Добыча сырой нефти и забор природного газа в Соединенных Штатах уменьшили зависимость страны от иностранной нефти и предоставили финансовую помощь американским потребителям, но также вызвали давние опасения по поводу ущерба окружающей среде, такого как загрязнение грунтовых вод.
Исследователь Колледжа искусств и наук Сиракузского университета и группа ученых из штата Пенсильвания разработали новую технику машинного обучения для целостной оценки данных о качестве воды с целью обнаружения проб подземных вод, на которые, вероятно, повлияла недавняя утечка метана. при добыче нефти и газа. Используя эту модель, команда пришла к выводу, что нетрадиционные методы бурения, такие как гидравлический разрыв пласта или гидроразрыв пласта, не обязательно вызывают больше экологических проблем, чем обычное бурение на нефть и газ..
Два распространенных способа добычи нефти и газа в США - это традиционные и нетрадиционные методы. Обычные нефть и газ добываются из легкодоступных источников с использованием естественного давления. И наоборот, нетрадиционная нефть и газ добываются из труднодоступных источников за счет комбинации горизонтального бурения и гидроразрыва пласта. При гидроразрыве природный газ, нефть и соляной раствор извлекаются из коренных пород путем закачки смеси песка, химикатов и воды. При бурении земли и направлении смеси под высоким давлением в горную породу газ, находящийся внутри, высвобождается и вытекает в устье скважины.
Тао Вэнь, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде (EES) в Сиракузах, недавно провел исследование, сравнивая данные из разных штатов, чтобы выяснить, какой метод может привести к большему загрязнению грунтовых вод. Они специально проверили уровни метана, который является основным компонентом природного газа.
Команда выбрала четыре штата США, расположенных в важных сланцевых зонах, в качестве целей для своего исследования: Пенсильвания, Колорадо, Техас и Нью-Йорк. Один из этих штатов - Нью-Йорк - запретил практику гидроразрыва пласта в 2015 году после проверки, проведенной Департаментом здравоохранения штата Нью-Йорк, которая обнаружила значительные неопределенности в отношении здоровья, включая повышенное загрязнение воды и воздуха.
Вэнь и его коллеги собрали большой набор данных о химическом составе подземных вод из нескольких источников, включая отчеты федеральных агентств, журнальные статьи и данные нефтегазовых компаний. Большинство проверенных проб воды в их исследовании были взяты из хозяйственно-питьевых колодцев. Хотя метан сам по себе не токсичен, Вэнь говорит, что загрязнение метаном, обнаруженное в неглубоких грунтовых водах, может представлять опасность для соответствующего домовладельца, поскольку это может быть опасность взрыва, может увеличить уровень других токсичных химических соединений, таких как марганец и мышьяк, и будет способствовать глобальное потепление, так как метан является парниковым газом.
В их модели использовались сложные алгоритмы для анализа почти всех сохраненных геохимических данных, чтобы предсказать, подверглась ли данная проба подземных вод негативному воздействию недавнего бурения нефтяных и газовых скважин.
Сравнение данных показало, что случаи загрязнения метаном в Нью-Йорке - штате без нетрадиционного бурения, но с большим объемом традиционного бурения - были аналогичны случаям в Пенсильвании - штате с большим объемом нетрадиционного бурения. Вэнь говорит, что это говорит о том, что нетрадиционные методы бурения, такие как фрекинг, не обязательно приводят к большему количеству экологических проблем, чем обычное бурение, хотя этот результат может быть альтернативно объяснен различными размерами наборов данных о химическом составе подземных вод, собранных для этих двух штатов.
Модель также выявила более высокий уровень случаев загрязнения метаном в Пенсильвании, чем в Колорадо и Техасе. Вэнь говорит, что эта разница может быть связана с разными методами, когда бурильщики строят/бурят нефтяные и газовые скважины в разных штатах. Согласно предыдущим исследованиям, большая часть выброса метана в окружающую среду из газовых скважин в США происходит из-за того, что цемент, герметизирующий скважину, не заполнен по всей длине эксплуатационной колонны. Однако нет никаких данных, позволяющих сделать вывод о том, что бурильщики в этих трех штатах используют разные технологии. Вэнь говорит, что это требует дальнейшего изучения и пересмотра данных бурения, если они станут доступны.
По словам Вэня, их модель машинного обучения доказала свою эффективность в обнаружении загрязнения подземных вод, и, применяя ее к другим штатам/округам с текущей или планируемой добычей нефти и газа, она станет важным ресурсом для определения наиболее безопасных методов. газового и нефтяного бурения.
Вэнь и его коллеги из штата Пенсильвания, в том числе Мэнци Лю, аспирант Колледжа информационных наук и технологий, Джош Вода, аспирант кафедры наук о Земле, Гуаньцзе Чжэн, бывший доктор философии. студент Колледжа информационных наук и технологий и Сьюзен Л. Брантли, выдающийся профессор кафедры наук о Земле и директор Института систем Земли и окружающей среды, недавно опубликовали свои выводы в журнале Water Research.
Работа группы финансировалась Национальным научным фондом IIS-16-39150, Геологической службой США (награда 104b G16AP00079) и Фондом декана Колледжа наук о Земле и полезных ископаемых для инноваций при содействии постдока в Пенсильвании.