Trữ lượng “khủng”

Theo Cơ quan Thông tin năng lượng Mỹ (EIA), trữ lượng khí đá phiến toàn cầu được ước tính khoảng 208,4 nghìn tỉ m³. Loại khí đốt này hiện diện trên khắp lãnh thổ Mỹ với tổng trữ lượng gần 24 nghìn tỉ m³. Ngoài Bắc Mỹ, nhiều mỏ khí đá phiến đã được tìm thấy ở Nam Mỹ, Trung Quốc, Australia, Nga và một số nước châu Âu.

Năm 2011, mức tiêu thụ khí đốt tự nhiên của toàn thế giới là 3.222 tỉ m³. Sự phân bố dồi dào của khí đá phiến trong lòng đất ở khắp nơi đã góp phần đáp ứng nhu cầu sử dụng khí đốt tự nhiên ngày càng tăng.

Khai thác khí đá phiến ở Mỹ

Kỹ thuật sản xuất phức tạp

Khí đá phiến nằm xen kẽ giữa các lớp đá phiến ở độ sâu khoảng 2-4km. Vì môi trường này chưa đủ tạo ra áp suất và nhiệt độ cao nên dầu và khí không thể tập trung vào một chỗ mà sẽ tích tụ trong các lỗ hổng nhỏ hoặc vết nứt của đá phiến. Tuy có thành phần cấu tạo (chủ yếu là khí metan) tương tự như các loại khí truyền thống (conventional gas) nhưng kỹ thuật chiết xuất khí đá phiến lại phức tạp hơn rất nhiều. Do độ thấm và độ rỗng thấp của các lớp đá phiến, khí đá phiến không thể hình thành dòng chảy tự phát vào giếng khoan khai thác với lưu lượng thỏa mãn điều kiện kinh tế của các phương pháp khai thác truyền thống. Thay vào đó, các nhà sản xuất chiết xuất loại khí này bằng cách phá vỡ các vỉa đá phiến.

Việc thương mại hóa khí đá phiến phải trải qua hai giai đoạn sau:

Thăm dò: Tương tự kỹ thuật thăm dò được sử dụng cho các mỏ khí truyền thống, các nhà địa chất và địa vật lý nghiên cứu thành phần và cấu trúc của lớp đất bên dưới thông qua các kỹ thuật lập bản đồ và địa chấn. Khí đá phiến có mặt trong các khu vực dưới mặt đất được cấu tạo bởi đất sét đá phiến, một loại đất sét có chứa trầm tích hạt mịn.

Khai thác: Thấm vào các thành phần cấu tạo đá, khí đá phiến không thể bay lên bề mặt. Vì thế, loại khí phi truyền thống này (unconventional gas) rất khó khai thác. Để giải quyết vấn đề trên, các công ty khai thác dầu khí phải kết hợp hai kỹ thuật gọi là “nứt vỡ thủy lực” và “khoan ngang”.

Nứt vỡ thủy lực (fracking) là kỹ thuật phá vỡ đá phiến để giải phóng và bảo đảm khí đá phiến lưu thông ổn định trong hầm mỏ trước khi nó bay lên bề mặt theo các giếng khoan. Kỹ thuật này giữ cho các vết nứt mở ra và tăng tính thấm của đá. Tiếp theo, người ta vận dụng kỹ thuật nứt vỡ thủy lực qua việc bơm thẳng xuống giếng khoan một hỗn hợp dung dịch (nước, cát, nitơ, carbon dioxide…) với áp lực lớn. Chất nổ đôi khi cũng có thể được sử dụng để tạo ra các lỗ nhỏ trên thành giếng. Tuy nhiên, đá phiến sẽ chỉ nứt vỡ khi áp suất thủy lực được bơm vào đủ mạnh để đẩy khí đá phiến di chuyển ngược lên bề mặt theo các khe nứt.

Tồn tại trong lớp đất nằm ngang, khí đá phiến không thể được chiết xuất theo một giếng thẳng đứng như khi khai thác khí truyền thống. Các nhà khai thác sử dụng một mũi khoan có khả năng nghiêng dần trục khoan thành một góc 90^o so với phương thẳng đứng để khoan theo phương ngang. Kiểu khoan này giúp mở rộng vùng khai thác mà không cần phải di chuyển thiết bị khoan và làm tăng bề mặt tiếp xúc với lớp khí đá phiến.

Những thách thức

Lợi nhuận không bảo đảm: Hiện nay chưa có một tham chiếu chuẩn cho việc định giá khí đá phiến. Theo quan điểm kinh tế, giá của loại khí này sẽ càng rẻ khi bán cho các vùng tiêu thụ gần với mỏ khai thác. Ngay sau lần khoan thành công đầu tiên, lưu lượng khí thoát ra khỏi lòng đất sẽ chậm lại đáng kể và gây ảnh hưởng đến lợi nhuận của chủ đầu tư. Nói cách khác, cần phải liên tục lặp lại quá trình đào giếng khoan mới để giữ một mức lợi nhuận ổn định.

Tác động đến môi trường: Hỗn hợp dung dịch bơm vào lòng đất để phá đá được pha trộn giữa nước, cát và các hóa chất khác. Để dẫn dòng khí đá phiến lên bề mặt, người ta sẽ đào nhiều giếng khoan và điều này có thể làm biến dạng cảnh quan hay thậm chí làm thay đổi cấu trúc của lớp đất ngầm. Đây là một trở ngại cho hoạt động khai thác khí đá phiến ở những khu vực có người ở hoặc được bảo vệ.

Lịch sử và tương lai

Từ những năm 80 của thế kỷ trước, dù phát hiện ra nhiều mỏ khí đốt truyền thống, các nhà công nghiệp dầu khí đã tìm cách phát triển việc khai thác khí đá phiến để bù đắp sự cạn kiệt có thể xảy ra của trữ lượng khí đốt truyền thống.

Hoạt động khai thác khí đá phiến xuất hiện lần đầu tiên ở Mỹ vào đầu thế kỷ XIX. Vào cuối thế kỷ XIX, chỉ một lượng rất nhỏ khí đá phiến được chiết xuất. Các mỏ khí này không được khai thác vì chúng khó tiếp cận và đắt hơn so với các mỏ khí truyền thống mà việc chiết xuất diễn ra dễ dàng hơn rất nhiều.

Cùng với sự giảm chi phí vận chuyển và nhu cầu khí đốt tăng cao, việc xuất hiện của các kỹ thuật khai thác khí đá phiến (nứt vỡ thủy lực và khoan ngang) đã giúp cho ngành công nghiệp này trở nên khả thi và có thể sinh lời.

Theo EIA, nguồn khí đốt phi truyền thống chiếm đến 50% sản lượng khí đốt tự nhiên của Mỹ trong năm 2010 và tiếp tục tăng cao đến năm 2035. Cũng nhờ nguồn năng lượng này, Mỹ đã trở thành nhà sản xuất khí đốt lớn nhất thế giới kể từ năm 2009. Sản lượng khai thác trong năm 2011 của Mỹ đạt 651 tỉ m³ so với 607 tỉ m³ của Nga.

Có 2 yếu tố để giải thích cho thành công này của Mỹ: Trữ lượng khí đá phiến dồi dào trong lòng đất trên khắp lãnh thổ Mỹ và chi phí để triển khai các kỹ thuật khai thác thấp hơn so với các nơi khác.

Trong nhiều năm qua, việc khai thác khí đá phiến đã trở thành một hoạt động kinh tế toàn cầu. Nhiều chiến dịch thăm dò các mỏ khí triển vọng đang được nhiều quốc gia tiến hành để gia nhập vào cuộc chơi năng lượng. Tương lai của khí đá phiến sẽ phụ thuộc rất lớn vào những chiến dịch này để xác định chính xác trữ lượng khí đá phiến toàn cầu hiện nay và đặc biệt là để phân tích đúng đắn những lợi ích kinh tế của quá trình khai thác khí đá phiến.

Sự phát triển khí đá phiến dự kiến sẽ diễn ra chậm hơn ở châu Âu, nơi chi phí sản xuất có thể cao hơn và các mỏ khí nằm dưới các khu vực đông dân cư.

Toàn cầu hóa hoạt động khai thác khí đá phiến sẽ làm suy yếu địa chính trị về độc tôn khí và năng lượng của nhiều cường quốc. Việc đẩy mạnh sản xuất ở Mỹ, châu Âu hoặc châu Á sẽ tạo cơ hội cho xu hướng đa dạng hóa các nguồn cung khí đốt tự nhiên. “Sân chơi” năng lượng giờ đây sẽ trở nên khốc liệt hơn rất nhiều, ảnh hưởng trực tiếp đến những mối quan hệ thương mại lâu đời như thỏa thuận mua bán khí đốt giữa EU và Nga.