VINPA

Kỹ thuật khai thác hiệu quả dầu khí từ đá phiến cho phép Mỹ tính đến việc bãi bỏ lệnh cấm xuất khẩu loại tài nguyên thiết yếu này.

Phương pháp fracking và khoan xiên ngang

Giá dầu thô trên thế giới đã giảm mạnh trong thời gian vừa qua. Nếu trong năm 2008 giá dầu đạt đến mức 160 USD/thùng và duy trì ở mức dao động trong khoảng từ 100 - 120 USD/thùng cho đến những năm 2013 - 2014, thì giá dầu đã sụt giảm một cách không ngờ và chỉ còn dưới 60 USD/thùng vào cuối năm 2014. Chiều hướng này có thể được duy trì trong thời gian sắp tới hay không vẫn là một câu hỏi, nhưng bỏ ngoài các yếu tố thương mại và chính trị trên thế giới thì kỹ thuật khai thác hiệu quả dầu khí từ đá phiến của Mỹ là một yếu tố không kém phần quan trọng trong việc hạ giá thành của loại nhiên liệu cốt yếu này.

Nguồn gốc dầu khí đá phiến

Trong các kiểu khai thác truyền thống, dầu khí được hình thành trong đá phiến (shale), đây là nhóm đá tạo thành trong ao hồ, đầm lầy, nền biển cạn... chứa nhiều vật liệu hữu cơ như rong tảo, mảnh vụn thực vật. Trong những điều kiện bị vùi lấp nhanh chóng và môi trường yếm khí sâu bên dưới, chúng sẽ chuyển hóa dần thành dầu và khí. Sau khi hình thành trong nhóm đá phiến, hay còn gọi là đá nguồn, với một tỷ trọng thấp hơn tỷ trọng các nhóm đá chung quanh, các phân tử dầu khí có khuynh hướng thoát ra khỏi đá nguồn và di chuyển lên trên về phía mặt ngoài vỏ đất qua các khe hở li ti của các nhóm đá có đặc tính thẩm thấu phía bên trên (đá cát, đá vôi...) hay còn gọi là đá chứa. Sự di chuyển lên trên của dầu khí sẽ bị chặn lại khi chúng gặp một nhóm đá không thẩm thấu (đá phiến, đá muối...) và dần dà tập trung nhiều hơn tại nơi đây, tạo thành các túi dầu khí với những cấu trúc khác nhau. Đây chính là nơi các mũi khoan nhắm đến để thu hoạch nguồn “vàng đen” từ thiên nhiên.

Khác với các kiểu truyền thống, khai thác dầu khí trong đá phiến là phương cách khai thác trực tiếp từ đá nguồn chứ không phải từ trong các vỉa đá chứa túi dầu. Thực ra kỹ nghệ khai thác dầu từ đá phiến từng được thực hiện từ thập niên 1970, lúc đó đá phiến chứa dầu khí nằm cạn hoặc lộ trên mặt đất, được cào bới và di chuyển vào các bồn chứa. Tại đây chúng được nung nóng và trộn lẫn với các luồng hơi nước nóng và nén ép để trích xuất dầu khí. Kỹ thuật này không mang lại hiệu quả kinh tế cao và vấn đề trọng yếu là thiếu kho bãi chứa đá phiến trong cả hai phần thu thập và thải bỏ, cùng các vấn đề an toàn môi sinh.

Ứng dụng công nghệ

Mọi việc chỉ trở nên tốt đẹp hơn vào giữa thập niên 2000 khi các ứng dụng kỹ thuật mới được phát triển. Sự khai thác hiệu quả dầu khí từ đá phiến được hỗ trợ bằng các phương pháp kỹ thuật khác nhau, nổi bật là kỹ thuật khoan xiên ngang (horizontal directional drilling) và làm rạn nứt đá bằng thủy lực (hydraulic fracking, còn gọi là fracking). Một thí dụ dễ hiểu về khoan xiên ngang là khi khai thác dầu khí, nhất là ở ngoài biển, người ta không cần phải di chuyển giàn khoan đến các vị trí khác nhau của mỏ dầu khí để khoan thẳng đứng từ trên xuống dưới mà chỉ cần cố định giàn khoan và từ đó khoan xiên ngang đến các vị trí cần thiết bên dưới.

Kỹ thuật fracking được thực hiện bằng cách dùng nước nóng dưới áp suất cực lớn bắn vào vách đá chung quanh để làm phần vách rạn nứt và các hạt dầu khí trong đó sẽ di chuyển ra ngoài một cách dễ dàng hơn để vào các ống dẫn. Vào những năm cuối thập niên 2000, những kỹ thuật ấy được áp dụng trực tiếp trên phần đá nguồn (đá phiến) sau khi một giếng khoan xiên ngang được tạo ra ngay bên trong các lớp đá này.

Cho đến nay đá phiến chứa dầu khí đã được phát hiện ở nhiều nơi trên thế giới, nhưng nhiều nhất vẫn là ở Mỹ. Vùng đá phiến chứa dầu khí Green River Formation nằm giữa các tiểu bang Colorado, Wyoming và Utah có trữ lượng khoảng 1.200 - 1.800 tỉ thùng. Không hẳn chúng sẽ được khai thác hết nhưng với ước tính trữ lượng có thể khai thác được là 800 tỉ thùng, thì con số này cũng đã gấp 3 lần trữ lượng dầu khí của Ả Rập Xê Út.

Với con số tiêu thụ khoảng 20 triệu thùng mỗi ngày, nếu nguồn dầu từ đá phiến có thể đóng góp 1/4 nhu cầu cần thiết bên cạnh các nguồn dầu khác trên nước Mỹ, dầu từ đá phiến Green River Formation sẽ được cung cấp liên tục khoảng 400 năm nữa. Mỹ đã đưa ra lệnh cấm xuất khẩu dầu mỏ và khí đốt từ 1975 để bảo vệ nguồn tài nguyên và bảo đảm an toàn cho nhu cầu trong nước nhưng trong những ngày vừa qua họ đang xem xét lại việc đồng ý cho các công ty dầu của Mỹ xuất khẩu dầu sang các nước khác.

(Tài liệu tham khảo: Oil shale extraction methods, AMSO American Shale Oil Comapy, 2010; Oil shale and Tar sand programmatic IES, 2012; North America tight light oil, Canada gas resource, 2011)