otworu poszu-
kiwawczego za gazem ³upkowym na g³êbokoœci 2700 m.
6. TOKSYCZNOŒÆ ODPADÓW P£YNNYCH
Aktualnie u¿ywane ciecze szczelinuj¹ce s¹ mieszanin¹ wody zawieraj¹cej pewne ilo-
œci substancji o okreœlonym dzia³aniu, wspomagaj¹cych proces szczelinowania. Do sub-
stancji tych nale¿¹:
– œrodki zmniejszaj¹ce tarcie, w wyniku których ciecz szczelinuj¹ca mo¿e byæ zat³acza-
na z wiêkszym wydatkiem i przy mniejszym ciœnieniu,
– biocydy zapobiegaj¹ce rozwojowi mikroorganizmów,
– œrodki zapobiegaj¹ce korozji przewodu wiertniczego, rur ok³adzinowych i wewnêtrz-
nego uzbrojenia otworu,
– kwas solny do oczyszczenia strefy przyodwiertowej z osadu p³uczki wiertniczej.

5. 267
Rys. 2. Rozk³ad poziomu ha³asu w otoczeniu urz¹dzenia wiertniczego MASSARENTI
model MAS 5000 E [8]
Na rysunku 3 przedstawiono diagram ukazuj¹cy iloœciowy i jakoœciowy sk³ad cieczy
szczelinuj¹cej, a w tabeli 1 zestawiono g³ówne substancje wraz z ich zastosowaniem w in-
nych ga³êziach przemys³u. Na podstawie analizy diagramu (rys. 3) mo¿na stwierdziæ, ¿e
g³ównym sk³adnikiem cieczy szczelinuj¹cych jest woda, a z substancjami u¿ytymi do jej
przygotowania stykamy siê w ¿yciu codziennym. Dostêpnoœæ dodatków chemicznych do
cieczy szczelinuj¹cych i powszechnoœæ ich wykorzystania w ¿yciu codziennym daje wiêk-
sze mo¿liwoœci ich utylizacji.
Po wykonaniu zabiegu szczelinowania ska³ ³upkowych i obni¿eniu ciœnienia na g³owi-
cy ciecz szczelinuj¹ca, powracaj¹ca do otworu znacznie zmienia swój sk³ad chemiczny
w wyniku mieszania siê z wodami z³o¿owymi oraz kontaktu ze ska³¹ macierzyst¹. W cieczy
powracaj¹cej do otworu najczêœciej wzrasta iloœæ rozpuszczonych soli oraz koncentracja
wêglowodorów.

6. 268
Rys. 3. Iloœciowy i jakoœciowy sk³ad cieczy szczelinuj¹cej [8]
Tabela 1
Zestawie substancji wykorzystywanych do przygotowania cieczy szczelinuj¹cych wraz z ich
zastosowaniem w innych ga³êziach przemys³u [5]
Rodzaj dodatku G³ówne sk³adniki cieczy kwasuj¹cej Powszechne zastosowanie
Kwas HCL
œrodki chemiczne do
czyszczenia ³azienek
Biocyd glutaraaldehyd przemys³ farmaceutyczny
Œrodek rozk³adaj¹cy
polimery
chloran sodu konserwanty ¿ywnoœci
inhibitory korozji n.N dimetyl formamidy
u¿ywany do krystalizacji
medium w przemyœle
farmaceutycznym
Œrodki
zmniejszaj¹ce tarcie
produkty destylacji ropy naftowej
przemys³ kosmetyczny,
kremy, szampony do
w³osów

7. 269
Tabela 1 cd.
Po zabiegu szczelinowania ciecz szczelinuj¹ca nie powraca natychmiast w ca³oœci do
otworu. Proces ten trwa czasem do kilku dni, co znacznie zwiêksza czas reakcji cieczy ze
ska³¹ zbiornikow¹. Z literatury [6, 10] wynika, ¿e przy wykonywaniu zabiegów szczelino-
wania ska³ ³upkowych w wielu przypadkach ró¿nica w objêtoœci zat³oczonej cieczy szczeli-
nuj¹cej do odebranej mo¿e wynosiæ od 30 do nawet 70%. Ciecz ta w póŸniejszej fazie mo¿e
byæ wydobywana na powierzchniê razem z eksploatowanym gazem. Czêœæ cieczy szczeli-
nuj¹cej jest jednak tracona bezpowrotnie, gdy¿ pozostaje ona w mikroszczelinach, sorbuje
siê na minera³ach ska³y macierzystej i nie stanowi ¿adnego zagro¿enia dla œrodowiska.
7. ZARZ¥DZANIE ODPADAMI P£YNNYMI
PO SZCZELINOWANIU SKA£ £UPKOWYCH
Powstawanie du¿ych iloœci odpadów p³ynnych w procesie szczelinowania ska³ ³upko-
wych jest nieuniknione i dlatego nale¿y podj¹æ wszelkie mo¿liwe dzia³ania organizacyjne
i technologiczne, aby je w³aœciwie zagospodarowaæ lub zutylizowaæ.
Znaj¹c sk³ad cieczy szczelinuj¹cej oraz przeprowadzaj¹c na bie¿¹co badania fizyko-
chemiczne powsta³ych odpadów, mo¿na okreœliæ stopieñ ich toksycznoœci dla œrodowiska
wodnego oraz opracowaæ odpowiednie dzia³ania prewencyjne w celu ograniczenia mo¿li-
woœci zanieczyszczenia horyzontów wód pitnych.
Na podstawie doœwiadczeñ zdobytych w Stanach Zjednoczonych, w trakcie prowadzenia
prac wiertniczych za „gazem ³upkowym” mo¿na stwierdziæ, ¿e wiêkszoœæ postaj¹cych odpa-
dów p³ynnych mo¿e byæ utylizowana w oczyszczalniach komunalnych lub przemys³owych.
Regulator granicy
p³yniêcia
guara gum
hydroxyethyl cellulose
przemys³ kosmetyczny,
przyprawy
Œrodek
zapobiegaj¹cy
powstawaniu soli
¿elaza
2-hydroxy-1,2,3-propanetricaboxylic kwas
kwasek cytrynowy u¿ywany
do usuwania osadów
Przeciwutleniacze ammonium bisulfite przemys³ kosmetyczny
Materia³
podpieraj¹cy
szczeliny
krzemionka, piasek kwarcowy Zwyk³y piasek np. na pla¿y
Inhibitor
zapobiegaj¹cy
powstawaniu soli
wapnia i magnezu
ethylene glycol
œrodek zapobiegaj¹cy
zamarzaniu, p³yn do
spryskiwaczy
Œrodek
powierzchniowo-
czynny
izopropanol
przemys³ kosmetyczny,
dezodoranty, farby do
w³osów
Regulator pH soda, wêglan potasu detergenty, myd³o

8. 270
Bior¹c jednak pod uwagê du¿e koszty przygotowania cieczy szczelinuj¹cej, nale¿y d¹-
¿yæ do wielokrotnego jej u¿ycia, a to poci¹ga za sob¹ koniecznoœæ jej magazynowana. Taki
sposób gospodarowania odpadami wiertniczymi zwiêksza jednak ryzyko wyst¹pienia za-
nieczyszczenia wód podziemnych i powierzchniowych oraz gleb. Aby zminimalizowaæ to
ryzyko, nale¿y w odpowiedni sposób uszczelniaæ zbiorniki magazynowe i nie dopuœciæ do
przedostania siê odpadów p³ynnych do œrodowiska.
8. WP£YW PRAC WIERTNICZYCH NA CZ£OWIEKA
Z literatury [3, 10] wynika, ¿e ska³y ³upkowe w Polsce wystêpuj¹ w znacznej czêœci na
terenach obszarów wiejskich, ale w wielu przypadach mamy równie¿ zabudowê miejsk¹
i tereny wymagaj¹ce podwy¿szonej ochrony. Podjêcie prac wiertnicznych za „gazem ³up-
kowym” na takich terenach bêdzie powodowa³o pewne obawy spo³ecznoœci lokalnej o swo-
je bezpieczeñstwo, a w szczególnoœci bêdzie wp³ywa³o na pogorszenie klimatu akustyczn-
go i chwilow¹ zmianê krajobrazu. Du¿a intensywnoœæ prac wiertniczych mo¿e równie¿
wp³ywaæ na pogorszenie jakoœci wód u¿ytkowych poziomów wodoœnych w wyniku uciecz-
ki nawet niewielkich iloœci p³uczki do przewiercanych ska³ wodonoœnych.
9. WNIOSKI
1. Wp³yw prac wiertniczych na œrodowisko, realizowanych w Polsce za „gazem ³upko-
wym”, bêdzie bardzo zró¿nicowany i w istotnym stopniu uzale¿niony od stopnia zur-
banizowania terenu, wra¿liwoœci poszczególnych elementów œrodowiska oraz zasto-
sowanej organizacji prowadzenia oprac wiertniczych.
2. W celu ograniczenia negatywnego wp³ywu prac wiertniczych na œrodowisko nale¿y
podj¹æ odpowiednie dzia³ania ju¿ na etapie projektowania i lokalizacji otworów eks-
ploatacyjnych.
3. Wa¿nym czynnikiem, determinuj¹cym bezpieczeñstwo œrodowiska gruntowo-wodne-
go jest prawid³owe wykonanie otworu wiertniczego, monitoring procesu szczelinowa-
nia ska³ ³upkowych oraz monitoring nadleg³ych poziomów wodonoœnych.
4. Aby zmniejszyæ negatywny wp³yw cieczy szczelinuj¹cych na œrodowisko wodne nale-
¿y udoskonaliæ ich receptury przez szersze wykorzystanie substancji nietoksycznych
lub o bardzo niskiej toksycznoœci.
5. W celu ogarniczenia emisji ha³asu do œrodowiska wszystkie urz¹dzenia powinny byæ
odpowiednio wyciszone i mieæ skuteczne ekrany akustyczne.
LITERATURA
[1] Engel Z.: Ochrona œrodowiska przed drganiami i ha³asem. WNT, Warszawa 2001
[2] Dubiel S., Macuda J., Jamrozik A.: Ocena wp³ywu technologii stosowanych w wiert-
nicwie naftowym na œrodowisko gruntowo-wodne. Wiertnictwo Nafta Gaz (rocznik
AGH), r. 20/2, 2003

9. 271
[3] Macuda J.: Œrodowiskowe aspekty potencjalnej produkcji gazu ziemnego z niekon-
wencjonalnych z³ó¿. Przeg. Geolog., nr 1/2010
[4] Macuda J., £ukañko £.: Pomiary ha³asu œrodowiskowego w przemyœle naftowym
i gazowniczym. Wiertnictwo Nafta Gaz (pó³rocznik AGH), t. 25 z. 1, 2008
[5] Macuda J., Nagy S., Zawisza L.: Prognozowanie wp³ywu odpadów wiertniczych de-
ponowanych w zbiorczym dole urobkowym na wody podziemne. X Konferencja
Naukowo-Techniczna – Nowe metody i technologie w geologii naftowej, wiertnic-
twie, eksploatacji otworowej i gazownictwie. Kraków, AGH, 1999
[6] Macuda J., Zawisza L.: Techniczne uwarunkowania sk³adowania odpadów p³yn-
nych w górotworze metod¹ otworow¹. Wiertnictwo Nafta Gaz (rocznik AGH), 23/1,
2006
[7] Macuda J., Lewkiewicz-Ma³ysa A.: Toxic chemical waste deposition in deep post-
extraction Wells. Netradièní metody vyuzití lozisek. II. Mezinárodni konference,
Ostrava 17–18 listopad 1999
[8] Materia³y archiwalne, (2010) Poszukiwania Nafty i Gazu NAFTA Sp. z o.o. w Pile
[9] Wszo³ek T., Macuda J., Wszo³ek W., Stryniewicz L.: Analiza wp³ywu urz¹dzeñ
wiertniczych na klimat wibroakustyczny œrodowiska. Wiertnictwo Nafta Gaz (rocz-
nik AGH), r. 19/2, 2002
[10] Zawisza L., Macuda J. et al.: Ocena zagro¿eñ dla œrodowiska naturalnego wystêpu-
j¹cych przy poszukiwaniu i rozpoznawaniu oraz podczas eksploatacji z³ó¿ wêglowo-
dorów. MŒZNiL, Warszawa 2007 (praca niepublikowana)