Фрекинг (также известный как гидравлический разрыв , гидроразрыв , гидрофракция или гидрофракинг ) — это метод стимуляции скважин , включающий разрыв пластов в коренной породе с помощью жидкости под давлением. Процесс включает в себя закачку под высоким давлением «жидкости для гидроразрыва» (в основном воды, содержащей песок или другие расклинивающие агенты , взвешенные с помощью загустителей ) в ствол скважины для создания трещин в глубоких скальных образованиях, через которые природный газ , нефть и рассол будут течь более свободно. Когда гидравлическое давление снимается со скважины, мелкие зерна расклинивающих агентов для гидроразрыва (песок или оксид алюминия ) удерживают трещины открытыми. [1]
Гидравлический разрыв пласта начался как эксперимент в 1947 году [2] , а первое коммерчески успешное применение последовало в 1949 году. По состоянию на 2012 год во всем мире было выполнено 2,5 миллиона «операций по гидроразрыву пласта» на нефтяных и газовых скважинах, более миллиона из которых были выполнены в США [3] [4] Такая обработка, как правило, необходима для достижения адекватных скоростей потока в скважинах сланцевого газа , плотного газа , плотной нефти и газа угольных пластов . [5] Некоторые гидравлические разрывы могут образовываться естественным образом в определенных жилах или дамб . [6] Бурение и гидравлический разрыв пласта сделали Соединенные Штаты крупным экспортером сырой нефти по состоянию на 2019 год [7] , но утечка метана , мощного парникового газа , резко возросла. [8] [9] Увеличение добычи нефти и газа в результате десятилетнего бума фрекинга привело к снижению цен для потребителей, при этом доля доходов домохозяйств, идущая на расходы на энергию, достигла почти рекордно низкого уровня. [10] [11]
Гидравлический разрыв пласта является весьма спорным. [12] Его сторонники подчеркивают экономические преимущества более широкодоступных углеводородов (таких как нефть и природный газ ), [13] [14] преимущества замены угля природным газом , который сгорает более чисто и выделяет меньше углекислого газа (CO2 ) , [15] [16] и преимущества энергетической независимости . [17] Противники фрекинга утверждают, что их перевешивают экологические последствия , которые включают загрязнение грунтовых и поверхностных вод , [18] шум и загрязнение воздуха , возникновение землетрясений и вытекающие из этого опасности для общественного здоровья и окружающей среды. [19] [20] Исследования обнаружили неблагоприятные последствия для здоровья у населения, проживающего вблизи мест проведения гидроразрыва пласта, [21] [22] включая подтверждение химических, физических и психосоциальных опасностей, таких как исходы беременности и родов, мигрени, хронический риносинусит , сильная усталость, обострения астмы и психологический стресс. [23] Соблюдение правил и мер безопасности необходимо для предотвращения дальнейших негативных последствий. [24]
Масштаб утечки метана, связанной с гидроразрывом пласта, не определен, и есть некоторые свидетельства того, что утечка может свести на нет любые выгоды от выбросов парниковых газов при использовании природного газа по сравнению с другими ископаемыми видами топлива . [25] [26]
Увеличение сейсмической активности после гидроразрыва пласта вдоль спящих или ранее неизвестных разломов иногда вызвано глубокой закачкой обратного потока гидроразрыва пласта (побочный продукт скважин с гидроразрывом пласта) [27] и добываемого пластового рассола (побочный продукт как трещиноватых, так и не трещиноватых нефтяных и газовых скважин). [28] По этим причинам гидроразрыв пласта находится под международным контролем, ограничен в некоторых странах и полностью запрещен в других. [29] [30] [31] Европейский союз разрабатывает правила, которые разрешат контролируемое применение гидроразрыва пласта. [32]
Трещины в породах на большой глубине часто подавляются давлением из-за веса вышележащих пластов породы и цементации пласта. Этот процесс подавления особенно важен в «растяжимых» ( режим 1 ) трещинах, которые требуют, чтобы стенки трещины двигались против этого давления. Трещины возникают, когда эффективное напряжение преодолевается давлением жидкостей внутри породы. Минимальное главное напряжение становится растягивающим и превышает предел прочности материала на растяжение. [33] [34] Трещины, образованные таким образом, обычно ориентированы в плоскости, перпендикулярной минимальному главному напряжению, и по этой причине гидравлические трещины в стволах скважин могут использоваться для определения ориентации напряжений. [35] В природных примерах, таких как дайки или заполненные жилами трещины, ориентации могут использоваться для вывода прошлых состояний напряжения . [36]
Большинство систем минеральных жил являются результатом повторяющегося естественного трещинообразования в периоды относительно высокого давления поровой жидкости . Влияние высокого давления поровой жидкости на процесс формирования систем минеральных жил особенно очевидно в жилах «трещино-уплотнительных», где материал жилы является частью серии дискретных событий трещинообразования, и дополнительный материал жилы откладывается в каждом случае. [37] Одним из примеров долгосрочного повторяющегося естественного трещинообразования является воздействие сейсмической активности. Уровни напряжения повышаются и понижаются эпизодически, и землетрясения могут вызывать выброс больших объемов реликтовой воды из заполненных жидкостью трещин. Этот процесс называется «сейсмической накачкой». [38]
Небольшие интрузии в верхней части коры , такие как дайки, распространяются в виде заполненных жидкостью трещин. В таких случаях жидкостью является магма . В осадочных породах со значительным содержанием воды жидкость на вершине трещины будет паром. [39]
Гидроразрыв как метод стимуляции неглубоких, твердых нефтяных скважин восходит к 1860-м годам. Детонация динамита или нитроглицерина использовалась для увеличения добычи нефти и природного газа из нефтеносных формаций. 24 апреля 1865 года ветеран Гражданской войны в США полковник Эдвард А. Л. Робертс получил патент на « взрывающуюся торпеду ». [40] Она использовалась в Пенсильвании , Нью-Йорке , Кентукки и Западной Вирджинии с использованием жидкого, а позже и затвердевшего нитроглицерина . Позже этот же метод был применен к водяным и газовым скважинам. Стимуляция скважин кислотой вместо взрывчатых жидкостей была введена в 1930-х годах. Из-за травления кислотой трещины не закрывались полностью, что приводило к дальнейшему увеличению производительности. [41]
Гарольд Хэмм , Обри МакКлендон , Том Уорд и Джордж П. Митчелл считаются пионерами инноваций в области гидроразрыва пласта для их практического применения. [42] [43]
Взаимосвязь между производительностью скважины и давлением обработки была изучена Флойдом Фаррисом из Stanolind Oil and Gas Corporation . Это исследование легло в основу первого эксперимента по гидроразрыву пласта, проведенного в 1947 году на газовом месторождении Хьюготон в округе Грант на юго-западе Канзаса компанией Stanolind. [5] [44] Для обработки скважины 1000 галлонов США (3800 л; 830 имп галлонов) загущенного бензина (по сути, напалма ) и песка из реки Арканзас были закачаны в газообразующую известняковую формацию на глубине 2400 футов (730 м). Эксперимент оказался не очень успешным, поскольку производительность скважины существенно не изменилась. Процесс был дополнительно описан Дж. Б. Кларком из Stanolind в его статье, опубликованной в 1948 году. Патент на этот процесс был выдан в 1949 году, а исключительная лицензия была предоставлена компании Halliburton Oil Well Cementing Company. 17 марта 1949 года компания Halliburton провела первые две коммерческие операции по гидроразрыву пласта в округе Стивенс, штат Оклахома , и округе Арчер, штат Техас . [44] С тех пор гидроразрыв пласта был успешно использован для стимуляции приблизительно одного миллиона нефтяных и газовых скважин [45] в различных геологических условиях.
В отличие от крупномасштабного гидравлического разрыва, используемого в низкопроницаемых пластах, малые гидравлические разрывы обычно используются в высокопроницаемых пластах для устранения «повреждения кожи», зоны низкой проницаемости, которая иногда образуется на границе раздела порода-скважина. В таких случаях разрыв может распространяться всего на несколько футов от скважины. [46]
В Советском Союзе первый гидроразрыв пласта с использованием проппанта был проведен в 1952 году. Впоследствии методы гидроразрыва пласта применялись и в других странах Европы и Северной Африки, включая Норвегию, Польшу, Чехословакию (до 1989 года), Югославию (до 1991 года), Венгрию, Австрию, Францию, Италию, Болгарию, Румынию, Турцию, Тунис и Алжир. [47]
Массивный гидравлический разрыв пласта (также известный как высокообъемный гидравлический разрыв пласта) — это метод, впервые примененный компанией Pan American Petroleum в округе Стивенс, штат Оклахома , США, в 1968 году. Определение массивного гидравлического разрыва пласта различается, но в целом относится к процедурам закачки более 150 коротких тонн или приблизительно 300 000 фунтов (136 метрических тонн) проппанта. [48]
Американские геологи постепенно осознали, что существуют огромные объемы газонасыщенных песчаников с проницаемостью, слишком низкой (обычно менее 0,1 миллидарси ), чтобы извлекать газ экономически выгодно. [48] Начиная с 1973 года, массивный гидравлический разрыв использовался в тысячах газовых скважин в бассейне Сан-Хуан , бассейне Денвер , [49] бассейне Пайсанс , [50] и бассейне Грин-Ривер , а также в других твердых скальных образованиях западной части США. Другие скважины плотного песчаника в США, которые стали экономически выгодными благодаря массивному гидравлическому разрыву, были в песчанике Клинтон-Медина (Огайо, Пенсильвания и Нью-Йорк) и песчанике Коттон-Вэлли (Техас и Луизиана). [48]
Массовый гидравлический разрыв пласта быстро распространился в конце 1970-х годов на западную Канаду, красный легенд и каменноугольные газоносные песчаники в Германии, Нидерланды (наземные и морские газовые месторождения) и Соединенное Королевство в Северном море . [47]
Горизонтальные нефтяные или газовые скважины были необычными до конца 1980-х годов. Затем операторы в Техасе начали заканчивать тысячи нефтяных скважин, буря горизонтально в Остин-Чалк и применяя массивные обработки гидроразрыва пласта с использованием скользящей воды в стволах скважин. Горизонтальные скважины оказались намного более эффективными, чем вертикальные скважины, при добыче нефти из плотного мела; [51] осадочные пласты обычно почти горизонтальны, поэтому горизонтальные скважины имеют гораздо большие площади контакта с целевым пластом. [52]
Операции по гидроразрыву пласта стали экспоненциально развиваться с середины 1990-х годов, когда технологический прогресс и рост цен на природный газ сделали эту технологию экономически выгодной. [53]
Гидравлический разрыв пласта сланцев восходит как минимум к 1965 году, когда некоторые операторы на газовом месторождении Big Sandy в восточном Кентукки и южной Западной Вирджинии начали проводить гидравлический разрыв пласта Ohio Shale и Cleveland Shale , используя относительно небольшие разрывы. Работы по разрыву пласта в целом увеличили добычу, особенно из скважин с низкой производительностью. [54]
В 1976 году правительство США начало проект «Восточные газовые сланцы», который включал многочисленные государственно-частные демонстрационные проекты по гидроразрыву пласта. [55] В тот же период Институт газовых исследований , исследовательский консорциум газовой промышленности, получил одобрение на исследования и финансирование от Федеральной комиссии по регулированию энергетики . [56]
В 1997 году Ник Штейнсбергер, инженер Mitchell Energy (теперь часть Devon Energy ), применил технологию гидроразрыва пласта с использованием большего количества воды и более высокого давления насоса, чем предыдущие технологии гидроразрыва, которая использовалась в Восточном Техасе в сланце Барнетт на севере Техаса. [52] В 1998 году новая технология оказалась успешной, когда добыча газа за первые 90 дней из скважины SH Griffin No. 3 превысила добычу любой из предыдущих скважин компании. [57] [58] Эта новая технология заканчивания скважин сделала добычу газа в значительной степени экономичной в сланце Барнетт и позже была применена к другим сланцам, включая сланцы Игл-Форд и Баккен . [59] [60] [61] Джорджа П. Митчелла называют «отцом гидроразрыва пласта» из-за его роли в применении этой технологии к сланцам. [62] Первая горизонтальная скважина в сланцевом месторождении Барнетт была пробурена в 1991 году, но широко не применялась в Барнетте, пока не было продемонстрировано, что газ можно экономически эффективно извлекать из вертикальных скважин в Барнетте. [52]
С 2013 года массовый гидроразрыв пласта применяется в коммерческих масштабах к сланцам в США, Канаде и Китае. Несколько дополнительных стран планируют использовать гидроразрыв пласта . [63] [64] [65]
По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), гидравлический разрыв пласта — это процесс стимуляции скважин природного газа, нефти или геотермальных вод для максимизации добычи. EPA определяет более широкий процесс, включающий получение исходной воды, строительство скважин, стимуляцию скважин и утилизацию отходов. [66]
Гидравлический разрыв формируется путем закачивания жидкости для разрыва в ствол скважины со скоростью, достаточной для увеличения давления на целевой глубине (определяемой расположением перфораций обсадной трубы скважины), чтобы превысить градиент разрыва ( градиент давления) породы. [67] Градиент разрыва определяется как увеличение давления на единицу глубины относительно плотности и обычно измеряется в фунтах на квадратный дюйм на фут (psi/ft). Порода трескается, и жидкость для разрыва проникает в породу, расширяя трещину все дальше и дальше, и так далее. Трещины локализуются по мере падения давления со скоростью потерь на трение, которая зависит от расстояния от скважины. Операторы обычно пытаются поддерживать «ширину трещины» или замедлять ее снижение после обработки, вводя в закачиваемую жидкость проппант — материал, такой как зерна песка, керамики или другие частицы, тем самым предотвращая закрытие трещин при остановке закачки и снятии давления. Рассмотрение прочности проппанта и предотвращение его разрушения становится более важным на больших глубинах, где давление и напряжения в трещинах выше. Проплинированная трещина достаточно проницаема, чтобы обеспечить поток газа, нефти, соленой воды и жидкостей для гидроразрыва в скважину. [67]
В ходе процесса происходит утечка жидкости разрыва (потеря жидкости разрыва из канала трещины в окружающую проницаемую породу). Если ее не контролировать, она может превысить 70% от закачанного объема. Это может привести к повреждению матрицы пласта, неблагоприятному взаимодействию пластовой жидкости и изменению геометрии трещины, тем самым снижая эффективность. [68]
Расположение одного или нескольких разрывов по длине ствола скважины строго контролируется различными методами, которые создают или герметизируют отверстия в боковой части ствола скважины. Гидравлический разрыв пласта выполняется в обсаженных стволах скважин, а зоны, подлежащие разрыву, достигаются путем перфорации обсадной трубы в этих местах. [69]
Оборудование для гидроразрыва пласта, используемое на месторождениях нефти и природного газа, обычно состоит из смесителя пульпы, одного или нескольких насосов для гидроразрыва высокого давления и большого объема (обычно это мощные трех- или пятицилиндровые насосы) и блока мониторинга. Сопутствующее оборудование включает резервуары для гидроразрыва пласта, один или несколько блоков для хранения и обработки проппанта, железо для обработки под высоким давлением [ необходимо разъяснение ] , блок химических добавок (используется для точного контроля добавления химикатов), шланг для гидроразрыва пласта (гибкие шланги низкого давления) и множество датчиков и измерителей расхода, плотности жидкости и давления обработки. [70] Химические добавки обычно составляют 0,5% от общего объема жидкости. Оборудование для гидроразрыва пласта работает в диапазоне давлений и скоростей закачки и может достигать 100 мегапаскалей (15 000 фунтов на квадратный дюйм) и 265 литров в секунду (9,4 куб. фута/с; 133 барреля США/мин). [71]
Можно провести различие между обычным, малообъемным гидроразрывом, используемым для стимуляции высокопроницаемых коллекторов для одной скважины, и нетрадиционным, многообъемным гидроразрывом, используемым при завершении скважин плотного газа и сланцевого газа. Многообъемный гидроразрыв обычно требует более высоких давлений, чем малообъемный гидроразрыв; более высокие давления необходимы для выталкивания больших объемов жидкости и проппанта, которые простираются дальше от ствола скважины. [72]
Горизонтальное бурение включает в себя скважины с конечным буровым стволом, завершенным как «боковое», которое простирается параллельно слою породы, содержащему вещество, которое должно быть извлечено. Например, боковые стволы простираются на 1500–5000 футов (460–1520 м) в бассейне сланцев Барнетт в Техасе и до 10000 футов (3000 м) в формации Баккен в Северной Дакоте. Напротив, вертикальная скважина достигает только толщины слоя породы, обычно 50–300 футов (15–91 м). Горизонтальное бурение снижает поверхностные нарушения, поскольку для доступа к тому же объему породы требуется меньше скважин.
Бурение часто закупоривает поровые пространства на стенке ствола скважины, снижая проницаемость в стволе скважины и около него. Это уменьшает поток в ствол скважины из окружающей горной породы и частично изолирует ствол скважины от окружающей породы. Для восстановления проницаемости можно использовать малообъемный гидроразрыв пласта. [73]
Главные цели жидкости разрыва — расширить трещины, добавить смазку, изменить прочность геля и перенести проппант в пласт. Существует два метода транспортировки проппанта в жидкости — высокоскоростной и высоковязкий . Высоковязкий разрыв имеет тенденцию вызывать крупные доминирующие трещины, в то время как высокоскоростной (скользкий) разрыв вызывает небольшие разбросанные микротрещины. [74]
Водорастворимые гелеобразующие агенты (например, гуаровая камедь ) увеличивают вязкость и эффективно доставляют проппант в пласт. [75]
Жидкость обычно представляет собой суспензию воды, проппанта и химических добавок . [76] Кроме того, могут быть закачаны гели, пены и сжатые газы, включая азот , углекислый газ и воздух. Обычно 90% жидкости составляет вода, а 9,5% — песок, при этом химические добавки составляют около 0,5%. [67] [77] [78] Однако жидкости для гидроразрыва были разработаны с использованием сжиженного нефтяного газа (СНГ) и пропана. Этот процесс называется безводным гидроразрывом . [79]
При использовании пропана он превращается в пар под действием высокого давления и высокой температуры. Пары пропана и природный газ возвращаются на поверхность и могут быть собраны, что упрощает его [ уточнение ] повторное использование и/или перепродажу. Ни один из использованных химикатов не вернется на поверхность. Из того, что было использовано в процессе, вернется только использованный пропан. [80]
Проппант — это гранулированный материал, который предотвращает закрытие созданных трещин после гидроразрыва. Типы проппанта включают кварцевый песок , песок с покрытием из смолы, боксит и искусственную керамику. Выбор проппанта зависит от типа необходимой проницаемости или прочности зерна. В некоторых пластах, где давление достаточно велико, чтобы раздавить зерна природного кварцевого песка, могут использоваться более прочные проппанты, такие как боксит или керамика. Наиболее часто используемым проппантом является кварцевый песок, хотя считается, что проппанты однородного размера и формы, такие как керамический проппант, более эффективны. [81]
Жидкость для гидроразрыва пласта варьируется в зависимости от желаемого типа гидроразрыва, условий конкретных скважин, в которых проводится гидроразрыв, и характеристик воды. Жидкость может быть гелевой, пенной или на основе скользящей воды. Выбор жидкости является компромиссом: более вязкие жидкости, такие как гели, лучше удерживают проппант во взвешенном состоянии; в то время как менее вязкие и с меньшим трением жидкости, такие как скользящая вода, позволяют закачивать жидкость с более высокой скоростью, чтобы создавать трещины дальше от ствола скважины. Важные материальные свойства жидкости включают вязкость , pH , различные реологические факторы и другие.
Вода смешивается с песком и химикатами для создания жидкости для гидроразрыва. На один гидроразрыв пласта расходуется около 40 000 галлонов химикатов. [84] Типичная обработка гидроразрыва пласта использует от 3 до 12 добавочных химикатов. [67] Хотя могут быть нетрадиционные жидкости для гидроразрыва пласта, типичные химические добавки могут включать один или несколько из следующих:
Наиболее распространенным химикатом, используемым для гидроразрыва пласта в Соединенных Штатах в 2005–2009 годах, был метанол , в то время как другими наиболее широко используемыми химикатами были изопропиловый спирт , 2-бутоксиэтанол и этиленгликоль . [86]
Типичные типы жидкостей:
Для жидкостей с скользкой водой обычно используют зачистки. Зачистки — это временное снижение концентрации проппанта, что помогает гарантировать, что скважина не будет перегружена проппантом. [87] По мере того, как процесс гидроразрыва продолжается, в жидкость гидроразрыва иногда добавляются агенты, снижающие вязкость, такие как окислители и разрушители ферментов , чтобы дезактивировать гелеобразующие агенты и способствовать обратному потоку. [75] Такие окислители реагируют с гелем и разрушают его, снижая вязкость жидкости и гарантируя, что проппант не будет вытянут из пласта. Фермент действует как катализатор разрушения геля. Иногда модификаторы pH используются для разрушения сшивки в конце работы по гидроразрыву, так как многим требуется буферная система pH, чтобы оставаться вязкой. [87] В конце работы скважину обычно промывают водой под давлением (иногда смешанной с химикатом, снижающим трение). Часть (но не вся) закачанной жидкости извлекается. Эта жидкость обрабатывается несколькими методами, включая подземный контроль закачки, обработку, сброс, переработку и временное хранение в ямах или контейнерах. Новые технологии постоянно развиваются для лучшего обращения со сточными водами и улучшения возможности повторного использования. [67]
Измерения давления и скорости во время роста гидравлического разрыва, с учетом свойств жидкости и проппанта, закачиваемого в скважину, обеспечивают наиболее распространенный и простой метод мониторинга обработки гидравлического разрыва. Эти данные вместе со знанием подземной геологии могут быть использованы для моделирования информации, такой как длина, ширина и проводимость закрепленного разрыва. [67]
Впрыскивание радиоактивных трассеров вместе с жидкостью для гидроразрыва иногда используется для определения профиля впрыскивания и местоположения созданных трещин. [88] Радиоактивные трассеры выбираются с легко обнаруживаемым излучением, соответствующими химическими свойствами, а также периодом полураспада и уровнем токсичности, которые сведут к минимуму начальное и остаточное загрязнение. [89] Радиоактивные изотопы, химически связанные со стеклом (песком) и/или смоляными шариками, также могут быть введены для отслеживания трещин. [90] Например, пластиковые гранулы, покрытые 10 ГБк Ag-110mm, могут быть добавлены в проппант, или песок может быть помечен Ir-192, чтобы можно было контролировать продвижение проппанта. [89] Радиоактивные трассеры, такие как Tc-99m и I-131, также используются для измерения скорости потока. [89] Комиссия по ядерному регулированию публикует руководящие принципы, в которых перечислен широкий спектр радиоактивных материалов в твердой, жидкой и газообразной форме, которые могут использоваться в качестве индикаторов, и ограничивает количество, которое может быть использовано для одной инъекции и для одной скважины каждого радионуклида. [90]
Новая технология мониторинга скважин включает в себя волоконно-оптические кабели снаружи обсадной колонны. Используя волоконно-оптические кабели, можно измерять температуру на каждом футе вдоль скважины – даже во время фрекинга и закачки. Контролируя температуру скважины, инженеры могут определить, сколько жидкости для гидроразрыва используют различные части скважины, а также сколько природного газа или нефти они собирают во время операции гидроразрыва и когда скважина работает. [ необходима цитата ]
Для более сложных приложений микросейсмический мониторинг иногда используется для оценки размера и ориентации индуцированных трещин. Микросейсмическая активность измеряется путем размещения массива геофонов в близлежащем стволе скважины. Картографируя местоположение любых небольших сейсмических событий, связанных с растущей трещиной, можно сделать вывод о приблизительной геометрии трещины. Массивы наклономеров , развернутые на поверхности или в скважине, обеспечивают еще одну технологию для мониторинга деформации [91]
Микросейсмическое картирование очень похоже на геофизику сейсмологии . В сейсмологии землетрясений сейсмометры, разбросанные на поверхности земли или вблизи нее, регистрируют S-волны и P-волны , которые высвобождаются во время землетрясения. Это позволяет оценить движение [ требуется уточнение ] вдоль плоскости разлома и отобразить его местоположение в недрах Земли. Гидравлический разрыв, увеличение напряжения формирования пропорционально чистому давлению разрыва, а также увеличение порового давления из-за утечки. [ требуется уточнение ] [92] Растягивающие напряжения генерируются перед вершиной трещины, создавая большое количество касательного напряжения . Увеличение давления поровой воды и напряжения формирования объединяются и влияют на слабые места вблизи гидравлического разрыва, такие как естественные трещины, соединения и плоскости напластования. [93]
Различные методы имеют разные ошибки определения местоположения [ необходимо разъяснение ] и преимущества. Точность картирования микросейсмических событий зависит от соотношения сигнал/шум и распределения датчиков. Точность событий, обнаруженных с помощью сейсмической инверсии, повышается за счет размещения датчиков в нескольких азимутах от контролируемой скважины. При расположении в скважинном массиве точность событий повышается за счет близости к контролируемой скважине (высокое соотношение сигнал/шум).
Мониторинг микросейсмических событий, вызванных стимуляцией пласта [ необходимо разъяснение ] , стал ключевым аспектом в оценке гидравлических трещин и их оптимизации. Основная цель мониторинга гидравлических трещин — полностью охарактеризовать структуру вызванной трещины и распределение проводимости внутри пласта. Геомеханический анализ, такой как понимание свойств материала пласта, условий на месте и геометрии, помогает мониторингу, предоставляя лучшее определение среды, в которой распространяется сеть трещин. [94] Следующая задача — узнать местоположение проппанта внутри трещины и распределение проводимости трещины. Это можно контролировать с помощью нескольких типов методов, чтобы в конечном итоге разработать модель пласта, которая точно предсказывает производительность скважины.
С начала 2000-х годов достижения в области технологий бурения и заканчивания скважин сделали горизонтальные стволы скважин намного [ необходимо разъяснение ] более экономичными. Горизонтальные стволы скважин обеспечивают гораздо большее воздействие на пласт, чем обычные вертикальные стволы скважин. Это особенно полезно в сланцевых пластах, которые не обладают достаточной проницаемостью для экономичной добычи с помощью вертикальной скважины. Такие скважины, когда бурятся на суше, теперь обычно подвергаются гидравлическому разрыву в несколько этапов, особенно в Северной Америке. Тип завершения ствола скважины используется для определения того, сколько раз пласт подвергается разрыву и в каких местах вдоль горизонтального участка. [95]
В Северной Америке сланцевые коллекторы, такие как Баккен , Барнетт , Монтни , Хейнсвилл , Марцеллус и совсем недавно сланцы Игл-Форд , Найобрара и Ютика , бурятся горизонтально через продуктивные интервалы, заканчиваются и подвергаются трещиноватости. [ требуется ссылка ] Метод, с помощью которого трещины размещаются вдоль ствола скважины, чаще всего достигается одним из двух методов, известных как «plug and perf» и «sliding sleeve». [96]
Ствол скважины для работы plug-and-perf обычно состоит из стандартной стальной обсадной трубы, зацементированной или не зацементированной, установленной в пробуренной скважине. После того, как буровая установка была удалена, для перфорации около дна скважины используется грузовой автомобиль с тросом , а затем закачивается жидкость для гидроразрыва. Затем грузовой автомобиль с тросом устанавливает пробку в скважине, чтобы временно запечатать этот участок, чтобы можно было обработать следующий участок ствола скважины. Закачивается еще один этап, и процесс повторяется по горизонтальной длине ствола скважины. [97]
Ствол скважины для техники скользящей муфты [ требуется разъяснение ] отличается тем, что скользящие муфты включаются в стальную обсадную колонну на заданных расстояниях во время ее установки на место. Обычно все скользящие муфты в это время закрыты. Когда скважина должна быть подвергнута разрыву, нижняя скользящая муфта открывается с использованием одного из нескольких методов активации [ требуется цитата ] и первая стадия закачивается. После завершения открывается следующая муфта, одновременно изолируя предыдущую стадию, и процесс повторяется. Для метода скользящей муфты трос обычно не требуется. [ требуется цитата ]
Эти методы заканчивания скважин могут позволить закачивать более 30 стадий в горизонтальную секцию одной скважины, если это необходимо, что намного больше, чем обычно закачивается в вертикальную скважину, имеющую гораздо меньше футов открытой продуктивной зоны. [98]
Гидравлический разрыв пласта используется для увеличения скорости, с которой такие вещества, как нефть или природный газ, могут быть извлечены из подземных природных резервуаров. Резервуары, как правило, представляют собой пористые песчаники , известняки или доломитовые породы, но также включают « нетрадиционные резервуары », такие как сланцевые породы или угольные пласты. Гидравлический разрыв пласта позволяет извлекать природный газ и нефть из скальных образований глубоко под поверхностью земли (обычно 2000–6000 м (5000–20000 футов)), что значительно ниже типичных уровней резервуаров подземных вод. На такой глубине может быть недостаточно проницаемости или пластового давления, чтобы природный газ и нефть могли течь из породы в ствол скважины с высокой экономической отдачей. Таким образом, создание проводящих трещин в породе играет важную роль в извлечении из естественно непроницаемых сланцевых резервуаров. Проницаемость измеряется в диапазоне от микродарси до нанодарси. [99] Трещины представляют собой проводящий путь, соединяющий больший объем резервуара со скважиной. Так называемый «суперфрекинг» создает трещины глубже в горной породе, чтобы высвободить больше нефти и газа и повысить эффективность. [100] Дебит типичных сланцевых скважин обычно падает после первого года или двух, но пиковый срок службы скважины может быть продлен до нескольких десятилетий. [101]
Хотя основное промышленное применение гидроразрыва пласта заключается в стимуляции добычи из нефтяных и газовых скважин, [102] [103] [104] гидроразрыв пласта также применяется:
С конца 1970-х годов гидроразрыв пласта использовался в некоторых случаях для увеличения дебита питьевой воды из скважин в ряде стран, включая США, Австралию и Южную Африку. [113] [114] [115]
Гидравлический разрыв пласта рассматривается как один из ключевых методов добычи нетрадиционных ресурсов нефти и нетрадиционного газа . По данным Международного энергетического агентства , оставшиеся технически извлекаемые ресурсы сланцевого газа оцениваются в 208 триллионов кубических метров (7300 триллионов кубических футов), плотного газа — в 76 триллионов кубических метров (2700 триллионов кубических футов), а угольного метана — в 47 триллионов кубических метров (1700 триллионов кубических футов). Как правило, пласты этих ресурсов имеют более низкую проницаемость, чем обычные газовые пласты. Поэтому в зависимости от геологических характеристик пласта требуются особые технологии, такие как гидроразрыв пласта. Хотя существуют и другие методы добычи этих ресурсов, такие как обычное бурение или горизонтальное бурение, гидроразрыв пласта является одним из ключевых методов, делающих их добычу экономически выгодной. Технология многоступенчатого гидроразрыва пласта способствовала разработке месторождений сланцевого газа и легкой нефти из плотных пород в Соединенных Штатах и, как полагают, будет способствовать развитию добычи в других странах с нетрадиционными углеводородными ресурсами. [13]
Большинство исследований показывают, что гидравлический разрыв пласта в Соединенных Штатах до сих пор имел сильную положительную экономическую выгоду. [ требуется ссылка ] Институт Брукингса оценивает, что выгоды только от сланцевого газа привели к чистой экономической выгоде в размере 48 миллиардов долларов в год. Большая часть этой выгоды приходится на потребительский и промышленный секторы из-за значительного снижения цен на природный газ. [116] Другие исследования предполагают, что экономические выгоды перевешиваются внешними эффектами и что приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) из менее углеродо- и водоемких источников ниже. [117]
Основное преимущество гидроразрыва пласта заключается в компенсации импорта природного газа и нефти, где стоимость, выплачиваемая производителям, в противном случае выходит за пределы внутренней экономики. [118] Однако сланцевая нефть и газ в США в значительной степени субсидируются и еще не покрывают издержки производства [119] — это означает, что стоимость гидроразрыва пласта оплачивается за счет подоходного налога и во многих случаях в два раза превышает стоимость, выплачиваемую на насосе. [120]
Исследования показывают, что скважины с гидроразрывом пласта оказывают неблагоприятное воздействие на производительность сельского хозяйства в непосредственной близости от скважин. [121] В одной из работ было обнаружено, что «производительность орошаемых культур снижается на 5,7%, когда скважина бурится в течение сельскохозяйственных активных месяцев в радиусе 11–20 км от производящего поселка. Этот эффект становится меньше и слабее по мере увеличения расстояния между поселком и скважинами». [121] Результаты показывают, что внедрение скважин с гидроразрывом пласта в Альберте обошлось провинции в 14,8 млн долларов в 2014 году из-за снижения производительности сельскохозяйственных культур, [121]
По оценкам Управления энергетической информации Министерства энергетики США, к 2035 году 45% поставок газа в США будет обеспечиваться за счет сланцевого газа (при этом большая его часть заменит обычный газ, который имеет меньший парниковый след). [122]
.jpg/1280px-Frack_off,_Extinction_Rebellion_(cropped).jpg)
Движение против фрекинга возникло как на международном уровне с участием международных экологических организаций и стран, таких как Франция, так и на местном уровне в пострадавших районах, таких как Балкомб в Сассексе, где в середине 2013 года проходил протест против бурения в Балкомбе . [123] Значительное противодействие деятельности по гидроразрыву пласта в местных поселениях в Соединенных Штатах побудило компании принять ряд мер по связям с общественностью , чтобы успокоить общественность, включая прием на работу бывших военнослужащих, прошедших подготовку по операциям психологической войны . По словам Мэтта Питцареллы, директора по коммуникациям в Range Resources , сотрудники, прошедшие обучение на Ближнем Востоке, были ценны для Range Resources в Пенсильвании, когда имели дело с эмоционально заряженными собраниями в поселках и консультировали поселки по зонированию и местным постановлениям, касающимся гидроразрыва пласта. [124] [125]
Было много протестов, направленных против гидроразрыва пласта. Например, десять человек были арестованы в 2013 году во время протеста против гидроразрыва пласта около Нью-Матамораса, штат Огайо, после того, как они незаконно проникли в зону разработки и прицепились к буровому оборудованию. [126] На северо-западе Пенсильвании произошла стрельба из проезжающего автомобиля на буровой площадке, в ходе которой кто-то выстрелил двумя выстрелами из малокалиберной винтовки в направлении буровой установки. [127] В округе Вашингтон, штат Пенсильвания , подрядчик, работавший на газопроводе, нашел самодельную бомбу , которая была заложена там, где должен был быть построен трубопровод, что, по словам местных властей, вызвало бы «катастрофу», если бы они ее не обнаружили и не взорвали. [128]
Государственный департамент США учредил Глобальную инициативу по сланцевому газу, чтобы убедить правительства по всему миру предоставить концессии крупным нефтегазовым компаниям на проведение фрекинга. Документ из утечки дипломатических телеграмм США показывает, что в рамках этого проекта американские чиновники созвали конференции для иностранных правительственных чиновников, на которых выступили представители крупных нефтегазовых компаний и специалисты по связям с общественностью , имеющие опыт в том, как успокоить население целевых стран, граждане которых часто были весьма враждебны к фрекингу на их землях. Проект правительства США увенчался успехом, поскольку многие страны на нескольких континентах согласились с идеей предоставления концессий на фрекинг; Польша , например, согласилась разрешить фрекинг крупным нефтегазовым корпорациям почти на трети своей территории. [129] Экспортно -импортный банк США , агентство правительства США, предоставил 4,7 млрд долларов на финансирование фрекинга, начатого с 2010 года в Квинсленде, Австралия . [130]
В 2014 году ряд европейских чиновников предположили, что несколько крупных европейских протестов против гидроразрыва пласта (с переменным успехом в Литве и на Украине) могут быть частично спонсированы Газпромом , российской государственной газовой компанией. The New York Times предположила, что Россия рассматривает свой экспорт природного газа в Европу как ключевой элемент своего геополитического влияния, и что этот рынок сократится, если гидроразрыв пласта будет принят в Восточной Европе, поскольку он открывает значительные запасы сланцевого газа в регионе. Российские чиновники неоднократно делали публичные заявления о том, что гидроразрыв пласта «представляет огромную экологическую проблему». [131]
В настоящее время гидроразрыв пласта проводится в США в Арканзасе, Калифорнии, Колорадо, Луизиане, Северной Дакоте, Оклахоме, Пенсильвании, Техасе, Вирджинии, Западной Вирджинии [132] и Вайоминге. Другие штаты, такие как Алабама, Индиана, Мичиган, Миссисипи, Нью-Джерси, Нью-Йорк и Огайо, либо рассматривают, либо готовятся к бурению с использованием этого метода. Мэриленд [133] и Вермонт навсегда запретили гидроразрыв пласта, а Нью-Йорк и Северная Каролина ввели временные запреты. В настоящее время в законодательном органе Нью-Джерси рассматривается законопроект о продлении моратория на гидроразрыв пласта 2012 года, который недавно истек. Хотя мораторий на гидроразрыв пласта был недавно снят в Соединенном Королевстве, правительство действует осторожно из-за опасений по поводу землетрясений и воздействия бурения на окружающую среду. В настоящее время гидроразрыв пласта запрещен во Франции и Болгарии. [53]
Номинированный на премию «Оскар» в 2010 году фильм Джоша Фокса « Газленд » [134] стал центром сопротивления гидроразрыву сланца. В фильме были представлены проблемы с загрязнением грунтовых вод вблизи скважин в Пенсильвании , Вайоминге и Колорадо . [135] Energy in Depth , лоббистская группа нефтегазовой промышленности, поставила под сомнение факты фильма. [136] В ответ на это на веб-сайте Gasland было размещено опровержение утверждений Energy in Depth о неточности . [137] Директор Комиссии по сохранению нефти и газа штата Колорадо (COGCC) предложил дать интервью в рамках фильма, если он сможет просмотреть то, что было включено из интервью в финальную версию фильма, но Фокс отклонил предложение. [138] ExxonMobil , Chevron Corporation и ConocoPhillips в 2011 и 2012 годах транслировали рекламу, в которой утверждалось, что описываются экономические и экологические преимущества природного газа и утверждается, что гидравлический разрыв пласта безопасен. [139]
Фильм « Земля обетованная » 2012 года с Мэттом Дэймоном в главной роли затрагивает тему гидроразрыва пласта. [140] Газовая промышленность ответила на критику фильма в адрес гидроразрыва пласта листовками и сообщениями в Twitter и Facebook . [139]
В январе 2013 года североирландский журналист и кинорежиссер Фелим МакАлир выпустил краудфандинговый [141] документальный фильм под названием FrackNation в ответ на заявления, сделанные Fox в Gasland , утверждая, что фильм «рассказывает правду о фрекинге для получения природного газа». Премьера FrackNation состоялась на канале AXS TV Марка Кьюбана . Премьера совпала с выходом фильма Promised Land . [142]
В апреле 2013 года Джош Фокс выпустил Gasland 2 , свою «международную одиссею, раскрывающую след секретов, лжи и загрязнений, связанных с гидроразрывом пласта». Он бросает вызов мифу о том, что газовая промышленность представляет природный газ как чистую и безопасную альтернативу нефти, и что скважины с гидроразрывом пласта со временем неизбежно дают утечки, загрязняя воду и воздух, нанося вред семьям и подвергая опасности климат Земли из-за мощного парникового газа метана.
В 2014 году Скотт Кэннон из Video Innovations выпустил документальный фильм «Этика фрекинга» . Фильм охватывает политические, духовные, научные, медицинские и профессиональные точки зрения на гидроразрыв пласта. Он также исследует то, как газовая промышленность изображает гидроразрыв пласта в своей рекламе. [143]
В 2015 году состоялась мировая премьера канадского документального фильма «Расколотая земля» на Канадском международном фестивале документального кино Hot Docs . [144]
Обычно источник финансирования исследований является центром споров. Высказывались опасения по поводу исследований, финансируемых фондами и корпорациями или экологическими группами, что иногда может приводить к появлению ненадежных исследований. [145] [146] Несколько организаций, исследователей и средств массовой информации сообщили о трудностях в проведении и представлении результатов исследований по гидроразрыву пласта из-за давления со стороны промышленности [147] и правительства [29] и выразили обеспокоенность по поводу возможной цензуры экологических отчетов. [147] [148] [149] Некоторые утверждали, что необходимо провести больше исследований воздействия этой технологии на окружающую среду и здоровье. [150] [151] [152] [153]
.jpg/1280px-CleanEnergyMarch-4-1470248_(27926806733).jpg)
Существует обеспокоенность по поводу возможных неблагоприятных последствий для здоровья населения от деятельности по гидроразрыву пласта. [150] В обзоре 2013 года по добыче сланцевого газа в Соединенных Штатах говорится, что «с ростом числа буровых площадок все больше людей подвергаются риску несчастных случаев и воздействия вредных веществ, используемых в скважинах с гидроразрывом пласта». [154] Оценка опасности 2011 года рекомендовала полное раскрытие информации о химикатах, используемых для гидроразрыва пласта и бурения, поскольку многие из них оказывают немедленное воздействие на здоровье, а многие могут иметь долгосрочные последствия для здоровья. [155]
В июне 2014 года Министерство здравоохранения Англии опубликовало обзор потенциальных последствий для здоровья населения воздействия химических и радиоактивных загрязняющих веществ в результате добычи сланцевого газа в Великобритании, основанный на изучении литературы и данных из стран, где уже применяется гидроразрыв пласта. [151] В резюме отчета говорилось: «Оценка имеющихся в настоящее время доказательств показывает, что потенциальные риски для здоровья населения от воздействия выбросов, связанных с добычей сланцевого газа, будут низкими, если операции будут проводиться надлежащим образом и регулироваться. Большинство доказательств свидетельствуют о том, что загрязнение грунтовых вод , если оно произойдет, скорее всего, будет вызвано утечкой через вертикальную скважину. Загрязнение грунтовых вод от самого процесса подземного гидроразрыва пласта (т. е. гидроразрыва сланца) маловероятно. Однако поверхностные разливы жидкостей гидроразрыва пласта или сточных вод могут повлиять на грунтовые воды, а выбросы в воздух также могут оказать влияние на здоровье. В тех случаях, когда в литературе были выявлены потенциальные риски, сообщаемые проблемы, как правило, являются результатом эксплуатационных сбоев и плохой нормативной среды». [151] : iii
В отчете 2012 года, подготовленном для Генерального директората Европейского союза по окружающей среде, были выявлены потенциальные риски для людей от загрязнения воздуха и загрязнения грунтовых вод, вызванные гидроразрывом пласта. [156] Это привело к появлению ряда рекомендаций в 2014 году по смягчению этих опасений. [157] [158] В руководстве для медсестер-педиатров в США от 2012 года говорилось, что гидроразрыв пласта может иметь потенциальное негативное влияние на общественное здоровье и что медсестры-педиатры должны быть готовы собирать информацию по таким темам, чтобы выступать за улучшение здоровья населения. [159]
Исследование, проведенное в 2017 году в The American Economic Review, показало, что «дополнительные скважины, пробуренные в пределах 1 километра от водозабора коммунальной системы водоснабжения, увеличивают содержание загрязняющих веществ, связанных со сланцевым газом, в питьевой воде». [160]
Исследование 2022 года, проведенное Гарвардской школой общественного здравоохранения имени Т. Х. Чана и опубликованное в журнале Nature Energy, показало, что пожилые люди, живущие вблизи или с подветренной стороны от нетрадиционных месторождений нефти и газа (UOGD), включающих методы добычи, включая фрекинг, подвергаются большему риску ранней смерти по сравнению с пожилыми людьми, которые не живут вблизи таких месторождений. [161]
Статистика, собранная Министерством труда США и проанализированная Центрами по контролю и профилактике заболеваний США, показывает корреляцию между буровой деятельностью и количеством профессиональных травм, связанных с бурением и дорожно-транспортными происшествиями, взрывами, падениями и пожарами. [162] Работники добывающих предприятий также подвержены риску развития легочных заболеваний, включая рак легких и силикоз (последний из-за воздействия кремниевой пыли, образующейся при бурении горных пород и работе с песком). [163] Национальный институт охраны труда США ( NIOSH ) определил воздействие переносимого по воздуху кремнезема как опасность для здоровья рабочих, проводящих некоторые операции по гидроразрыву пласта. [164] NIOSH и OSHA выпустили совместное предупреждение об опасности по этой теме в июне 2012 года. [164]
Кроме того, рабочие, занятые добычей, подвергаются повышенному риску воздействия радиации. Работы по фрекингу часто требуют бурения в породе, содержащей природные радиоактивные материалы (NORM), такие как радон, торий и уран. [165]
В другом отчете, подготовленном Canadian Medical Journal, сообщается, что после исследования они выявили 55 факторов, которые могут вызывать рак, включая 20, которые, как было показано, увеличивают риск лейкемии и лимфомы. Анализ Йельского общественного здравоохранения предупреждает, что миллионы людей, живущих в пределах мили от скважин фрекинга, могли подвергнуться воздействию этих химикатов. [166]
.jpg/1280px-CleanEnergyMarch-4-1470259_(27925280684).jpg)
.jpg/1280px-ALICE-SPRINGS-20-SEPT-2019-STRIKE-00006_(48762501556).jpg)
Потенциальные экологические последствия гидроразрыва пласта включают выбросы в атмосферу и изменение климата, высокое потребление воды, загрязнение грунтовых вод, землепользование, [167] риск землетрясений, шумовое загрязнение и различные последствия для здоровья людей. [168] Выбросы в атмосферу в основном представляют собой метан, который вырывается из скважин, а также промышленные выбросы от оборудования, используемого в процессе добычи. [156] Современные правила Великобритании и ЕС требуют нулевых выбросов метана, мощного парникового газа . [ необходима цитата ] Утечка метана является большей проблемой в старых скважинах, чем в тех, которые построены в соответствии с более поздним законодательством ЕС. [156]
В декабре 2016 года Агентство по охране окружающей среды США (EPA) опубликовало «Гидравлический разрыв пласта для добычи нефти и газа: воздействие цикла воды, образующейся при гидроразрыве пласта, на ресурсы питьевой воды в США (окончательный отчет)». Агентство по охране окружающей среды обнаружило научные доказательства того, что деятельность по гидроразрыву пласта может влиять на ресурсы питьевой воды. [169] По данным Агентства по охране окружающей среды, вот несколько основных причин, по которым питьевая вода может быть загрязнена:
Выбросы парниковых газов за жизненный цикл сланцевой нефти на 21–47 % выше, чем выбросы обычной нефти, в то время как выбросы нетрадиционного газа на 6 % ниже и на 43 % выше, чем выбросы обычного газа. [170]
При гидроразрыве пласта используется от 1,2 до 3,5 миллионов галлонов США (от 4500 до 13 200 м 3 ) воды на скважину, а в крупных проектах используется до 5 миллионов галлонов США (19 000 м 3 ). [171] Дополнительная вода используется при повторном разрыве скважин. [75] [172] Среднестатистической скважине требуется от 3 до 8 миллионов галлонов США (от 11 000 до 30 000 м 3 ) воды в течение всего срока службы. [67] По данным Оксфордского института энергетических исследований , в Европе требуются большие объемы жидкостей для гидроразрыва, где глубина сланцев в среднем в 1,5 раза больше, чем в США [173] Поверхностные воды могут быть загрязнены через разливы и неправильно построенные и обслуживаемые отстойники, [174] а грунтовые воды могут быть загрязнены, если жидкость может покинуть пласт, подвергающийся гидроразрыву (например, через заброшенные скважины , трещины и разломы [175] ) или за счет попутной воды (возвращающиеся жидкости, которые также содержат растворенные компоненты, такие как минералы и рассолы ). Вероятность загрязнения грунтовых вод утечкой рассола и жидкости для гидроразрыва через старые заброшенные скважины низкая. [176] [151] Попутная вода управляется путем подземной инъекции , муниципальной и коммерческой очистки и сброса сточных вод, автономных систем на буровых площадках или месторождениях и рециркуляции для гидроразрыва будущих скважин. [177] Обычно извлекается менее половины попутной воды, используемой для гидроразрыва пласта. [178]
В Соединенных Штатах более 12 миллионов акров используются для ископаемого топлива. На каждую буровую площадку для наземных установок требуется около 3,6 гектаров (8,9 акров) земли. Это эквивалентно шести Йеллоустонским национальным паркам. [179] Строительство скважинных площадок и опорных конструкций значительно фрагментирует ландшафты, что, вероятно, оказывает негативное воздействие на дикую природу. [180] Эти участки необходимо восстанавливать после истощения скважин. [156] Исследования показывают, что воздействие на стоимость экосистемных услуг (т. е. тех процессов, которые природный мир предоставляет человечеству) достигло более 250 миллионов долларов в год в США. [181] Каждая скважинная площадка (в среднем 10 скважин на площадку) требует во время подготовки и процесса гидроразрыва пласта около 800–2500 дней шумной деятельности, что влияет как на жителей, так и на местную дикую природу. Кроме того, шум создается непрерывным движением грузовиков (песок и т. д.), необходимых для гидроразрыва пласта. [156] В настоящее время ведутся исследования с целью определить, влияет ли загрязнение воздуха и воды на здоровье человека , и необходимо строго соблюдать правила и процедуры безопасности, чтобы избежать вреда и управлять риском несчастных случаев, которые могут нанести вред. [151]
В июле 2013 года Федеральное управление железных дорог США включило загрязнение нефти химикатами для гидроразрыва пласта в список «возможной причины» коррозии в нефтяных цистернах. [182]
Гидравлический разрыв пласта иногда связывают с индуцированной сейсмичностью или землетрясениями. [183] Масштаб этих событий обычно слишком мал, чтобы быть обнаруженным на поверхности, хотя толчки, приписываемые закачке жидкости в скважины для утилизации, были достаточно большими, чтобы их часто ощущали люди, и они могли привести к повреждению имущества и возможным травмам. [27] [184] [185] [186] [187] [188] Геологическая служба США сообщила, что до 7,9 миллионов человек в нескольких штатах подвержены такому же риску землетрясений, как и в Калифорнии, причем гидравлический разрыв пласта и аналогичные методы являются основным способствующим фактором. [189]
Микросейсмические события часто используются для картирования горизонтальной и вертикальной протяженности трещин. [91] Лучшее понимание геологии области, где проводится фрекинг и которая используется для нагнетательных скважин, может быть полезным для снижения вероятности значительных сейсмических событий. [190]
Люди получают питьевую воду либо из поверхностных вод, включая реки и водохранилища, либо из подземных водоносных горизонтов, к которым ведутся общественные или частные скважины. Уже есть множество задокументированных случаев, когда близлежащие подземные воды были загрязнены в результате фрекинга, что потребовало от жителей с частными скважинами получать воду из внешних источников для питья и повседневного использования. [191] [192]
Пер- и полифторалкильные вещества, также известные как «PFAS» или «вечные химикаты», связаны с раком и врожденными дефектами. Химикаты, используемые при фрекинге, остаются в окружающей среде. Попав туда, эти химикаты в конечном итоге распадаются на PFAS. Эти химикаты могут выходить из мест бурения и попадать в грунтовые воды. PFAS могут просачиваться в подземные скважины, в которых хранятся миллионы галлонов сточных вод. [193]
Несмотря на эти проблемы со здоровьем и попытки ввести мораторий на фрекинг до тех пор, пока его воздействие на окружающую среду и здоровье не будет лучше изучено, Соединенные Штаты продолжают в значительной степени полагаться на энергию ископаемого топлива. В 2017 году 37% годового потребления энергии в США приходилось на нефть, 29% — на природный газ, 14% — на уголь и 9% — на ядерные источники, и только 11% приходилось на возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца. [194]
В 2022 году США пережили бум фрекинга, когда война на Украине привела к значительному увеличению одобрений новых бурений. Планируемые бурения высвободят 140 миллиардов тонн углерода, что в 4 раза больше годовых мировых выбросов. [195]
Страны, использующие или рассматривающие возможность использования гидроразрыва пласта, внедрили различные правила, включая разработку федерального и регионального законодательства и местные ограничения зонирования. [196] [197] В 2011 году после давления общественности Франция стала первой страной, запретившей гидроразрыв пласта, основываясь на принципе предосторожности , а также на принципе превентивных и корректирующих действий в отношении опасностей для окружающей среды. [30] [31] [198] [199] Запрет был поддержан постановлением Конституционного совета в октябре 2013 года . [200] Некоторые другие страны, такие как Шотландия, ввели временный мораторий на эту практику из-за проблем со здоровьем населения и сильного общественного сопротивления. [201] Такие страны, как Англия и Южная Африка, сняли свои запреты, решив сосредоточиться на регулировании вместо прямого запрета. [202] [203] Германия объявила о проекте правил, которые разрешат использовать гидроразрыв пласта для разработки месторождений сланцевого газа, за исключением водно-болотных угодий . [204] В Китае регулирование сланцевого газа по-прежнему сталкивается с препятствиями, поскольку оно имеет сложные взаимосвязи с другими режимами регулирования, особенно торговыми. [205] Многие штаты в Австралии либо постоянно, либо временно запретили гидроразрыв пласта для добычи углеводородов. [ необходима ссылка ] В 2019 году гидроразрыв пласта был запрещен в Великобритании. [206]
Европейский союз принял рекомендацию по минимальным принципам использования высокообъемного гидроразрыва пласта. [32] Его нормативный режим требует полного раскрытия всех добавок. [207] В Соединенных Штатах Совет по защите грунтовых вод запустил FracFocus.org, онлайн-базу данных добровольного раскрытия информации о жидкостях для гидроразрыва пласта, финансируемую нефтегазовыми торговыми группами и Министерством энергетики США. [208] [209] Гидроразрыв пласта исключен из регулирования контроля за подземными инъекциями Закона о безопасной питьевой воде , за исключением случаев использования дизельного топлива . Агентство по охране окружающей среды обеспечивает надзор за выдачей разрешений на бурение при использовании дизельного топлива. [210]
В 2012 году Вермонт стал первым штатом в США, запретившим гидроразрыв пласта. 17 декабря 2014 года Нью-Йорк стал вторым штатом, введшим полный запрет на любой гидроразрыв пласта из-за потенциальных рисков для здоровья человека и окружающей среды. [211] [212] [213]
В этой статье использованы материалы из общедоступного источника : Hydraulic Fracturing for Oil and Gas: Impacts from the Hydraulic Fracturing Water Cycle on Drinking Water Resources in the United States (Final Report). Агентство по охране окружающей среды США . Получено 17 декабря 2016 г.
{{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )вокруг бурения сланцевых скважин в Пермском бассейне позволил Соединенным Штатам не только сократить импорт сырой нефти, но и стать крупным экспортером [...] Новые технологии бурения и гидроразрыва пласта помогли достичь безубыточной цены
течение большей части бума фрекинга экономика США росла, а выбросы сокращались. Одно исследование показало, что в период с 2005 по 2012 год фрекинг создал 725 000 рабочих мест. Это в значительной степени связано с тем, что природный газ, получаемый в результате фрекинга, вытеснил уголь из производства электроэнергии.
... методы гидроразрыва пласта спровоцировали исторический бум добычи в США в течение десятилетия, что привело к снижению потребительских цен, оживило национальную экономику и изменило геополитику.
Можно использовать два варианта транспортировки проппанта: либо высоковязкую жидкость, либо высокую скорость потока. Первый вариант создает большие трещины, а второй вызывает небольшие микротрещины в пласте.
Бета-излучатели, включая
3
H и
14
C, могут использоваться, когда возможно использовать методы отбора проб для обнаружения присутствия радиоактивного индикатора или когда изменения концентрации активности могут использоваться в качестве индикаторов интересующих свойств системы. Гамма-излучатели, такие как
46
Sc,
140
La,
56
Mn,
24
Na,
124
Sb,
192
Ir,
99
Tc
m
,
131
I,
110
Ag
m
,
41
Ar и
133
Xe, широко используются из-за простоты их идентификации и измерения. ... Для того чтобы помочь обнаружить утечку растворов «мягких» бета-излучателей, в них иногда добавляют гамма-излучатель с коротким периодом полураспада, такой
как
82Br
помечено как Frac Sand...Sc-46, Br-82, Ag-110m, Sb-124, Ir-192
своей работе по противодействию фрекингу Фонд Парка просто помог подпитать армию смелых людей и НПО или неправительственных организаций, сказала Аделаида Парк Гомер, президент фонда и наследница Парка, в своей речи в конце прошлого года.
Более четверти века усилий некоторых законодателей и регулирующих органов заставить федеральное правительство лучше контролировать отрасль были сорваны, поскольку исследования Агентства по охране окружающей среды неоднократно сужались по объему, а важные выводы были удалены.
В то время как экологи активно лоббировали агентство, чтобы расширить сферу охвата исследования, промышленность лоббировала агентство, чтобы сузить этот фокус
The Times изучила более 30 000 страниц документов, полученных по запросам на предоставление открытых записей от государственных и федеральных агентств, а также в ходе посещения различных региональных офисов, которые контролируют бурение в Пенсильвании. Некоторые документы были переданы государственными или федеральными чиновниками.
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)Гидроразрыв горизонтальной скважины Марцеллус может потребовать от 4 до 8 миллионов галлонов воды, как правило, в течение примерно 1 недели. Однако, основываясь на опыте других крупных месторождений сланцевого газа в США, некоторые скважины Марцеллус могут нуждаться в гидроразрыве несколько раз в течение их продуктивного срока службы (обычно от пяти до двадцати лет или более)
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite news}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)человеческой деятельности, которая может привести к воздействию радионуклидов, являются добыча, измельчение и переработка радиоактивных веществ; сбросы сточных вод от гидроразрыва нефтяных и газовых скважин... Добыча и гидроразрыв, или «фрекинг», могут концентрировать уровни урана (а также радия, радона и тория) в сточных водах...
каждая скважина требует от 3 до 7 миллионов галлонов воды для гидроразрыва пласта, и ожидается, что в будущем количество скважин будет расти
{{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
