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Hydraulic Fracturing , auch genannt fracking , fracing , hydrofracking , fraccing , frac'ing und Hydrofracturing , ist eine gut Stimulationstechnik das Aufbrechen der Einbeziehung Grundgestein Formationen durch eine unter Druck stehende Flüssigkeit. Das Verfahren beinhaltet die Hochdruckinjektion von "Fracking-Flüssigkeit" (hauptsächlich Wasser, das Sand oder andere mit Hilfe von Verdickungsmitteln suspendierte Stützmittel enthält ) in ein Bohrloch , um Risse in den Tiefgesteinsformationen zu erzeugen, durch die Erdgas , Erdöl undSole fließt freier. Wenn der hydraulische Druck aus dem Bohrloch entfernt wird, halten kleine Körner von hydraulischen Brechstützen (entweder Sand oder Aluminiumoxid ) die Brüche offen. [1]

Das hydraulische Brechen begann 1947 als Experiment, und 1950 folgte die erste kommerziell erfolgreiche Anwendung. Bis 2012 wurden weltweit 2,5 Millionen "Frac-Jobs" an Öl- und Gasbohrungen durchgeführt, mehr als eine Million davon in den USA [2]. [3] Eine solche Behandlung ist im Allgemeinen erforderlich, um angemessene Durchflussraten in Schiefergas- , Dichtgas- , Öl- und Kohleflözgasbohrungen zu erzielen . [4] Einige Hydraulikfrakturen können sich in bestimmten Venen oder Deichen auf natürliche Weise bilden . [5] Drilling und Hydraulic Fracturing haben die Vereinigten Staaten ein wichtiger gemacht Rohöl exportiert als 2019,[6] Die Leckage von Methan , einem starken Treibhausgas , hat jedoch dramatisch zugenommen. [7] Die gestiegene Öl- und Gasförderung aufgrund des jahrzehntelangen Fracking-Booms hat zu niedrigeren Preisen für die Verbraucher geführt, wobei nahezu Rekordtiefs des Anteils des Haushaltseinkommens an den Energieausgaben liegen. [8] [9]

Hydraulic Fracturing ist sehr umstritten. [10] Die Befürworter die wirtschaftlichen Vorteile von ausgiebigen zugänglich befürworten Kohlenwasserstoffe , [11] [12] sowie ersetzen Kohle mit Erdgas , das weniger sauberer verbrennt und gibt Kohlendioxid (CO 2 ). [13] [14] Gegner von Fracking argumentieren, dass diese durch die Umweltauswirkungen aufgewogen werden , zu denen Grundwasser- und Oberflächenwasserverschmutzung , Lärm und Luftverschmutzung sowie die Auslösung von Fracking gehörenErdbeben , zusammen mit den daraus resultierenden Gefahren für die öffentliche Gesundheit und die Umwelt. [15] [16] Untersuchungen haben ergeben, dass die menschliche Gesundheit beeinträchtigt ist, [17] [18] einschließlich der Bestätigung chemischer, physischer und psychosozialer Gefahren wie Schwangerschafts- und Geburtsergebnisse, Migränekopfschmerzen, chronischer Rhinosinusitis , schwerer Müdigkeit, Asthma-Exazerbationen und psychologischer Stress. [19] Die Grundwasserverschmutzung wurde dokumentiert. [20] Die Einhaltung von Vorschriften und Sicherheitsverfahren ist erforderlich, um weitere negative Auswirkungen zu vermeiden. [21]

Es besteht eine erhebliche Unsicherheit über das Ausmaß der Methanleckage im Zusammenhang mit dem Hydrofracking, und es gibt sogar Hinweise darauf, dass durch Leckage die Vorteile von Erdgas für die Treibhausgasemissionen im Vergleich zu anderen fossilen Brennstoffen aufgehoben werden können. In einem Bericht des Environmental Defense Fund (EDF) wird dieses Problem hervorgehoben, wobei der Schwerpunkt auf der Leckrate in Pennsylvania bei umfangreichen Tests und Analysen bei etwa 10% oder mehr als dem Fünffachen der gemeldeten Zahlen liegt. [22] Diese Leckrate wird allgemein als repräsentativ für die Hydraulic Fracturing-Industrie in den USA angesehen. EDF hat kürzlich eine Satellitenmission angekündigt, um die Methanemissionen weiter zu lokalisieren und zu messen. [23]

Eine Zunahme der seismischen Aktivität nach dem hydraulischen Brechen entlang ruhender oder bisher unbekannter Fehler wird manchmal durch die Tiefinjektionsentsorgung des Rückflusses des hydraulischen Brechens (ein Nebenprodukt von hydraulisch gebrochenen Bohrlöchern) [24] und durch die Bildung von Formationssole (ein Nebenprodukt von sowohl gebrochenen als auch nicht gebrochenen) verursacht Öl- und Gasquellen). [25] Aus diesen Gründen wird das hydraulische Brechen international geprüft, in einigen Ländern eingeschränkt und in anderen Ländern insgesamt verboten. [26] [27] [28] Die Europäische Union erarbeitet derzeit Vorschriften, die die kontrollierte Anwendung des hydraulischen Brechens ermöglichen. [29]

Geologie [ Bearbeiten ]

Halliburton-Bruchoperation in der Bakken-Formation , North Dakota , USA
Eine Frakturierungsoperation ist im Gange

Mechanik [ bearbeiten ]

Das Brechen von Gesteinen in großer Tiefe wird häufig durch Druck aufgrund des Gewichts der darüber liegenden Gesteinsschichten und der Zementierung der Formation unterdrückt . Dieser Unterdrückungsprozess ist besonders wichtig bei "Zug" -Frakturen ( Modus 1 ), bei denen sich die Wände der Fraktur gegen diesen Druck bewegen müssen. Ein Bruch tritt auf, wenn die effektive Spannung durch den Druck von Flüssigkeiten im Gestein überwunden wird. Die minimale Hauptspannung wird zugfest und überschreitet die Zugfestigkeit des Materials. [30] [31]Auf diese Weise gebildete Brüche sind im Allgemeinen in einer Ebene senkrecht zur minimalen Hauptspannung ausgerichtet, und aus diesem Grund können hydraulische Brüche in Bohrlöchern verwendet werden, um die Ausrichtung von Spannungen zu bestimmen. [32] In natürlichen Beispielen wie Deichen oder venengefüllten Frakturen können die Orientierungen verwendet werden, um auf vergangene Spannungszustände zu schließen. [33]

Venen [ bearbeiten ]

Die meisten Mineralvenensysteme sind ein Ergebnis der wiederholten natürlichen Fracturing während Perioden relativ hohen Porenfluiddruck . Der Einfluss eines hohen Porenflüssigkeitsdrucks auf den Bildungsprozess von Mineralvenensystemen ist besonders deutlich bei "Crack-Seal" -Venen, bei denen das Venenmaterial Teil einer Reihe von diskreten Bruchereignissen ist und jedes Mal zusätzliches Venenmaterial abgelagert wird. [34] Ein Beispiel für ein wiederholtes natürliches Brechen über einen längeren Zeitraum sind die Auswirkungen der seismischen Aktivität. Der Stress steigt und fällt episodisch, und Erdbeben können dazu führen, dass große Mengen an Konnatwasser aus mit Flüssigkeit gefüllten Brüchen ausgestoßen werden. Dieser Vorgang wird als "seismisches Pumpen" bezeichnet. [35]

Deiche [ bearbeiten ]

Kleinere Eingriffe in den oberen Teil der Kruste , wie z. B. Deiche, breiten sich in Form von mit Flüssigkeit gefüllten Rissen aus. In solchen Fällen ist die Flüssigkeit Magma . In Sedimentgesteinen mit einem signifikanten Wassergehalt ist die Flüssigkeit an der Bruchspitze Dampf. [36] .

Geschichte [ bearbeiten ]

Vorläufer [ Bearbeiten ]

Frakturen als Methode zur Stimulierung flacher Ölquellen mit hartem Gestein stammen aus den 1860er Jahren. Dynamit- oder Nitroglycerin-Detonationen wurden verwendet, um die Öl- und Erdgasproduktion aus erdölhaltigen Formationen zu erhöhen. Am 24. April 1865 erhielt der Veteran des US-Bürgerkriegs, Oberst Edward AL Roberts, ein Patent für einen " explodierenden Torpedo ". [37] Es wurde in Pennsylvania , New York , Kentucky und West Virginia unter Verwendung von flüssigem und später erstarrtem Nitroglycerin eingesetzt . Später wurde immer noch die gleiche Methode auf Wasser- und Gasbrunnen angewendet. Die Stimulation von Brunnen mit Säure anstelle von explosiven Flüssigkeiten wurde in den 1930er Jahren eingeführt. DurchSäureätzen , Brüche würden sich nicht vollständig schließen, was zu einer weiteren Produktivitätssteigerung führen würde. [38]

Anwendungen des 20. Jahrhunderts [ Bearbeiten ]

Harold Hamm , Aubrey McClendon , Tom Ward und George P. Mitchell gelten als Vorreiter bei Innovationen im Bereich des hydraulischen Brechens für praktische Anwendungen. [39] [40]

Öl- und Gasquellen [ Bearbeiten ]

Die Beziehung zwischen Bohrlochleistung und Behandlungsdruck wurde von Floyd Farris von der Stanolind Oil and Gas Corporation untersucht . Diese Studie war die Grundlage für das erste Experiment zum hydraulischen Brechen, das 1947 von Stanolind auf dem Hugoton-Gasfeld im Grant County im Südwesten von Kansas durchgeführt wurde. [4] [41] Für die Brunnenbehandlung wurden 1.000 US-Gallonen (3.800 l; 830 imp gal) geliertes Benzin (im Wesentlichen Napalm ) und Sand aus dem Arkansas River verwendetwurde in die gasproduzierende Kalksteinformation in 730 m Höhe injiziert. Das Experiment war nicht sehr erfolgreich, da sich die Zustellbarkeit des Bohrlochs nicht nennenswert änderte. Das Verfahren wurde von JB Clark aus Stanolind in seinem 1948 veröffentlichten Artikel näher beschrieben. Ein Patent für dieses Verfahren wurde 1949 erteilt und der Halliburton Oil Well Cementing Company wurde eine exklusive Lizenz erteilt. Am 17. März 1949 führte Halliburton die ersten beiden kommerziellen hydraulischen Frakturierungsbehandlungen in Stephens County, Oklahoma , und Archer County, Texas, durch . [41] Seitdem wurden durch hydraulisches Brechen ungefähr eine Million Öl- und Gasbohrungen [42] in verschiedenen geologischen Regimen mit gutem Erfolg stimuliert .

Im Gegensatz zum großflächigen hydraulischen Brechen, das in Formationen mit geringer Permeabilität verwendet wird, werden kleine hydraulische Frakturierungsbehandlungen üblicherweise in Formationen mit hoher Permeabilität verwendet, um "Hautschäden" zu beseitigen, eine Zone mit niedriger Permeabilität, die sich manchmal an der Grenzfläche zwischen Gestein und Bohrloch bildet. In solchen Fällen kann sich der Bruch nur wenige Fuß vom Bohrloch entfernt erstrecken. [43]

In der Sowjetunion wurde 1952 der erste hydraulische Stützmittelbruch durchgeführt. Andere Länder in Europa und Nordafrika verwendeten anschließend hydraulische Bruchtechniken, darunter Norwegen, Polen, die Tschechoslowakei (vor 1989), Jugoslawien (vor 1991), Ungarn, Österreich, Frankreich , Italien, Bulgarien, Rumänien, Türkei, Tunesien und Algerien. [44]

Massive Frakturierung [ Bearbeiten ]

Nun Kopf, wo Flüssigkeiten in den Boden injiziert werden
Nun Kopf, nachdem alle hydraulischen Fracking-Geräte vom Standort entfernt wurden

Massives hydraulisches Brechen (auch als hochvolumiges hydraulisches Brechen bekannt) ist eine Technik, die erstmals 1968 von Pan American Petroleum in Stephens County, Oklahoma , USA, angewendet wurde . Die Definition des massiven hydraulischen Brechens variiert, bezieht sich jedoch im Allgemeinen auf Behandlungen, bei denen mehr als 150 kurze Tonnen injiziert werden oder ungefähr 300.000 Pfund (136 Tonnen) Stützmittel. [45]

Amerikanische Geologen stellten nach und nach fest, dass es große Mengen gasgesättigter Sandsteine ​​gab, deren Permeabilität zu niedrig war (im Allgemeinen weniger als 0,1 Millidarcy ), um das Gas wirtschaftlich zurückzugewinnen. [45] Ab 1973 massiv Hydraulic Fracturing in Tausenden von Gasquellen in der verwendet wurde , San Juan Basin , Denver - Becken , [46] die Piceance Basin , [47] und die Green River Basinund in anderen Hartgesteinsformationen im Westen der USA. Andere enge Sandsteinbohrungen in den USA, die durch massives hydraulisches Brechen wirtschaftlich rentabel gemacht wurden, befanden sich im Clinton-Medina-Sandstein (Ohio, Pennsylvania und New York) und im Cotton Valley-Sandstein (Texas und Louisiana). [45]

In den späten 1970er Jahren breitete sich das massive hydraulische Brechen schnell auf westkanadische, rotliegend- und karbonhaltige gasführende Sandsteine ​​in Deutschland, den Niederlanden (Onshore- und Offshore-Gasfelder) und Großbritannien in der Nordsee aus . [44]

Horizontale Öl- oder Gasbohrungen waren bis Ende der 1980er Jahre ungewöhnlich. Dann begannen die Betreiber in Texas, Tausende von Ölquellen fertigzustellen, indem sie horizontal in die Austin-Kreide bohrten und die Bohrlöcher mit massiven hydraulischen Slickwater- Fracking-Behandlungen versorgten . Horizontale Bohrlöcher erwiesen sich bei der Herstellung von Öl aus dichter Kreide als viel wirksamer als vertikale Bohrlöcher. [48] Sedimentbetten sind normalerweise nahezu horizontal, sodass horizontale Bohrlöcher viel größere Kontaktflächen mit der Zielformation aufweisen. [49]

Hydraulic Fracturing-Operationen sind seit Mitte der neunziger Jahre exponentiell gewachsen, als technologische Fortschritte und Preiserhöhungen bei Erdgas diese Technik wirtschaftlich machten. [50]

Schiefer [ bearbeiten ]

Das hydraulische Brechen von Schiefern geht mindestens auf das Jahr 1965 zurück, als einige Betreiber im Big Sandy-Gasfeld im Osten von Kentucky und im südlichen West Virginia damit begannen, den Ohio Shale und den Cleveland Shale mit relativ kleinen Fracs hydraulisch zu brechen. Die Frac-Jobs erhöhten im Allgemeinen die Produktion, insbesondere aus Bohrlöchern mit geringerem Ertrag. [51]

1976 startete die US-Regierung das Eastern Gas Shales-Projekt , das zahlreiche öffentlich-private Demonstrationsprojekte für das hydraulische Brechen umfasste. [52] Im gleichen Zeitraum erhielt das Gas Research Institute , ein Forschungskonsortium der Gasindustrie , die Genehmigung für Forschung und Finanzierung von der Federal Energy Regulatory Commission . [53]

1997 wandte Nick Steinsberger, ein Ingenieur von Mitchell Energy (heute Teil von Devon Energy ), die Slickwater-Fracturing-Technik an, bei der mehr Wasser und ein höherer Pumpendruck verwendet wurden als bei früheren Fracturing-Techniken, die in Osttexas im Barnett Shale im Norden von Texas angewendet wurden . [49] 1998 erwies sich die neue Technik als erfolgreich, als die ersten 90 Tage der Gasproduktion aus dem Bohrloch SH Griffin Nr. 3 die Produktion eines der vorherigen Bohrlöcher des Unternehmens übertrafen. [54] [55] Diese neue Fertigstellungstechnik machte die Gasförderung im Barnett Shale weitgehend wirtschaftlich und wurde später auf andere Schiefer angewendet, darunter den Eagle Ford und den Bakken Shale .[56] [57] [58] George P. Mitchell wurde wegen seiner Rolle bei der Anwendung in Schiefern als "Vater des Fracking" bezeichnet. [59] Das erste horizontaleBohrloch im Barnett Shale wurde 1991 gebohrt, im Barnett jedoch erst dann weit verbreitet, wenn nachgewiesen wurde, dass Gas aus vertikalen Bohrlöchern im Barnett wirtschaftlich gefördert werden kann. [49]

Ab 2013 werden Schiefer in den USA, Kanada und China im kommerziellen Maßstab massiv hydraulisch gebrochen. Mehrere weitere Länder planen den Einsatz von Hydraulic Fracturing . [60] [61] [62]

Prozess [ bearbeiten ]

Nach Angaben der United States Environmental Protection Agency (EPA) ist das hydraulische Brechen ein Prozess zur Stimulierung eines Erdgas-, Öl- oder geothermischen Bohrlochs, um die Förderung zu maximieren. Die EPA definiert den umfassenderen Prozess, der die Beschaffung von Quellwasser, den Bau von Brunnen, die Stimulation von Brunnen und die Abfallentsorgung umfasst. [63]

Methode [ bearbeiten ]

Ein hydraulischer Bruch wird durch Pumpen gebildet Zerklüftungsfluid in ein Bohrloch mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zu erhöhen Druck an der Zieltiefe (bestimmt durch die Lage des Bohrlochverrohrung Perforierungen), der des Bruch zu überschreiten Gradienten (Druckgradient) des Gesteins. [64]Der Bruchgradient ist definiert als Druckanstieg pro Tiefeneinheit relativ zur Dichte und wird üblicherweise in Pfund pro Quadratzoll, pro Quadratfuß oder Balken gemessen. Das Gestein reißt und die Bruchflüssigkeit durchdringt das Gestein und dehnt den Riss weiter und weiter aus und so weiter. Frakturen werden lokalisiert, wenn der Druck mit der Reibungsverlustrate abfällt, die relativ zum Abstand vom Bohrloch ist. Die Bediener versuchen normalerweise, die "Bruchbreite" beizubehalten oder ihren Rückgang nach der Behandlung zu verlangsamen, indem sie ein Stützmittel einführenin die injizierte Flüssigkeit - ein Material wie Sandkörner, Keramik oder andere Partikel, wodurch verhindert wird, dass sich die Brüche schließen, wenn die Injektion gestoppt und der Druck entfernt wird. Die Berücksichtigung der Stützmittelfestigkeit und die Verhinderung des Versagens des Stützmittels wird in größeren Tiefen, in denen der Druck und die Belastung der Frakturen höher sind, wichtiger. Der gestützte Bruch ist durchlässig genug, um den Fluss von Gas, Öl, Salzwasser und hydraulischen Spaltflüssigkeiten zum Bohrloch zu ermöglichen. [64]

Während des Prozesses tritt ein Austreten von Bruchflüssigkeit (Verlust von Bruchflüssigkeit aus dem Bruchkanal in das umgebende durchlässige Gestein) auf. Wenn es nicht kontrolliert wird, kann es 70% des injizierten Volumens überschreiten. Dies kann zu einer Beschädigung der Formationsmatrix, einer nachteiligen Wechselwirkung der Formationsflüssigkeit und einer veränderten Bruchgeometrie führen, wodurch die Effizienz verringert wird. [65]

Die Lage eines oder mehrerer Brüche entlang der Länge des Bohrlochs wird streng durch verschiedene Methoden kontrolliert, die Löcher in der Seite des Bohrlochs erzeugen oder abdichten. Das hydraulische Brechen wird in ummantelten Bohrlöchern durchgeführt, und auf die zu brechenden Zonen wird durch Perforieren des Gehäuses an diesen Stellen zugegriffen . [66]

Hydraulische Fracking-Geräte, die in Öl- und Erdgasfeldern verwendet werden, bestehen normalerweise aus einem Schlammmischer, einer oder mehreren Hochdruck-Fracking-Pumpen mit hohem Volumen (typischerweise leistungsstarke Triplex- oder Quintuplex-Pumpen) und einer Überwachungseinheit. Zu den zugehörigen Geräten gehören Brechbehälter, eine oder mehrere Einheiten zur Lagerung und Handhabung von Stützmittel, Hochdruckbehandlungseisen ( Klärung erforderlich ) , eine chemische Additiveinheit (zur genauen Überwachung der chemischen Zugabe), flexible Niederdruckschläuche sowie viele Messgeräte und Messgeräte für Durchflussrate, Flüssigkeitsdichte und Behandlungsdruck. [67]Chemische Additive machen typischerweise 0,5% des gesamten Flüssigkeitsvolumens aus. Frakturierungsgeräte arbeiten über einen Bereich von Drücken und Einspritzraten und können bis zu 100 Megapascal (15.000 psi) und 265 Liter pro Sekunde (9,4 cu ft / s) (100 Barrel pro Minute) erreichen. [68]

Well-Typen [ Bearbeiten ]

Es kann unterschieden werden zwischen konventionellem hydraulischem Brechen mit geringem Volumen, das zur Stimulierung von Reservoirs mit hoher Permeabilität für ein einzelnes Bohrloch verwendet wird, und unkonventionellem hydraulischem Brechen mit hohem Volumen, das bei der Fertigstellung dichter Gas- und Schiefergasbohrlöcher verwendet wird. Das hydraulische Brechen mit hohem Volumen erfordert normalerweise höhere Drücke als das Brechen mit geringem Volumen. Die höheren Drücke werden benötigt, um größere Mengen an Flüssigkeit und Stützmittel herauszudrücken, die sich weiter vom Bohrloch erstrecken. [69]

Beim horizontalen Bohren handelt es sich um Bohrlöcher mit einem terminalen Bohrloch, das als "seitlich" ausgeführt ist und sich parallel zur Gesteinsschicht erstreckt, die die zu extrahierende Substanz enthält. Zum Beispiel erstrecken sich die Seitenteile im Barnett Shale- Becken in Texas auf 460 bis 1.520 m und in der Bakken-Formation in North Dakota bis zu 3.000 m . Im Gegensatz dazu erreicht ein vertikaler Brunnen nur die Dicke der Gesteinsschicht, typischerweise 15 bis 91 m (50 bis 300 Fuß). Durch horizontales Bohren werden Oberflächenstörungen reduziert, da weniger Bohrlöcher erforderlich sind, um auf das gleiche Gesteinsvolumen zuzugreifen.

Durch Bohren werden häufig die Porenräume an der Bohrlochwand verstopft, wodurch die Durchlässigkeit am und in der Nähe des Bohrlochs verringert wird. Dies verringert die Strömung von der umgebenden Gesteinsformation in das Bohrloch und dichtet das Bohrloch teilweise vom umgebenden Gestein ab. Hydraulisches Brechen mit geringem Volumen kann verwendet werden, um die Permeabilität wiederherzustellen. [70]

Fracturing Fluids [ Bearbeiten ]

Wassertanks, die sich auf das hydraulische Brechen vorbereiten

Die Hauptziele des Aufbrechens von Flüssigkeit sind das Verlängern von Brüchen, das Hinzufügen von Schmiermittel, das Ändern der Gelstärke und das Tragen von Stützmittel in die Formation. Es gibt zwei Methoden zum Transport von Stützmittel in der Flüssigkeit - hohe Geschwindigkeit und hohe Viskosität . Hochviskoses Brechen verursacht tendenziell große dominante Brüche, während hochfrequentes Brechen (Slickwater) kleine ausgebreitete Mikrofrakturen verursacht. [ Zitat benötigt ]

Wasserlösliche Geliermittel (wie Guarkernmehl ) erhöhen die Viskosität und geben Stützmittel effizient in die Formation ab. [71]

Beispiel eines Hochdruckverteilers, der Pumpenströme vor dem Einspritzen in das Bohrloch kombiniert

Flüssigkeit ist typischerweise eine Aufschlämmung aus Wasser, Stützmittel und chemischen Zusätzen . [72] Zusätzlich können Gele, Schäume und Druckgase, einschließlich Stickstoff , Kohlendioxid und Luft, injiziert werden. Typischerweise sind 90% der Flüssigkeit Wasser und 9,5% Sand, wobei chemische Zusätze etwa 0,5% ausmachen. [64] [73] [74] Es wurden jedoch Frakturierungsflüssigkeiten unter Verwendung von Flüssiggas (LPG) und Propan entwickelt, bei denen Wasser nicht erforderlich ist. [75]

Das Stützmittel ist ein körniges Material, das verhindert, dass sich die entstandenen Frakturen nach der Frakturbehandlung schließen. Arten von Stützmitteln umfassen Quarzsand , harzbeschichteten Sand, Bauxit und künstliche Keramik. Die Wahl des Stützmittels hängt von der Art der erforderlichen Permeabilität oder Kornfestigkeit ab. In einigen Formationen, in denen der Druck groß genug ist, um Körner aus natürlichem Quarzsand zu zerkleinern, können höherfeste Stützmittel wie Bauxit oder Keramik verwendet werden. Das am häufigsten verwendete Stützmittel ist Quarzsand, obwohl Stützmittel von einheitlicher Größe und Form, wie ein keramisches Stützmittel, als wirksamer angesehen werden. [76]

USGS-Karte des Wasserverbrauchs durch hydraulisches Brechen zwischen 2011 und 2014. Ein Kubikmeter Wasser entspricht 264,172 Gallonen. [77] [78]

Die Frakturierungsflüssigkeit variiert in Abhängigkeit von der gewünschten Frakturierungsart und den Bedingungen für die Frakturierung bestimmter Vertiefungen sowie den Wassereigenschaften. Die Flüssigkeit kann auf Gel-, Schaum- oder Slickwater-Basis sein. Die Wahl der Flüssigkeit ist ein Kompromiss: Mehr viskose Flüssigkeiten wie Gele halten das Stützmittel besser in Suspension; Während weniger viskose und reibungsarme Flüssigkeiten wie Slickwater das Pumpen von Flüssigkeit mit höheren Geschwindigkeiten ermöglichen, entstehen Brüche, die weiter vom Bohrloch entfernt sind. Wichtige Materialeigenschaften der Flüssigkeit umfassen Viskosität , pH-Wert , verschiedene rheologische Faktoren und andere.

Wasser wird mit Sand und Chemikalien gemischt, um hydraulische Spaltflüssigkeit zu erzeugen. Pro Frakturierung werden ungefähr 40.000 Gallonen Chemikalien verwendet. [79] Bei einer typischen Frakturbehandlung werden zwischen 3 und 12 additive Chemikalien verwendet. [64] Obwohl es möglicherweise unkonventionelle Fracturing-Flüssigkeiten gibt, können typische chemische Additive eines oder mehrere der folgenden Elemente umfassen:

  • Säuren - Salzsäure oder Essigsäure wird in der Vorbruchphase zum Reinigen der Perforationen und zum Auslösen von Rissen im bohrnahen Gestein verwendet. [74]
  • Natriumchlorid (Salz) -delays Abbau von Gel - Polymerketten . [74]
  • Polyacrylamid und andere Reibungsminderer verringern die Turbulenzen im Flüssigkeitsstrom und in der Rohrreibung, wodurch die Pumpen mit einer höheren Geschwindigkeit pumpen können, ohne einen größeren Druck auf die Oberfläche auszuüben. [74]
  • Ethylenglykol - Verhindert die Bildung von Ablagerungen im Rohr. [74]
  • Boratsalze -gebraucht für die Fluidviskosität während des Temperaturanstiegs beibehalten wird . [74]
  • Natrium- und Kalium - Carbonate verwenden für die Wirksamkeit der Aufrechterhaltung Vernetzer . [74]
  • Anaerob, Biozid, BIO - Glutaraldehyd als Desinfektionsmittel des Wassers ( Bakterienelimination ). [74]
  • Guarkernmehl und andere wasserlösliche Geliermittel - erhöhen die Viskosität der Frakturierungsflüssigkeit, um das Stützmittel effizienter in die Formation abzugeben. [71] [74]
  • Zitronensäure - wird zum Korrosionsschutz verwendet .
  • Isopropanol - wird verwendet, um die Chemikalien zu winterfest zu machen, damit sie nicht gefrieren. [74]

Die in den USA zwischen 2005 und 2009 am häufigsten für das hydraulische Brechen verwendete Chemikalie war Methanol , während einige andere am häufigsten verwendete Chemikalien Isopropylalkohol , 2-Butoxyethanol und Ethylenglykol waren . [80]

Typische Flüssigkeitstypen sind:

  • Herkömmliche lineare Gele. Diese Gele sind Cellulosederivate ( Carboxymethylcellulose , Hydroxyethylcellulose , Carboxymethylhydroxyethylcellulose , Hydroxypropylcellulose , Hydroxyethylmethylcellulose ), Guar oder seine Derivate ( Hydroxypropylguar , Carboxymethylhydroxypropylguar ), gemischt mit anderen Chemikalien. [ Klarstellung erforderlich ]
  • Boratvernetzte Flüssigkeiten. Dies sind Flüssigkeiten auf Guar-Basis, die mit Borionen (aus wässriger Borax / Borsäurelösung ) vernetzt sind . Diese Gele haben ab pH 9 eine höhere Viskosität und werden zum Tragen von Stützmittel verwendet. Nach dem Brechen wird der pH-Wert auf 3–4 gesenkt, so dass die Vernetzungen aufgebrochen werden und das Gel weniger viskos ist und abgepumpt werden kann.
  • Es ist bekannt, dass metallorganisch vernetzte Flüssigkeiten - Zirkonium- , Chrom- , Antimon- und Titansalze - Gele auf Guar-Basis vernetzen. Der Vernetzungsmechanismus ist nicht reversibel. Sobald das Stützmittel zusammen mit dem vernetzten Gel abgepumpt ist, ist der Bruchteil fertig. Die Gele werden mit geeigneten Brechern abgebaut. [ Klarstellung erforderlich ] [71]
  • Aluminiumphosphatester-Ölgele. Aluminiumphosphat- und Esteröle werden aufgeschlämmt, um ein vernetztes Gel zu bilden. Dies ist eines der ersten bekannten Geliersysteme.

Für Slickwater-Flüssigkeiten ist die Verwendung von Sweeps üblich. Sweeps sind vorübergehende Reduzierungen der Stützmittelkonzentration, die sicherstellen, dass der Brunnen nicht mit Stützmittel überfüllt ist. [81] Da die Fracturing - Prozess weiter, viskositätsmindernde Mittel wie Oxidatoren und Enzymbrecher sind der Fracturing manchmal hinzugefügt Fluid die Geliermittel zu deaktivieren und fördern Rückfluss. [71] Solche Oxidationsmittel reagieren mit dem Gel und bauen es ab, verringern die Viskosität der Flüssigkeit und stellen sicher, dass kein Stützmittel aus der Formation gezogen wird. Ein Enzym wirkt als Katalysator zum Abbau des Gels. Manchmal pH-Modifikatorenwerden verwendet, um die Vernetzung am Ende eines hydraulischen Aufbrechvorgangs abzubauen, da viele ein pH-Puffersystem benötigen, um viskos zu bleiben. [81] Am Ende der Arbeit wird der Brunnen üblicherweise unter Druck mit Wasser gespült (manchmal mit einer reibungsmindernden Chemikalie gemischt). Einige (aber nicht alle) injizierte Flüssigkeiten werden zurückgewonnen. Diese Flüssigkeit wird auf verschiedene Weise verwaltet, einschließlich unterirdischer Injektionskontrolle, Behandlung, Abgabe, Recycling und vorübergehender Lagerung in Gruben oder Behältern. Es werden ständig neue Technologien entwickelt, um das Abwasser besser zu handhaben und die Wiederverwendbarkeit zu verbessern. [64]

Frakturüberwachung [ Bearbeiten ]

Die Messung des Drucks und der Geschwindigkeit während des Wachstums eines hydraulischen Bruchs mit Kenntnis der Fluideigenschaften und des in das Bohrloch injizierten Stützmittels bietet die häufigste und einfachste Methode zur Überwachung einer hydraulischen Bruchbehandlung. Diese Daten können zusammen mit Kenntnissen der unterirdischen Geologie verwendet werden, um Informationen wie Länge, Breite und Leitfähigkeit einer gestützten Fraktur zu modellieren. [64]

Die Injektion von radioaktiven Tracern zusammen mit der Frakturierungsflüssigkeit wird manchmal verwendet, um das Injektionsprofil und den Ort der erzeugten Frakturen zu bestimmen. [82] Radiotracer werden so ausgewählt, dass sie leicht nachweisbare Strahlung, geeignete chemische Eigenschaften sowie eine Halbwertszeit und Toxizität aufweisen, die die anfängliche und verbleibende Kontamination minimieren. [83] Radioaktive Isotope, die chemisch an Glas (Sand) und / oder Harzkügelchen gebunden sind, können ebenfalls injiziert werden, um Brüche zu verfolgen. [84] beispielsweise Kunststoff - Pellets , beschichtet mit 10 GBq von Ag-110mm kann den Proppant zugesetzt wird oder kann mit Sand Ir-192, so markiert werden , dass der Fortschritt des Proppant überwacht werden kann. [83]Radiotracer wie Tc-99m und I-131 werden auch zur Messung von Durchflussraten verwendet. [83] Die Nuclear Regulatory Commission veröffentlicht Richtlinien, in denen eine breite Palette radioaktiver Stoffe in fester, flüssiger und gasförmiger Form aufgeführt ist, die als Tracer verwendet werden können, und die die Menge begrenzt, die pro Injektion und pro Vertiefung jedes Radionuklids verwendet werden kann. [84]

Eine neue Technik bei der Überwachung von Bohrlöchern umfasst Glasfaserkabel außerhalb des Gehäuses. Mit der Glasfaser können die Temperaturen an jedem Fuß entlang des Bohrlochs gemessen werden - auch während die Bohrlöcher frackiert und gepumpt werden. Durch die Überwachung der Temperatur des Bohrlochs können Ingenieure bestimmen, wie viel Hydraulikbruchflüssigkeit verschiedene Teile des Bohrlochs verwenden und wie viel Erdgas oder Öl sie sammeln, während des hydraulischen Aufbrechvorgangs und wann das Bohrloch produziert. [ Zitat benötigt ]

Mikroseismische Überwachung [ Bearbeiten ]

Für fortgeschrittenere Anwendungen wird manchmal eine mikroseismische Überwachung verwendet, um die Größe und Ausrichtung induzierter Frakturen abzuschätzen. Die mikroseismische Aktivität wird gemessen, indem eine Reihe von Geophonen in einem nahe gelegenen Bohrloch platziert werden. Durch Kartieren des Ortes kleiner seismischer Ereignisse, die mit der wachsenden Fraktur verbunden sind, wird die ungefähre Geometrie der Fraktur abgeleitet. Tiltmeter- Arrays, die an der Oberfläche oder in einem Bohrloch eingesetzt werden, bieten eine weitere Technologie zur Überwachung der Dehnung [85].

Die mikroseismische Kartierung ist der Seismologie geophysikalisch sehr ähnlich . In der Erdbebenseismologie zeichnen auf oder in der Nähe der Erdoberfläche verstreute Seismometer S-Wellen und P-Wellen auf , die während eines Erdbebenereignisses freigesetzt werden. Dies ermöglicht es, die Bewegung [ Klärung erforderlich ] entlang der Verwerfungsebene abzuschätzen und ihre Position im Untergrund der Erde abzubilden. Hydraulisches Brechen, eine Zunahme der Formationsspannung proportional zum Nettofrakturdruck sowie eine Zunahme des Porendrucks aufgrund von Leckagen. [ Klarstellung erforderlich ] [86] Zugspannungen werden vor der Bruchspitze erzeugt, wodurch große Mengen an Scherspannung erzeugt werden. Der Anstieg des Porenwasserdrucks und der Formationsspannung kombiniert und beeinflusst Schwächen in der Nähe des Hydraulikbruchs, wie natürliche Brüche, Gelenke und Bettungsebenen. [87]

Verschiedene Methoden haben unterschiedliche Standortfehler [ Klärungsbedarf ] und Vorteile. Die Genauigkeit der mikroseismischen Ereignisabbildung hängt vom Signal-Rausch-Verhältnis und der Verteilung der Sensoren ab. Die Genauigkeit von Ereignissen, die durch seismische Inversion lokalisiert wurden, wird durch Sensoren verbessert, die in mehreren Azimuten vom überwachten Bohrloch platziert sind. An einem Ort im Bohrloch wird die Genauigkeit von Ereignissen verbessert, indem sie sich in der Nähe des überwachten Bohrlochs befinden (hohes Signal-Rausch-Verhältnis).

Die Überwachung von mikroseismischen Ereignissen, die durch die Stimulation des Reservoirs [ Klärung erforderlich ] induziert werden, ist zu einem Schlüsselaspekt bei der Bewertung von Hydraulikfrakturen und ihrer Optimierung geworden. Das Hauptziel der hydraulischen Bruchüberwachung besteht darin, die induzierte Bruchstruktur und die Verteilung der Leitfähigkeit innerhalb einer Formation vollständig zu charakterisieren. Geomechanische Analysen wie das Verständnis der Materialeigenschaften, In-situ-Bedingungen und Geometrien einer Formation helfen bei der Überwachung, indem sie eine bessere Definition der Umgebung liefern, in der sich das Bruchnetzwerk ausbreitet. [88]Die nächste Aufgabe besteht darin, die Position des Stützmittels innerhalb der Fraktur und die Verteilung der Frakturleitfähigkeit zu kennen. Dies kann unter Verwendung mehrerer Arten von Techniken überwacht werden, um schließlich ein Reservoirmodell zu entwickeln, das die Bohrlochleistung genau vorhersagt.

Horizontale Vervollständigungen [ Bearbeiten ]

Seit den frühen 2000er Jahren Fortschritte in der Bohrung und Fertigstellung Technik haben viele horizontalen Bohrlöcher gemacht [ Klärungsbedarf ] wirtschaftliche. Horizontale Bohrlöcher ermöglichen eine weitaus stärkere Exposition gegenüber einer Formation als herkömmliche vertikale Bohrlöcher. Dies ist besonders nützlich bei Schieferformationen, die keine ausreichende Durchlässigkeit aufweisen, um mit einem vertikalen Bohrloch wirtschaftlich zu produzieren. Wenn solche Bohrlöcher an Land gebohrt werden, werden sie heute normalerweise in mehreren Stufen hydraulisch gebrochen, insbesondere in Nordamerika. Die Art der Bohrlochvervollständigung wird verwendet, um zu bestimmen, wie oft eine Formation gebrochen wird und an welchen Stellen entlang des horizontalen Abschnitts. [89]

In Nordamerika werden Schieferreservoire wie die Schiefer Bakken , Barnett , Montney , Haynesville , Marcellus und zuletzt Eagle Ford , Niobrara und Utica horizontal durch die Produktionsintervalle gebohrt, fertiggestellt und gebrochen. [ Zitieren erforderlich ] Die Methode, mit der die Frakturen entlang des Bohrlochs platziert werden, wird am häufigsten durch eine von zwei Methoden erreicht, die als "Plug and Perf" und "Sliding Sleeve" bekannt sind. [90]

Das Bohrloch für einen Plug-and-Perf-Auftrag besteht im Allgemeinen aus einem Standardstahlgehäuse, das zementiert oder nicht zementiert ist und in das Bohrloch eingesetzt ist. Sobald die Bohranlage entfernt wurde, wird ein Drahtseilwagen verwendet, um nahe dem Boden des Bohrlochs zu perforieren , und dann wird Frakturierungsflüssigkeit gepumpt. Dann setzt der drahtgebundene LKW einen Stopfen in das Bohrloch, um diesen Abschnitt vorübergehend abzudichten, damit der nächste Abschnitt des Bohrlochs behandelt werden kann. Eine weitere Stufe wird gepumpt und der Vorgang entlang der horizontalen Länge des Bohrlochs wiederholt. [91]

Das Bohrloch für die Gleithülse [ Klärungsbedarf ] Technik unterscheidet sich dadurch , dass die Gleithülsen in festgelegten Abständen in der Stahlhülle enthalten sind , zu der Zeit es an seinem Platz festgelegt ist. Die Schiebehülsen sind zu diesem Zeitpunkt normalerweise alle geschlossen. Wenn das Bohrloch gebrochen werden soll, wird die untere Gleithülse unter Verwendung einer von mehreren Aktivierungstechniken geöffnet [ Zitieren erforderlich ] und die erste Stufe wird gepumpt. Sobald der Vorgang abgeschlossen ist, wird die nächste Hülse geöffnet, wobei gleichzeitig die vorherige Stufe isoliert wird, und der Vorgang wird wiederholt. Für die Gleithülsenmethode ist normalerweise keine Drahtleitung erforderlich. [ Zitat benötigt ]

Ärmel

Diese Fertigstellungstechniken können es ermöglichen, bei Bedarf mehr als 30 Stufen in den horizontalen Abschnitt eines einzelnen Bohrlochs zu pumpen, was weitaus mehr ist, als normalerweise in ein vertikales Bohrloch gepumpt wird, in dem weit weniger Fuß Produktionszone freigelegt sind. [92]

Verwendet [ bearbeiten ]

Hydraulic Fracturing wird verwendet, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der Flüssigkeiten wie Erdöl, Wasser oder Erdgas aus unterirdischen Naturreservoirs gewonnen werden können. Reservoire sind typischerweise poröse Sandsteine , Kalksteine oder Dolomitgesteine , umfassen aber auch "unkonventionelle Reservoire" wie Schiefergestein oder Kohlebetten . Hydraulic Fracturing ermöglicht die Gewinnung von Erdgas und Öl aus Gesteinsformationen tief unter der Erdoberfläche (in der Regel 2.000 bis 6.000 m), die weit unter den typischen Grundwasserspeichern liegt. In dieser Tiefe kann es zu einer unzureichenden Durchlässigkeit kommenoder Reservoirdruck, damit Erdgas und Öl mit hoher wirtschaftlicher Rendite vom Gestein in das Bohrloch fließen können. Die Erzeugung leitfähiger Brüche im Gestein trägt somit zur Gewinnung aus natürlich undurchlässigen Schieferreservoirs bei. Die Permeabilität wird im Bereich von Mikrodarcy bis Nanodarcy gemessen . [93] Brüche sind ein leitender Pfad, der ein größeres Reservoirvolumen mit dem Bohrloch verbindet. Das sogenannte "Super-Fracking" erzeugt Risse tiefer in der Gesteinsformation, um mehr Öl und Gas freizusetzen, und erhöht die Effizienz. [94] Der Ertrag für typische Schieferbohrungen sinkt im Allgemeinen nach den ersten ein oder zwei Jahren, aber die maximale Lebensdauer eines Bohrlochs kann auf mehrere Jahrzehnte verlängert werden. [95]

Während die industrielle Hauptanwendung des hydraulischen Brechens darin besteht, die Produktion aus Öl- und Gasbohrungen zu stimulieren , [96] [97] [98] wird auch das hydraulische Brechen angewendet:

  • Grundwasserbrunnen stimulieren [99]
  • Um den Abbau von Felshöhlen vorzubereiten oder zu induzieren [100]
  • Als Mittel zur Verbesserung der Abfallsanierung werden normalerweise Kohlenwasserstoffabfälle oder verschüttete Flüssigkeiten eingesetzt [101].
  • Abfall durch Injektion tief in das Gestein entsorgen [102]
  • Stress in der Erde messen [103]
  • Zur Stromerzeugung in verbesserten geothermischen Systemen [104]
  • Erhöhung der Injektionsraten für die geologische Sequestrierung von CO2[105]

Seit den späten 1970er Jahren wird das hydraulische Brechen in einigen Fällen eingesetzt, um die Trinkwasserausbeute aus Brunnen in einer Reihe von Ländern, einschließlich den USA, Australien und Südafrika, zu erhöhen. [106] [107] [108]

Wirtschaftliche Auswirkungen [ Bearbeiten ]

Die Produktionskosten für unkonventionelles Öl und Gas überwiegen weiterhin die Gewinne

Hydraulic Fracturing wurde als eine der Schlüsselmethoden zur Gewinnung unkonventioneller Öl- und unkonventioneller Gasressourcen angesehen. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur werden die verbleibenden technisch verwertbaren Ressourcen an Schiefergas auf 208 Billionen Kubikmeter (7.300 Billionen Kubikfuß), dichtes Gas auf 76 Billionen Kubikmeter (2.700 Billionen Kubikfuß) und Kohleflözmethan geschätztauf 47 Billionen Kubikmeter (1.700 Billionen Kubikfuß). Formationen dieser Ressourcen haben in der Regel eine geringere Permeabilität als herkömmliche Gasformationen. Abhängig von den geologischen Eigenschaften der Formation sind daher spezielle Technologien wie das hydraulische Brechen erforderlich. Obwohl es auch andere Methoden gibt, um diese Ressourcen zu extrahieren, wie z. B. konventionelles Bohren oder horizontales Bohren, ist das hydraulische Brechen eine der Schlüsselmethoden, um ihre Extraktion wirtschaftlich zu machen. Die mehrstufige Frakturierungstechnik hat die Entwicklung der Schiefergas- und lichtdichten Ölproduktion in den Vereinigten Staaten erleichtert, und es wird angenommen, dass dies in den anderen Ländern mit unkonventionellen Kohlenwasserstoffressourcen der Fall ist. [11]

Eine große Mehrheit der Studien zeigt, dass das hydraulische Brechen in den Vereinigten Staaten bisher einen starken positiven wirtschaftlichen Nutzen hatte. [ Bearbeiten ] Die Brookings Institution schätzt , dass die Vorteile von Shale Gas allein zu einem Netto wirtschaftlichen Nutzen von 48 Milliarden $ pro Jahr geführt haben. Der größte Teil dieses Vorteils entfällt auf den Verbraucher- und Industriesektor aufgrund der deutlich gesunkenen Erdgaspreise. [109] Andere Studien haben gezeigt, dass der wirtschaftliche Nutzen durch die externen Effekte aufgewogen wird und dass die Stromkosten (LCOE) aus weniger kohlenstoff- und wasserintensiven Quellen niedriger sind. [110]

Der Hauptvorteil des Hydrofrackings besteht darin, die Einfuhren von Erdgas und Erdöl auszugleichen, wenn die an die Erzeuger gezahlten Kosten ansonsten aus der heimischen Wirtschaft austreten. [ Zitieren erforderlich ] Schieferöl und -gas werden in den USA jedoch stark subventioniert und haben die Produktionskosten noch nicht gedeckt [111] - was bedeutet, dass die Kosten für das hydraulische Brechen in Einkommenssteuern bezahlt werden und in vielen Fällen bis zu doppelt so hoch sind die an der Pumpe gezahlten Kosten. [112]

Untersuchungen legen nahe, dass hydraulische Fracking-Bohrlöcher die landwirtschaftliche Produktivität in der Nähe der Bohrlöcher nachteilig beeinflussen. [113] In einem Papier wurde festgestellt, "dass die Produktivität einer bewässerten Kultur um 5,7% abnimmt, wenn ein Brunnen während der landwirtschaftlich aktiven Monate im Umkreis von 11 bis 20 km um eine produzierende Gemeinde gebohrt wird. Dieser Effekt wird mit zunehmender Entfernung zwischen Gemeinde und Gemeinde kleiner und schwächer." Brunnen nimmt zu. " [113] Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Einführung von hydraulischen Fracking-Bohrlöchern in Alberta die Provinz 2014 aufgrund des Rückgangs der Ernteproduktivität 14,8 Mio. USD kostete. [113]

Die Energy Information Administration des US-Energieministeriums schätzt, dass bis 2035 45% der US-Gasversorgung aus Schiefergas stammen wird (wobei die überwiegende Mehrheit davon konventionelles Gas ersetzt, das einen geringeren Treibhausgas-Fußabdruck aufweist). [114]

Die öffentliche Debatte [ Bearbeiten ]

Plakat gegen hydraulisches Brechen in Vitoria-Gasteiz (Spanien, 2012)
Plakat gegen hydraulisches Brechen bei Extinction Rebellion (2018)

Politik und öffentliche Ordnung [ Bearbeiten ]

Eine Anti-Fracking-Bewegung ist sowohl international unter Beteiligung internationaler Umweltorganisationen und -nationen wie Frankreich als auch lokal in betroffenen Gebieten wie Balcombe in Sussex entstanden, wo Mitte 2013 der Balcombe-Bohrprotest stattfand . [115] Der beträchtliche Widerstand gegen hydraulische Fracking-Aktivitäten in lokalen Townships in den USA hat Unternehmen dazu veranlasst, eine Reihe von PR- Maßnahmen zu ergreifen, um die Öffentlichkeit zu beruhigen, einschließlich der Beschäftigung von ehemaligem Militärpersonal mit Ausbildung in psychologischen Kriegshandlungen . Laut Matt Pitzarella, dem Kommunikationsdirektor beiRange Resources , Mitarbeiter, die im Nahen Osten geschult wurden, waren für Range Resources in Pennsylvania wertvoll, wenn es um emotional aufgeladene Gemeindeversammlungen ging und die Gemeinden in Bezug auf Zoneneinteilung und lokale Verordnungen zum Thema Hydrofracking beriet. [116] [117]

Es gab viele Proteste gegen das hydraulische Brechen. Zum Beispiel wurden 2013 zehn Personen während eines Anti-Fracking-Protests in der Nähe von New Matamoras, Ohio, festgenommen, nachdem sie illegal eine Entwicklungszone betreten und sich an Bohrausrüstung festgeklemmt hatten. [118] Im Nordwesten von Pennsylvania gab es ein Drive-by-Schießen auf einen Brunnenstandort, bei dem jemand zwei Patronen eines Kleinkalibergewehrs in Richtung eines Bohrgeräts abschoss, bevor er auf dem Gelände Schimpfwörter rief und aus der Szene floh. [119] In Washington County, Pennsylvania , fand ein Auftragnehmer, der an einer Gasleitung arbeitete, eine RohrbombeDas war dort platziert worden, wo eine Pipeline gebaut werden sollte, was laut lokalen Behörden eine "Katastrophe" verursacht hätte, wenn sie es nicht entdeckt und zur Detonation gebracht hätten. [120]

Im Jahr 2014 schlugen eine Reihe europäischer Beamter vor, dass mehrere große europäische Proteste gegen Hydrofracking (mit gemischtem Erfolg in Litauen und der Ukraine) teilweise von Gazprom , Russlands staatlich kontrolliertem Gasunternehmen, gesponsert werden könnten . Die New York Times schlug vor, dass Russland seine Erdgasexporte nach Europa als Schlüsselelement seines geopolitischen Einflusses ansieht und dass sich dieser Markt verringern würde, wenn in Osteuropa hydraulische Fracking-Maßnahmen ergriffen würden, da dadurch erhebliche Schiefergasreserven in der Region erschlossen würden. Russische Beamte haben mehrfach öffentlich erklärt, dass das hydraulische Brechen "ein großes Umweltproblem darstellt". [121]

Hydraulic Fracturing findet derzeit in den USA in Arkansas, Kalifornien, Colorado, Louisiana, North Dakota, Oklahoma, Pennsylvania, Texas, Virginia, West Virginia und Wyoming statt. Andere Staaten wie Alabama, Indiana, Michigan, Mississippi, New Jersey, New York und Ohio erwägen oder bereiten Bohrungen mit dieser Methode vor. Maryland [122]und Vermont haben das hydraulische Brechen dauerhaft verboten, und New York und North Carolina haben vorübergehende Verbote eingeführt. New Jersey hat derzeit einen Gesetzentwurf vor seinem Gesetzgeber, um ein 2012 abgelaufenes Moratorium für hydraulisches Brechen von 2012 zu verlängern. Obwohl im Vereinigten Königreich kürzlich ein Moratorium für hydraulische Frakturen aufgehoben wurde, geht die Regierung aufgrund von Bedenken hinsichtlich Erdbeben und der Umweltauswirkungen von Bohrungen vorsichtig vor. Hydraulic Fracturing ist derzeit in Frankreich und Bulgarien verboten. [50]

Im Dezember 2016 veröffentlichte die Environmental Protection Agency das "Hydraulic Fracturing for Oil and Gas: Auswirkungen des Hydraulic Fracturing Water Cycle auf die Trinkwasserressourcen in den USA (Abschlussbericht)". Die EPA fand wissenschaftliche Beweise dafür, dass hydraulische Fracking-Aktivitäten die Trinkwasserressourcen beeinflussen können. [123]

Dokumentarfilme [ Bearbeiten ]

Josh Fox 'mit dem Oscar 2010 nominierter Film Gasland [124] wurde zu einem Zentrum der Opposition gegen das hydraulische Brechen von Schiefer. Der Film zeigte Probleme mit der Grundwasserverschmutzung in der Nähe von Brunnenstandorten in Pennsylvania, Wyoming und Colorado. [125] Energy in Depth , eine Lobbygruppe der Öl- und Gasindustrie, stellte die Fakten des Films in Frage. [126] Als Reaktion darauf wurde auf der Website von Gasland eine Widerlegung der Ungenauigkeitsansprüche von Energy in Depth veröffentlicht. [127] Der Direktor der Colorado Oil and Gas Conservation Commission(COGCC) bot an, als Teil des Films interviewt zu werden, wenn er überprüfen konnte, was aus dem Interview im letzten Film enthalten war, aber Fox lehnte das Angebot ab. [128] Exxon Mobil , Chevron Corporation und ConocoPhillips haben in den Jahren 2011 und 2012 Anzeigen ausgestrahlt, in denen behauptet wurde, die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile von Erdgas zu beschreiben und zu argumentieren, dass das hydraulische Brechen sicher sei. [129]

Der 2012er Film Promised Land mit Matt Damon befasst sich mit dem hydraulischen Brechen. [130] Die Gasindustrie konterte die Kritik des Films an Hydraulic Fracturing mit Informationsflyern sowie Twitter- und Facebook- Posts. [129]

Im Januar 2013 veröffentlichte der nordirische Journalist und Filmemacher Phelim McAleer einen Crowdfunded- Dokumentarfilm [131] namens FrackNation als Antwort auf die Aussagen von Fox in Gasland und behauptete, er "sagt die Wahrheit über Fracking für Erdgas". FrackNation Premiere auf Mark Cuban ‚s AXS TV . Die Premiere korrespondierte mit der Veröffentlichung von Promised Land . [132]

Im April 2013 veröffentlichte Josh Fox Gasland 2 , seine "internationale Odyssee, die eine Spur von Geheimnissen, Lügen und Verunreinigungen im Zusammenhang mit hydraulischem Fracking aufdeckt". Es stellt die Darstellung von Erdgas als saubere und sichere Alternative zu Öl als Mythos in der Gasindustrie in Frage, und dass hydraulisch gebrochene Brunnen im Laufe der Zeit unweigerlich auslaufen, Wasser und Luft kontaminieren, Familien verletzen und das Erdklima mit dem starken Treibhausgas Methan gefährden .

2014 veröffentlichte Scott Cannon von Video Innovations den Dokumentarfilm The Ethics of Fracking . Der Film behandelt die politischen, spirituellen, wissenschaftlichen, medizinischen und beruflichen Gesichtspunkte des hydraulischen Brechens. Es befasst sich auch mit der Art und Weise, wie die Gasindustrie das hydraulische Brechen in ihrer Werbung darstellt. [133]

2015 hatte der kanadische Dokumentarfilm Fractured Land seine Weltpremiere beim Canadian International Documentary Festival von Hot Docs . [134]

Forschungsfragen [ Bearbeiten ]

Typischerweise ist die Finanzierungsquelle der Forschungsstudien ein kontroverser Punkt. Es wurden Bedenken hinsichtlich der von Stiftungen und Unternehmen oder von Umweltverbänden finanzierten Forschung geäußert, was zuweilen zumindest zu unzuverlässigen Studien führen kann. [135] [136] Mehrere Organisationen, Forscher und Medien berichteten von Schwierigkeiten bei der Durchführung und Berichterstattung der Ergebnisse von Studien zum hydraulischen Brechen aufgrund des Drucks der Industrie [137] und der Regierung [26] und äußerten sich besorgt über eine mögliche Zensur von Umweltberichten . [137] [138] [139] Einige haben argumentiert, dass mehr Forschung über die Umwelt- und Gesundheitseffekte der Technik erforderlich ist. [140][141] [142] [143]

Gesundheitsrisiken [ Bearbeiten ]

Anti-Fracking-Banner beim Clean Energy March (Philadelphia, 2016)

Es besteht Besorgnis über die möglichen nachteiligen Auswirkungen der hydraulischen Fracking-Aktivität auf die öffentliche Gesundheit . [140] In einer Überprüfung der Schiefergasproduktion in den USA aus dem Jahr 2013 heißt es: "Mit zunehmender Anzahl von Bohrstellen sind mehr Menschen durch Unfälle und die Exposition gegenüber Schadstoffen gefährdet, die in gebrochenen Bohrlöchern verwendet werden." [144] In einer Gefährdungsbeurteilung von 2011 wurde die vollständige Offenlegung von Chemikalien empfohlen, die zum hydraulischen Brechen und Bohren verwendet werden, da viele unmittelbare gesundheitliche Auswirkungen haben und viele langfristige gesundheitliche Auswirkungen haben können. [145]

Im Juni 2014 veröffentlichte Public Health England eine Übersicht über die möglichen Auswirkungen der Exposition gegenüber chemischen und radioaktiven Schadstoffen auf die öffentliche Gesundheit infolge der Schiefergasförderung in Großbritannien, die auf der Prüfung von Literatur und Daten aus Ländern basiert, in denen bereits ein hydraulischer Bruch auftritt. [141] In der Zusammenfassung des Berichts heißt es: "Eine Bewertung der derzeit verfügbaren Erkenntnisse zeigt, dass die potenziellen Risiken für die öffentliche Gesundheit durch die Exposition gegenüber den mit der Schiefergasförderung verbundenen Emissionen gering sind, wenn die Vorgänge ordnungsgemäß durchgeführt und reguliert werden. Die meisten Hinweise deuten auf eine Kontamination des Grundwassers hinWenn es auftritt, wird es höchstwahrscheinlich durch Leckage durch das vertikale Bohrloch verursacht. Eine Kontamination des Grundwassers durch den unterirdischen hydraulischen Aufbrechprozess selbst (dh das Aufbrechen des Schiefers) ist unwahrscheinlich. Oberflächenverschmutzungen von hydraulischen Spaltflüssigkeiten oder Abwasser können sich jedoch auf das Grundwasser auswirken, und Emissionen in die Luft können sich auch auf die Gesundheit auswirken. Wenn in der Literatur potenzielle Risiken identifiziert wurden, sind die gemeldeten Probleme in der Regel auf Betriebsstörungen und ein schlechtes regulatorisches Umfeld zurückzuführen. " [141] : iii

In einem Bericht aus dem Jahr 2012, der für die Generaldirektion Umwelt der Europäischen Union erstellt wurde, wurden potenzielle Risiken für den Menschen durch Luftverschmutzung und Grundwasserverschmutzung durch Hydrofracking ermittelt. [146] Dies führte 2014 zu einer Reihe von Empfehlungen, um diese Bedenken auszuräumen. [147] [148] In einem Leitfaden für pädiatrische Krankenschwestern in den USA aus dem Jahr 2012 wurde darauf hingewiesen, dass sich das Fracking von Hydraulik möglicherweise negativ auf die öffentliche Gesundheit auswirkt und dass pädiatrische Krankenschwestern darauf vorbereitet sein sollten, Informationen zu solchen Themen zu sammeln, um sich für eine verbesserte Gesundheit in der Gemeinde einzusetzen. [149]

Eine Studie aus dem Jahr 2017 in The American Economic Review ergab, dass "zusätzliche Bohrlöcher, die innerhalb eines Kilometers von einem kommunalen Wassersystem gebohrt werden, die mit Schiefergas verbundenen Verunreinigungen im Trinkwasser erhöhen". [150]

Vom US-Arbeitsministerium gesammelte und von den US- amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten analysierte Statistiken zeigen eine Korrelation zwischen der Bohraktivitäten und der Anzahl der Arbeitsunfälle im Zusammenhang mit Bohr- und Kraftfahrzeugunfällen, Explosionen, Stürzen und Bränden. [151] Extraktionsarbeiter sind auch gefährdet, Lungenerkrankungen wie Lungenkrebs und Silikose zu entwickeln (letztere aufgrund der Exposition gegenüber Quarzstaub, der beim Bohren von Gesteinen und beim Umgang mit Sand entsteht). [152] Das US-amerikanische National Institute for Occupational Safety and Health ( NIOSH ) identifizierte die Exposition gegenüber Kieselsäure in der Luft als Gesundheitsrisiko für Arbeitnehmer, die einige hydraulische Fracking-Operationen durchführen. [153]NIOSH und OSHA haben im Juni 2012 einen gemeinsamen Gefahrenalarm zu diesem Thema herausgegeben. [153]

Darüber hinaus besteht für die Belegschaft in der Extraktion ein erhöhtes Risiko für Strahlenexposition. Fracking-Aktivitäten erfordern häufig Bohrungen in Gestein, das natürlich vorkommendes radioaktives Material (NORM) wie Radon, Thorium und Uran enthält. [154] [155]

Ein anderer Bericht des Canadian Medical Journal berichtete, dass nach Recherchen 55 Faktoren identifiziert wurden, die Krebs verursachen können, darunter 20, von denen gezeigt wurde, dass sie das Risiko für Leukämie und Lymphom erhöhen. Die Analyse von Yale Public Health warnt davor, dass Millionen von Menschen, die innerhalb einer Meile von Fracking-Brunnen leben, diesen Chemikalien ausgesetzt gewesen sein könnten. [156]

Umweltauswirkungen [ Bearbeiten ]

Marsch für saubere Energie in Philadelphia
Klimastreik im September 2019 in Alice Springs, Australien

Zu den möglichen Umweltauswirkungen von Hydrofracking zählen Luftemissionen und Klimawandel, hoher Wasserverbrauch, Grundwasserverschmutzung, Landnutzung, Erdbebenrisiko, Lärmbelastung und gesundheitliche Auswirkungen auf den Menschen. [157] Luftemissionen sind hauptsächlich Methan, das aus Brunnen austritt, sowie industrielle Emissionen von Geräten, die im Extraktionsprozess verwendet werden. [146] Moderne Vorschriften in Großbritannien und der EU erfordern keine Methanemissionen, ein starkes Treibhausgas . [ Zitieren erforderlich ] Das Austreten von Methan ist in älteren Bohrlöchern ein größeres Problem als in solchen, die nach neueren EU-Rechtsvorschriften gebaut wurden. [146]

Beim hydraulischen Brechen werden zwischen 4.500 und 13.200 m 3 Wasser pro Brunnen zwischen 1,2 und 3,5 Millionen US-Gallonen verbraucht. Bei großen Projekten werden bis zu 19.000 m 3 (5 Millionen US-Gallonen) verbraucht . Zusätzliches Wasser wird verwendet, wenn Brunnen gebrochen werden. [71] [158] Ein durchschnittlicher Brunnen benötigt während seiner Lebensdauer 3 bis 8 Millionen US-Gallonen (11.000 bis 30.000 m 3 ) Wasser. [64] Nach Angaben des Oxford Institute for Energy Studies sind in Europa, wo die Schiefertiefen durchschnittlich 1,5-mal höher sind als in den USA, größere Mengen an Bruchflüssigkeiten erforderlich. [159] Oberflächenwasser kann durch Verschütten und unsachgemäß gebaute und gewartete Abfälle kontaminiert werden Gruben,[160] und Grundwasser können kontaminiert sein, wenn die Flüssigkeit aus der gebrochenen Formation entweichen kann (z. B. durch verlassene Brunnen, Brüche und Verwerfungen [161] ) oder durch produziertes Wasser (die zurückfließenden Flüssigkeiten, die ebenfalls gelöste enthalten) Bestandteile wie Mineralien und Salzwasser ). Die Möglichkeit einer Grundwasserkontamination durch Sole und das Austreten von Bruchflüssigkeit durch alte verlassene Brunnen ist gering. [162] [141] Das produzierte Wasser wird durch unterirdische Injektion , kommunale und gewerbliche Abwasserbehandlung verwaltetund Entladung, in sich geschlossene Systeme an Bohrlochstandorten oder -feldern und Recycling, um zukünftige Bohrlöcher zu brechen. [163] Typischerweise wird weniger als die Hälfte des zum Brechen der Formation verwendeten Wassers zurückgewonnen. [164]

Für Oberflächeninstallationen werden pro Bohrkissen etwa 3,6 Hektar Land benötigt . Die Konstruktion von Bohrlochkissen und Stützstrukturen fragmentiert Landschaften erheblich, was sich wahrscheinlich negativ auf die Tierwelt auswirkt. [165] Diese Standorte müssen nach Erschöpfung der Brunnen saniert werden. [146] Untersuchungen zeigen, dass die Auswirkungen auf die Kosten von Ökosystemdienstleistungen (dh die Prozesse, die die natürliche Welt für die Menschheit bereitstellt) in den USA über 250 Millionen USD pro Jahr erreicht haben. [166]Jedes Bohrlochkissen (durchschnittlich 10 Bohrlöcher pro Kissen) benötigt während des vorbereitenden und hydraulischen Fracking-Prozesses etwa 800 bis 2.500 Tage laute Aktivität, die sowohl die Bewohner als auch die lokale Tierwelt betrifft. Darüber hinaus wird durch den kontinuierlichen LKW-Verkehr (Sand usw.), der beim hydraulischen Brechen benötigt wird, Lärm erzeugt. [146] Es werden Untersuchungen durchgeführt, um festzustellen, ob die menschliche Gesundheit durch Luft- und Wasserverschmutzung beeinträchtigt wurde, und es sind strenge Sicherheitsverfahren und -vorschriften erforderlich, um Schäden zu vermeiden und das Risiko von Unfällen zu bewältigen, die Schäden verursachen könnten. [141]

Im Juli 2013 führte die US Federal Railroad Administration die Ölverschmutzung durch hydraulische Fracking-Chemikalien als "mögliche Ursache" für Korrosion in Öltankwagen an. [167]

Hydraulic Fracturing wurde manchmal mit induzierter Seismizität oder Erdbeben in Verbindung gebracht. [168] Das Ausmaß dieser Ereignisse ist normalerweise zu gering, um an der Oberfläche festgestellt zu werden, obwohl das Zittern, das der Flüssigkeitsinjektion in Entsorgungsbrunnen zugeschrieben wird, groß genug war, um häufig von Menschen gefühlt zu werden und Sachschäden und möglicherweise Verletzungen verursacht zu haben. [24] [169] [170] [171] [172] [173] Eine US-amerikanische geologische Untersuchung ergab, dass bis zu 7,9 Millionen Menschen in mehreren Bundesstaaten ein ähnliches Erdbebenrisiko wie in Kalifornien haben Hauptfaktor. [174]

Mikroseismische Ereignisse werden häufig verwendet, um die horizontale und vertikale Ausdehnung des Bruchs abzubilden. [85] Ein besseres Verständnis der Geologie des Gebiets, das frackiert und für Injektionsbohrungen verwendet wird, kann hilfreich sein, um das Potenzial für signifikante seismische Ereignisse zu verringern. [175]

Die Menschen beziehen Trinkwasser entweder aus Oberflächengewässern, zu denen Flüsse und Stauseen gehören, oder aus Grundwasserleitern, die über öffentliche oder private Brunnen zugänglich sind. Es gibt bereits zahlreiche dokumentierte Fälle, in denen das Grundwasser in der Nähe durch Fracking-Aktivitäten kontaminiert wurde, sodass Bewohner mit privaten Brunnen externe Wasserquellen zum Trinken und für den täglichen Gebrauch benötigen. [176] [177]

Trotz dieser gesundheitlichen Bedenken und Bemühungen, ein Moratorium für Fracking einzuführen, bis die Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit besser verstanden sind, sind die Vereinigten Staaten weiterhin stark auf Energie aus fossilen Brennstoffen angewiesen. Im Jahr 2017 stammen 37% des jährlichen US-Energieverbrauchs aus Erdöl, 29% aus Erdgas, 14% aus Kohle und 9% aus Kernkraftwerken, wobei nur 11% aus erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarenergie stammen. [178]

Vorschriften [ bearbeiten ]

Länder, die Hydraulic Fracturing einsetzen oder in Betracht ziehen, haben unterschiedliche Vorschriften eingeführt, darunter die Entwicklung von Bundes- und Regionalgesetzen sowie lokale Zoneneinschränkungen. [179] [180] Im Jahr 2011 verbot Frankreich nach öffentlichem Druck als erstes Land das Hydrofracking auf der Grundlage des Vorsorgeprinzips sowie des Prinzips der vorbeugenden und korrigierenden Maßnahmen gegen Umweltgefahren. [27] [28] [181] [182] Das Verbot wurde durch eine Entscheidung des Verfassungsrates vom Oktober 2013 bestätigt . [183] Einige andere Länder wie Schottland haben aufgrund von Bedenken hinsichtlich der öffentlichen Gesundheit und starker öffentlicher Opposition ein vorübergehendes Moratorium für die Praxis verhängt.[184] Länder wie England und Südafrika haben ihre Verbote aufgehoben und sich entschieden, sich auf Regulierung anstatt auf völliges Verbot zu konzentrieren. [185] [186] Deutschland hat Verordnungsentwürfe angekündigt, die die Verwendung von Hydraulic Fracturing für die Ausbeutung von Schiefergasvorkommen mit Ausnahme von Feuchtgebieten ermöglichen . [187] In China steht die Regulierung von Schiefergas immer noch vor Hürden, da sie komplexe Zusammenhänge mit anderen Regulierungssystemen, insbesondere dem Handel, aufweist. [188] Viele australische Bundesstaaten haben das Brechen von Kohlenwasserstoffen entweder dauerhaft oder vorübergehend verboten. [ Zitat erforderlich ] Im Jahr 2019 wurde das hydraulische Brechen in Großbritannien verboten. [189]

Die Europäische Union hat eine Empfehlung für Mindestgrundsätze für die Verwendung von hochvolumigem hydraulischem Brechen verabschiedet. [29] Das Regulierungssystem erfordert die vollständige Offenlegung aller Zusatzstoffe. [190] In den USA hat der Grundwasserschutzrat FracFocus.org ins Leben gerufen, eine Online-Datenbank zur freiwilligen Offenlegung von Hydrofracking-Flüssigkeiten, die von Öl- und Gashandelsgruppen und dem US-Energieministerium finanziert wird. [191] [192] Hydraulic Fracturing ist von der Regelung des Gesetzes über unterirdische Einspritzsteuerung des Safe Drinking Water Act ausgenommen, außer wenn Dieselkraftstoff verwendet wird. Die EPA gewährleistet die Überwachung der Erteilung von Bohrgenehmigungen bei Verwendung von Dieselkraftstoff. [193]

Im Jahr 2012 war Vermont der erste Staat in den USA, der das hydraulische Brechen verbot. Am 17. Dezember 2014 erließ New York als zweiter Staat ein vollständiges Verbot von Hydraulikbrüchen aufgrund potenzieller Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. [194] [195] [196]

Siehe auch [ Bearbeiten ]

  • Dayne Pratzky
  • Richtungsbohren
  • Drew Hutton
  • Umweltbedenken bei der Stromerzeugung
  • Umweltauswirkungen von Hydraulic Fracturing
  • Umweltauswirkungen von Erdöl
  • Umweltauswirkungen der Ölschieferindustrie
  • Frackman
  • Hydraulic Fracturing nach Ländern
  • Hydraulic Fracturing in den Vereinigten Staaten
  • Hydraulic Fracturing im Vereinigten Königreich
  • In-situ-Auslaugung
  • Gestrandeter Vermögenswert
  • Schieferölgewinnung

Referenzen [ bearbeiten ]

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