Исследование, опубликованное в журнале «Подземные воды», основано на предыдущих исследованиях качества воды из скважин в сланцах Барнетт и использует химические и географические данные, чтобы связать повышенный уровень метана в некоторых скважинах с метаном в естественных неглубоких отложениях. Дж. П. Никот, научный сотрудник Бюро экономической геологии, подразделения Школы геолого-геофизических исследований Джексона, США, руководил исследованием.
Соавторы включают исследователей из Департамента геологических наук школы Джексона и Мичиганского университета.Метан — основной компонент природного газа. Гидравлический разрыв пласта или гидроразрыв пласта — это метод искусственного создания трещин в скважинах глубиной в тысячи футов для достижения залежей природного газа в сланцевых породах.
Метан также находится в гораздо более мелких и мелких отложениях, расположенных на сотни футов под землей. Эти отложения образовались, когда метан из более глубоких источников перемещался к поверхности в течение миллионов лет. Мелкие коллекторы в районе исследования находятся в геологической формации, называемой Strawn Group.
«За геологическое время в этих более мелких резервуарах скопился метан», — пояснил Никот. «Эти пресноводные скважины находятся очень близко к этим более мелким коллекторам и могут быть источником метана».Барнетт-Шейл, расположенный в регионе Форт-Уэрт, является одним из крупнейших и наиболее продуктивных месторождений природного газа в Соединенных Штатах. К концу 2015 года в области насчитывалось около 20 тысяч скважин. По мере роста добычи были подняты вопросы о связи между гидравлическим разрывом пласта и потенциально опасными уровнями метана в некоторых водяных скважинах, особенно в скважинах в районе Сильверадо в округе Паркер за пределами Форт-Уэрта.
Чтобы изучить источник и уровень метана в водяных скважинах, исследователи проанализировали образцы из более чем 450 скважин в 12 округах западной части сланца Барнетт. Подавляющее большинство проб — 85 процентов — показали очень низкий уровень метана в грунтовых водах — менее 0,1 миллиграмма метана на литр воды. Однако в кластере из 11 колодцев в округах Паркер и Худ уровень метана превышал 10 миллиграммов на литр воды, уровень, который может вызвать удаление воздуха из систем водоснабжения, чтобы воспламеняющийся газ не стал опасным.
Район Сильверадо находился в эпицентре скопления скважин с высоким содержанием метана. Они находятся на площади примерно 6 на 8 миль, которая также включает скважины с низким уровнем метана.
Это открытие побудило исследователей внимательнее присмотреться к кластеру. Начиная с центра скопления и продвигаясь наружу до тех пор, пока в воде не перестанет обнаруживаться метан, они взяли пробы из 58 мест и проанализировали их, чтобы увидеть, где возник газ.
«Мы хотели понять, сколько существует метана, и определить размер горячей точки с высоким содержанием метана», — сказал Никот.Метан производится двумя способами: термогенным путем — при разложении органических материалов при повышенной температуре и давлении; и биогенно, за счет микробной активности. Биогенный метан обычно образуется на небольшой глубине. Термогенный метан всегда производится на глубине, хотя иногда газ может мигрировать в течение геологического времени в более мелкие области.
Исследователи использовали изотопный анализ углерода, чтобы определить, что метан является термогенным, что исключило биогенные источники, но не указывало, пришел ли газ из более глубокого Барнетта или более мелкого Strawn. Дополнительный анализ благородных газов в образцах, проведенный членами той же исследовательской группы под руководством исследователей Мичиганского университета, связал метан с неглубокими залежами природного газа в Строне. Результаты были дополнены другим исследованием команды в 2015 году, в котором были обнаружены изотопы азота, связанные с Strawn.
«Сочетание составов алканов, благородных газов и азота и соотношений изотопов позволило нам отличить природный газ, полученный из глубинных сланцев Барнетт, от неглубоких Strawn Group», — пояснил Тоти Ларсон, исследователь из отдела геологических наук школы Джексона.Помимо химических доказательств, исследователи обнаружили сильную корреляцию между близостью водозабора к Strawn Group и высоким уровнем метана. Нет корреляции между скважинами с высоким содержанием метана и расстоянием до ближайших скважин с ГРП. Исследователи также отмечают, что в округах Паркер и Худ имеется относительно небольшое количество скважин гидроразрыва пласта по сравнению с другими округами Барнетт-Шейл, такими как Дентон, в которых есть скважины с водой с низким уровнем метана.
Хотя результаты показывают, что метан от Strawn Group является наиболее вероятным источником метана в водяных скважинах в округах Паркер и Худ, исследователи заявили, что не могут полностью исключить, что часть метана могла появиться в результате утечек, вызванных гидравлическими системами. операции гидроразрыва. Фактически, исследователи предполагают, что утечки из глубоких резервуаров могут помочь объяснить определенные случаи, зарегистрированные другими исследованиями, когда уровни метана в водяных скважинах со временем увеличиваются, и случаи, когда метан присутствует в водяных скважинах, где он раньше отсутствовал.
Для скважин, в которых происхождение метана все еще остается под вопросом, исследователи предлагают провести более обширную кампанию по отбору проб и анализу.