George Phydias Mitchell s-a născut în 1919 la exact 100 de ani după „colonelul” Drake și a murit la 94 de ani în 2013. Era fiul unui păstor de capre emigrat din Grecia (Savvas Paraskevoloupos, care și-a schimbat numele ca să-i facă pe plac unui angajator american) și a absolvit universitatea Texas A&M ca inginer petrolist. După absolvire, s-a stabilit în Houston în 1946. Împreună cu fratele său Johnny a pus bazele unei companii de explorare a petrolului. În 1951 a forat prima sa sondă – D. J. Hughes #1 – și a găsit gaz (șaizeci de ani mai târziu, gazul continua să curgă din acea sondă). Următoarele zece sonde s-au dovedit și ele a fi productive. Mitchell s-a entuziasmat. Zona unde a avut succes, numită Boonsville Bend, face parte din metropola Dallas – Fort Worth. Imediat el a arendat terenuri care însumau aproape 130.000 hectare.

După acest început mai mult decât promițător, Mitchell s-a gândit că norocul nu ține mult. El a devenit convins că găsirea unor noi rezerve de petrol sau gaz necesită cunoștințe temeinice, științifice și tehnologice. Când a aflat că Stanolind a utilizat cu succes fracturarea sondelor, Mitchell n-a ezitat o clipă. A început imediat să fractureze noile sale foraje din zona Boonsville Bend. Succesul economic nu s-a lăsat așteptat și, pe baza lui, noua companie – Mitchell Energy – s-a transformat într-o reușită spectaculoasă.

Lucrurile nu s-au oprit aici. În luna iunie 1982, la insistențele personale ale lui Mitchell, inginerii săi au fracturat pentru prima dată roca-sursă din zona Boonsville Bend – argila Barnett. Cu câțiva ani mai înainte, un program guvernamental încercase o fracturare hidraulică masivă într-o sondă apropiată de terenurile lui Mitchell. S-a folosit un amestec de apă și țiței sub formă de emulsie gelatinoasă, numită „Super K-frac”. Presiunea aplicată a rupt coloana de foraj și a produs o gaură adâncă de 1.600 metri. A trebuit o lună de muncă pentru a localiza gaura și a o cimenta. Imediat au apărut reacții pesimiste: un oficial guvernamental a scris în raportul său că „probabil această tehnică nu este eficientă din punct de vedere economic”. Mitchell a ales o altă modalitate de fracturare: a turnat peste 42.000 metri cubi de azot în gaura de sondă. Apoi în 1983 a încercat din nou cu dioxid de carbon și apă. Rezultatul a fost că argila fracturată a început să producă aproape 7.000 metri cubi de gaz pe zi. Luând în considerație timpul și cheltuielile pentru fracturare, rezultatul nu a fost foarte bun. Pentru comparație, un foraj actual fracturat în argila Barnett poate produce circa 142.000 metri cubi de gaz pe zi.

Cercetările companiei Mitchell Energy au continuat prin testarea a noi tipuri și cantități de fluide de fracturare. O problemă acută o reprezenta tipul de fluid de fracturare. Folosirea acidului clorhidric era eficientă numai dacă rocile conțineau calciu care putea fi dizolvat de acid. Când se foloseau soluții gelatinoase, problema o reprezenta faptul că o parte din gel rămânea definitiv blocată în porii rocii, scăzând astfel permeabilitatea dorită pentru creșterea producției de gaz.

Un inginer de la Mitchell Energy, Nick Steinsberger, a avut o idee revoluționară: folosirea apei în locul gelului. Și nu doar un pic de apă, ci o cantitate serioasă: de patru până la cinci ori mai multă apă decât în cazul folosirii gelului. Pe 11 iunie 1998 el a efectuat prima fracturare cu apă în sonda S. H. Griffin #4 din zona Dallas – Fort Worth. Folosind douăzeci de cisterne de apă și douăsprezece pompe puternice, el a forțat apa să penetreze argila Barnett și să-i deschidă porii. Două cisterne au furnizat aditivii chimici necesari: un reducător de fricțiune pentru a face apa mai alunecoasă („slickwater”) și un bactericid menit să distrugă microorganismele care s-ar putea ascunde în fluidul de retur. S-au pompat un milion de galoane (3,78 milioane litri) de apă. După o oră, s-a pompat nisip fin. Coloana de apă avea 2.500 metri. O presiune enormă la talpa sondei exercitată pe suprafața argilei Barnett. Steinsberger a așteptat cu emoții următoarele zile pentru a vedea rezultatele acestei prime fracturări masive cu apă. Și rezultatele au fost extraordinare: dacă sondele normale produceau între 1 – 2 milioane metri cubi în primele 90 zile de producție, sonda S. H. Griffin #4, fracturată masiv cu apă, a produs 3,3 milioane metri cubi în același interval de timp.

Invenția „apei alunecoase” („slickwater”) a fost descoperirea care a făcut gazele de șist să devină economice pentru exploatare și în 1998 compania Mitchell a deschis drumul spre extragerea unor cantități uriașe de gaz. Revista Oil and Gas Journal a apreciat că datorită procedeelor avansate de fracturare hidraulică introduse de Mitchell, un foraj care producea 70 barili (11.130 litri) pe zi folosind forajul convențional (vertical), putea produce acum 700 barili/zi. Iar o operațiune de fracturare hidraulică care în trecut costa între 250.000 $ și 300.000$ a ajuns să coste doar 100.000$. De acum înainte, gazul de șist va deveni o resursă comercială viabilă.[i]

Sonda S. H. Griffin, fracturată la cincizeci și doi de ani după ce Stanolind testase primul „hydrafrac”, a marcat o piatră de hotar pe drumul afirmării fracturării hidraulice drept cea mai importantă descoperire tehnologică a ultimelor decenii. George Mitchell a muncit 10 ani și a cheltuit 6 milioane de dolari pentru a ajunge la acest moment, deși mulți i-au spus că-și pierde timpul și banii degeaba. Dar au fost, spune The Economist, „în mod sigur cei mai bine cheltuiți bani din istoria gazului natural”.[ii]

Distribuția forajelor fracturate hidraulic în zona Dallas – Fort Worth. Se poate ușor distinge că în 1997 existau numai două foraje orizontale (marcate cu puncte roșii) (Sursa)

Distribuția forajelor fracturate hidraulic în zona Dallas – Fort Worth în 2012 (la 15 ani de la introducerea forajului orizontal). Toate forajele sunt orizontale (Sursa)

Mii și mii de foraje au fost după aceea fracturate cu apă (comparați harta cu foraje din 1997 cu cea din 2012). Se estimează că metoda introdusă de Nick Steinsberger a generat aproximativ 283 miliarde metri cubi de gaz. Argila Barnett produce astăzi peste 6% din toată producția de gaz natural american.[iii]

În 2002 Mitchell Energy a fost cumpărată pentru 3,5 miliarde dolari de Devon Energy, o companie din Oklahoma City. Inginerii de la Devon (Steinsberger printre ei) au venit cu o altă idee revoluționară legată de fracturarea argilei Barnett: forajul orizontal. Până atunci, toate forajele fuseseră verticale. Argila Barnett are o grosime tipică de 100 metri. Un foraj vertical ar deschide roca numai pe acest interval de adâncime. În schimb, un foraj orizontal ar putea extinde operațiunea de fracturare pe o distanță mult mai mare (2 km sau mai mult chiar). Iar folosind un singur puț vertical de intrare, se puteau fora, una după alta, 6-8 sonde orizontale. În felul acesta suprafața argilei fracturate creștea imens, iar cheltuielile de foraj se reduceau pentru că se folosea o singură instalație la suprafață care apoi săpa orizontal în mai multe direcții. Un alt avantaj serios al forării orizontale în argila Barnett era unul de natură pur geologică: sub argila Barnett se găsește formațiunea Ellenberger, o rocă plină de apă sărată. Un foraj vertical putea să pătrundă accidental în acea rocă, situație în care fluidul de fracturare s-ar fi putut pierde cu ușurință.

Forajul orizontal devenise, între timp, tot mai rapid și mai precis, datorită unor inovații tehnologice, atât în operațiunile de foraj propriu-zise cât și în carotajele geofizice menite să ghideze și să controleze direcția și poziția găurii de sondă. În lunile iunie și iulie 2002, Devon a forat prima sa sondă orizontală (Veale Ranch #1H) în argila Barnett. Sonda a fost apoi fracturată cu 4.500 metri cubi de apă. În luna noiembrie a aceluiași an, Devon a săpat al doilea foraj orizontal, Graham Shoop #6.

După anul 2002, forajele orizontale au devenit noul standard pentru sondele care exploatează gazele de șist prin fracturare hidraulică. O simplă comparație între cele două hărți de mai sus este sugestivă pentru amploarea luată de forajele orizontale.

Comparație între forajul vertical în argila Barnett și forajul orizontal introdus de Devon Energy în 2002. Formațiunea Ellenberger (purtătoare de apă sărată) este reprezentată sub argila Barnett. Desenul nu este la scară (Sursa)

Aș vrea să mai adaug un ultim comentariu despre impactul fracturării hidraulice a argilei Barnett din zona metropolitană Dallas – Fort Worth, unde trăiesc peste 6,8 milioane de oameni (circa o treime din populația României). Pe diverse site-uri românești, am citit o prostie inimaginabilă: americanii își permit să folosească fracturarea hidraulică pentru că ei o fac în deșert sau zone puțin populate!!! Adevărul este complet opus acestei inepții: fracturarea hidraulică în varianta ei modernă a început și continuă încă în zona Dallas – Fort Worth. Pentru cei care încă mai cred că fracturarea hidraulică are loc în deșert, priviți vă rog harta din 2012 (încercați să numărați câte foraje există în zona Dallas – Fort Worth) și apoi priviți fotografia de mai jos unde sonda este amplasată chiar în centrul orașului Fort Worth:

Foraj pentru gaze de șist în centrul orașului Fort Worth din Texas.

Fourth Street ‘A’ Gas Unit #1H, East Downtown Fort Worth, Texas,6 October, 2006, Courtesy of Dale Operating, Photo by Mike Fuentes

În perioada 2000 – 2013, în interiorul orașului Fort Worth au fost săpate 2.300 de sonde și s-au instalat 1.600 km de conducte de transport al gazelor de șist.

Ultima pagină (deocamdată!) a scurtei noastre istorii despre fracturarea hidraulică din SUA a fost scrisă de compania Halliburton, care a introdus relativ recent un nou fluid de fracturare, numit CleanStim[1], a cărui rețetă include numai ingrediente provenite din industria alimentară. Folosirea ingredientelor din industria alimentară oferă o marjă suplimentară de siguranță pentru oameni, animale și mediu în situația puțin probabil a unui incident la locația sondei. Ca să demonstreze că noul fluid de fracturare nu este dăunător oamenilor, Dave Lesar, Șeful executiv al companiei Halliburton, împreună cu guvernatorul statului Colorado, John Hickenlloper, au tras câte o dușcă în timpul unui miting din 30 noiembrie 2011[2]. După care, guvernatorul a depus mărturie în fața Senatului american: „[Dușca] Nu a fost foarte gustoasă, dar încă sunt în viață”. Pe site-ul companiei, Halliburton nu sfătuiește pe nimeni să bea din noul lichid de fracturare.

O știre îmbucurătoare a publicat recent compania Baker Hughes[3], una dintre cele mai importante din domeniul serviciilor petroliere, inclusiv al fracturărilor hidraulice:

Baker Hughes consideră că este posibil să dezvăluie 100% din ingredientele chimice pe care le folosim în fluidele de fracturare hidraulică, fără a compromite formulele noastre – o situație care va crește încrederea publicului în timp ce va încuraja inovarea comercială. În cazul în care va fi acceptat de către clienții noștri și de autoritățile guvernamentale competente, Baker Hughes va implementa un nou format care… va oferi liste complete de produse și ingrediente chimice utilizate.

Secretarul Adjunct al Departamentului de Energie, Paula Gant, a spus că decizia celor de la Baker Hughes „este un pas important în construirea încrederii publice”, și că Departamentul speră că alții vor urma exemplul.

Compania Halliburton, principala competitoare a lui Baker Hughes, a spus că are un interes în a proteja „proprietatea noastră intelectuală și investițiile substanțiale pe care aceasta le reprezintă” și va examina noul format propus de Baker Hughes pentru capacitatea sa de a proteja astfel de investiții. Recent, s-a anunțat că Halliburton va cumpăra pe Baker Hughes pentru suma de $35 miliarde.

Istoria fracturării hidraulice, începute într-un orășel din Pennsylvania la mijlocul secolului al XIX-lea, se confundă cu istoria căutărilor continui ale inginerilor și cercetătorilor americani pentru a găsi cele mai performante soluții tehnologice necesare să aducă la lumina zilei o nouă formă de energie – gazul de șist.

——————————————————————————————————-

Versiuni prescurtate ale celor 3 articole au fost publicate în românește http://issuu.com/petroleumreview/docs/petroleum_review-mai2014-ro și în engleză http://issuu.com/petroleumreview/docs/petroleum_review-may2014-en?Name=Value

De asemenea, articolele se regăsesc parțial și în cartea mea, recent publicată, ”Gazele de șist și fracturarea hidraulică – Între mit și realitate” Editura Integral, București, 2014.

Cel mai recent, cartea a fost discutată pe 18 noiembrie 2014 la Radio România Cultural, în cadrul emisiunii „Univers Științific”, http://www.radioromaniacultural.ro/planeta_radio_univers_stiintific_cu_mihaela_ghita-20717

[2] http://www.bizjournals.com/denver/blog/earth_to_power/2012/03/fracking-fluid-as-a-refreshing.html

[3] http://public.bakerhughes.com/shalegas/disclosure.html

_________________________

[i] Douglas Martin, The New York Times, „George Michael, a pioneer in hydraulic fracturing, dies at 94”, 26 iulie 2013 http://www.nytimes.com/2013/07/27/business/george-mitchell-a-pioneer-in-hydraulic-fracturing-dies-at-94.html

Daniel Yergin, „The Quest: Energy, Security, and the Remaking of the Modern World”, 26 septembrie 2012, http://www.amazon.com/The-Quest-Energy-Security-Remaking/dp/0143121944/

[ii] The Economist, „America’s bounty: Gas works. Shale is giving a big boost to the American economy”, 14 iulie 2012, http://www.economist.com/node/21558459

[iii] US Energy Information Administration, „Review of emerging resources. U.S: shale gas and shale oil plays”, July 2011, http://www.eia.gov/analysis/studies/usshalegas/pdf/usshaleplays.pdf