MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Ústav geologických věd Jana Krajčová Vedoucí: doc. RNDr. Jaromír Leichmann, Dr. Petrologická charakteristika inkrustací na těžebních sondách podzemních zásobníků zemního plynu Rešerše Lanškroun, 2013 1
Obsah: 1. Základní údaje o zemním plynu..3 1.1. Obecné informace 3 1.2. Vznik...3 1.3. Vyuţití.3 2. Zemní plyn v České republice 4 2.1. Loţiska 4 3. Těţba zemního plynu.4 4. Skladování zemního plynu..5-7 5. Problémy při těţbě zemního plynu.7-8 6. Pouţitá literatura a zdroje..9 2
1. Základní údaje o zemním plynu 1.1. Obecné informace Zemní plyn je jednou z nejdůleţitějších nerostných surovin vůbec. Jedná se o látku hořlavou, bez barvy, tvaru či zápachu. Z hlediska sloţení je zemní plyn směsí plynných uhlovodíků. Obsahuje především metan (aţ 98%) a dále pak vodík, dusík, oxid uhličitý a další plyny. V surové těţbě bývá určitá příměs ropy, vody a písku. (Surovinové zdroje České republiky: nerostné suroviny 2010) Rozlišovány jsou čtyři druhy zemního plynu, které se od sebe liší svým sloţením. Jedná se o plyn suchý (nebo také chudý), pro nějţ je typický vysoký obsah metanu (aţ k 99%), dále plyn vlhký (bohatý), který kromě metanu obsahuje také příměs uhlovodíků, zemní plyn kyselý, jeţ je charakteristický obsahem sulfanu a čtvrtým druhem je plyn se zvýšeným podílem inertních sloţek, který obsahuje více neţ 20% oxidu uhličitého a přes 10% dusíku. V České republice se však vyskytuje pouze plyn suchý, vlhký a plyn se zvýšeným podílem inertních sloţek. 1.2. Vznik Zemní plyn vzniká z rozptýlené organické hmoty, která se mění na rozptýlené kapénky tohoto plynu. Celý tento proces se děje v takzvaném ropomatečném souvrství, které je sloţeno z terigenních nebo karbonátových pelitů a je charakteristické vysokým obsahem organické hmoty. Další fází je vytlačování těchto kapének z ropomatečného souvrství. Přemisťují se tak buď na povrch sedimentů, nebo do nadloţních pórovitých a propustných hornin kolektorů. Při protékání kolektorem se podle své tíhy akumulují v různých vrstvách. Pokud se v nadloţí nachází nepropustná vrstva a kapalina tak nemůţe uniknout do nadloţí, vzniká loţisko. Elevační oblast kolektoru, těsněnou krycími vrstvami, z níţ je moţný pohyb tekutin jen směrem domů, označujeme jako loţiskovou past (M. Kuţvart, M. Böhmer, 1972). Loţiskové pasti se podle geneze a morfologie dělí na pasti podmíněné vrstevní nebo zlomovou tektonikou a na pasti podmíněné jinými činiteli. 1.3. Využití Zemní plyn se vyuţívá jako palivo a zdroj energie. Jeho hlavní výhodou je šetrnost k ţivotnímu prostředí, jelikoţ neobsahuje jedovaté látky. Velké vyuţití má především v domácnostech, kde je pouţíván při ohřevu vody, vaření či vytápění. Stále častěji se ale se zemním plynem setkáváme například v dopravě, kde nahrazuje klasický benzín. Díky jeho relativně velkým zásobám je totiţ perspektivnější, neţ ropa. 3
2. Zemní plyn v České republice Mnoţství zemního plynu těţeného v České republice není dostatečně velké, aby pokrylo jeho spotřebu, přesto se zde několik důleţitých loţisek nachází. Loţiska zemního plynu ČR převaţují na jiţní i severní Moravě. Tato loţiska bývají často spjata s ropou či uhelnými slojemi. Poměrně významná loţiska zemního plynu jsou soustředěna v okrajových oblastech moravské části vídeňské pánve. Jsou uloţena v bádenských sedimentech společně s loţisky ropy buď jako samostatná loţiska zemního plynu nebo jako plynová čepice ropných loţisek nebo plyn rozpuštěný v ropě. Nadloţní sarmatské sedimenty obsahují téměř výhradně pouze loţiska zemního plynu. (Surovinové zdroje České republiky: nerostné suroviny 2010). Další perspektivní loţiska jsou situována v oblasti karpatské předhlubně a jv. svahů Českého masivu, a jedná se především o loţiska Dolní Dunajovice, Uhřice, Horní Ţukov a Lubná-Kostelany. Karbonský plyn se získává z české části hornoslezské uhelné pánve a výskyty přírodních uhlovodíků jsou pozorovány v oblasti příkrovů karpatského flyše. Další loţiska jsou intenzivně vyhledávána pomocí 3D seismiky a průzkum se soustředí na analogické typy loţiskových struktur. 3. Těžba zemního plynu Zemní plyn se těţí na zemském povrchu, ale i z mořského dna. Bývá uloţen mezi nepropustnými vrstvami v pórovitých horninách (většinou bývají v hloubkách od 3 do 8 km pod povrchem) a těţí se vrty vedenými přímo do nich. Po vytěţení je nutné zemní plyn upravit a očistit, aby byl připraven pro distribuci. Můţe obsahovat například vodu a sirné látky způsobující korozi zařízení, neţádoucí je i plyn či přílišná vlhkost zapříčiňující ucpávání plynovodů. Nejproblematičtější částí procesu těţby zemního plynu a jeho doručení odběratelům je doprava, jelikoţ je prováděna na delší vzdálenosti. Provádí se buď potrubím, nebo tankery. Zemní plyn se často těţí společně s ropou, protoţe se nacházejí na stejných loţiskách. 4
4. Skladování zemního plynu Zemní plyn se skladuje v podzemních zásobnících. Pro tento způsob skladování existuje mnoho důvodů. Jedním z nich je sezónní vyrovnávání, neboť spotřeba zemního plynu je v důsledku vytápění vyšší v zimě neţ v létě. Mezi další důvody patří i ekonomika, kdy se můţe plyn nakoupit v období, kdy je jeho cena niţší, uskladnit, a následně prodat v období výhodnějším. Také se můţeme pomocí zásobníků připravit na situace, kdy dojde k nečekaně vyšší spotřebě zemního plynu, nebo kdyţ dojde k přerušení dodávky plynu ze zahraničí. Podzemním zásobníkem se rozumí veškerá podpovrchová a povrchová zařízení nutná pro skladování. Pro skladování zemního plynu se vyuţívají přírodní nebo umělé prostory v podzemních geologických souvrstvích. Několik podpovrchových skladovacích horizontů nebo kaveren přitom můţe být propojeno technologicky do jednoho společného skladovacího objektu, který je označován jako lokalita podzemního zásobníku plynu. (www.rwe-gasstorage.cz, 2013) Podzemní zásobníky zemního plynu se dělí na porézní a kavernové zásobníky. Porézní zásobníky jsou vlastně vytěţená loţiska ropy nebo zemního plynu, kde se dá po ukončení těţby plyn opět skladovat. Patří sem i takzvané aquiferové zásobníky, tedy horniny, které plní roli přirozených vodních rezervoárů. Kavernové zásobníky jsou uměle vytvořené dutiny, jako například opuštěné doly nebo solné kaverny. Můţe se také jednat o prostory přímo vytvořené pro skladování zemního plynu. Obrázek č. 1: Schéma skladování zemního plynu (www.rwe-gasstorage.cz, 2013) 5
Firma RWE Gas Storage v České republice provozuje celkem šest zásobníků zemního plynu. Největším z nich je zásobník v Dolních Dunajovicích. Tato lokalita leţí 6 km severně od Mikulova. V roce 1973 zde byla v bazálních klastikách z období eggenburgu zjištěna výrazná akumulace zemního plynu a po vytěţení určité části plynu zde byl vybudován podzemní zásobník. Drenáţní horninu plynového loţiska uloţenou v hloubce 1500m pod povrchem tvoří glaukonitické pískovce aţ prachovce, uloţené místy aţ v sedmi hydrodynamických spojených vrstvách. Vrchol struktury tvoří věstonický zlom o výšce skoku cca 150m v úrovní mezozoických vápenců, na které přímo transgredovala eggenburgská klastika. Nadloţí plynonosného horizontu tvoří vápnité jílovce, jejichţ svrchní hranicí prochází rozhraní eggenburg-karpat. (www.rwe-gasstorage.cz, 2013) Obrázek č. 2: Mapa zásobníků zemního plynu v ČR (www.rwe-gasstorage.cz, 2013) Dalším významným zásobníkem je zásobník Háje. Je kavernového typu a je vybudován v krystalinických strukturách. Najdeme ho 70 km jihozápadně od Prahy ve středočeském plutou. Vznikl především z důvodu hledání vhodného místa pro zásobník, který by pokrýval špičky spotřeby plynu v Praze a jejím okolí. Podzemní část zásobníku se nachází v granodioritovém masiv středočeského plutonu, aţ na povrch pak dosahuje granodiorit blatenského typu. (www.rwe-gasstorage.cz, 2013) Prvním zásobníkem zemního plynu v České republice je zásobník Lobodice. Zároveň se jedná o jediný aquiferový zásobník u nás. Z geologického hlediska je tato struktura řazena k Chropyňskému úvalu. Podloţí tvoří metamorfované horniny z paleozoického období, uskladňovací horizont je třetihorního stáří. Asi 2 km jihovýchodně od města Štramberk nalezneme další zásobník zemního plynu, který můţeme z geologického hlediska řadit ke karpatské předhlubni. Leţí převáţně 6
v horninách karbonského stáří. Přesněji se jedná především o křemito-vápnitý pískovec a hrubozrnný aţ slepencovitý pískovec. V roce 1994 byla zahájena výstavba zásobníku Třanovice situovaného poblíţ města Český Těšín. Loţisko je tvořeno převáţně karbonskými horninami, hlavní loţisko tvoří bazální klastika spodního badenu. Vůbec prvním podzemním zásobníkem na území bývalého Československa, jehoţ výstavba započala jiţ v roce 1971, je zásobník Tvrdonice. Geologicky je tento zásobník řazen k Vídeňské pánvi. Jeho hlavní část náleţí sarmatským a bádenským horninám. 5. Problémy při těžbě Jedním z problémů při těţbě zemního plynu, kterým se zároveň zabývám ve své bakalářské práci, jsou inkrustace na těţebních sondách. Tyto nánosy výrazně ovlivňují permeabilitu filtrů. Jsou různě silné a také mají rozlišnou barvu, která je určená jejich chemickým sloţením. Pravděpodobně jsou způsobeny reakcí mezi materiálem, z něhoţ je filtr vyroben, a protékajícími fluidy. Inkrustace jsou celistvé, porušení se zde objevují jen zřídka a nepronikají celou tloušťkou nánosu. Je moţné, ţe vznikly aţ při manipulaci s trubkou. Část povlaku byla odebrána a následně studována pod optickým mikroskopem a elektronovou mikrosondou. Bylo zde zjištěno velké mnoţství zrn křemene, jeţ pochází patrně z filtru, a jsou tmeleny kalcitem. Dále zde najdeme i malé, tabulkovité krystaly jílových minerálů, které jsou uzavřené v kalcitovém tmelu. Pro zjištění, o jaké jílové minerály se jedná, byla provedena semi-kvantitativní analýza, která nepřinesla jednoznačné výsledky. Pravděpodobně se zde nachází kaolinit a další zrna jsou podobná illitu. Pro získání přesných výsledků bude potřeba další analýza. 7
Obrázek č. 3: Vzorek č. 1 (Leichmann Zeman, 2012) Obrázek č. 4: Vzorek č. 2 (Leichmann Zeman, 2012) 8
6. Použitá literatura a zdroje 1) Surovinové zdroje České republiky: nerostné suroviny 2010. Praha: Ministerstvo ţivotního prostředí ČR, 2010. 2) Kuţvart, M., Böhmer, M. (1972): Vyhledávání a průzkum ložisek nerostných surovin Praha: Academia. 3) RWE: O zemním plynu (2013) [cit. 2013-1-10]. Dostupné z: http://www.rwe.cz/cs/ozemnimplynu 4) RWE: Zemní plyn a jeho skladování (2013) [cit. 2013-2-8]. Dostupné z: http://www.rwe-gasstorage.cz/cs/skladovani-plynu/ 5) Leichmann J., Zeman, J. (2012): The mineral chemistry and structure of the mineral crust developed on the filter. Brno. 6) Leichmann J., Zeman, J. (2012): The mineral chemistry and structure of the mineral crust developed on the well Z-45. Brno. 9