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 ノースダコタ州のバッケン層の水圧破砕 | |
| プロセスタイプ | 機械 |
|---|---|
| 産業部門 | 鉱業 |
| 主な技術またはサブプロセス | 流体圧力 |
| 製品） | 天然ガス、石油 |
| 発明家 | フロイド・ファリス、ジョセフ・B・クラーク（スタノリンド石油ガス株式会社） |
| 発明年 | 1947 |
フラッキング（水圧破砕、 フラシング、ハイドロフラクチャリング、ハイドロフラッキングとも呼ばれる）は、加圧された液体で岩盤の層を破砕する坑井刺激技術である。このプロセスでは、坑井に「フラッキング流体」（主に水で、砂または増粘剤の助けを借りて懸濁した他のプロパントを含む）を高圧で注入し、深部の岩盤に亀裂を作り、その亀裂を通って天然ガス、石油、および塩水がより自由に流れるようにする。坑井から水圧が取り除かれると、水圧破砕プロパント（砂または酸化アルミニウム）の小さな粒子が亀裂を開いたままにする。[1]
水圧破砕は1947年に実験として始まり、[2] 1949年に初めて商業的に成功した。2012年現在、世界中で250万件の「フラッキングジョブ」が石油・ガス井で実施されており、そのうち100万件以上が米国内で行われている[3] [4]このような処理は、シェールガス、タイトガス、タイトオイル、炭層ガス井で適切な流量を達成するために一般的に必要である。 [5]一部の水圧破砕は、特定の鉱脈または岩脈で自然に形成されることがある。[6]掘削と水圧破砕により、米国は2019年現在、主要な原油輸出国となっているが[7]、強力な温室効果ガスであるメタンの漏出が劇的に増加している。[8] [9] 10年にわたるフラッキングブームによる石油・ガス生産の増加により、消費者にとっての価格が下がり、エネルギー支出に充てられる世帯収入の割合が過去最低に近づいている。[10] [11]
水圧破砕法は大きな議論を呼んでいる。[12]水圧破砕法の推進派は、より広範囲に利用できる炭化水素（石油や天然ガスなど ）の経済的利点、[13] [14]よりクリーンに燃焼し二酸化炭素（CO2 ）の排出が少ない天然ガスで石炭を置き換える利点、 [15] [16]エネルギー自立の利点を強調している。[17]水圧破砕法に反対する派は、地下水や表層水の汚染、[18]騒音や大気汚染、地震の誘発、そしてその結果生じる公衆衛生や環境への危険など、環境への影響の方がこれらの利点を上回っていると主張している。[19] [20]研究では、水圧破砕現場の近くに住む人々の健康に悪影響があることが判明しており、[21] [22]妊娠や出産への影響、片頭痛、慢性副鼻腔炎、重度の疲労、喘息の悪化、精神的ストレスなど、化学的、物理的、心理社会的危険が確認されています。 [23]さらなる悪影響を避けるためには、規制と安全手順を遵守する必要があります。[24]
水圧破砕に伴うメタン漏出の規模は不明であり、漏出によって天然ガスが他の化石燃料に比べて温室効果ガス排出面で有利であるという利点が打ち消される可能性があるという証拠もある。[25] [26]
休眠断層やこれまで知られていなかった断層に沿った水圧破砕後の地震活動の増加は、水圧破砕フローバック（水圧破砕井戸の副産物）[27]や生成された地層塩水（破砕された油井と破砕されていない油井の両方の副産物）[28]の深部注入処分によって引き起こされることがあります。これらの理由から、水圧破砕は国際的な監視下にあり、一部の国では制限され、他の国では完全に禁止されています。[29] [30] [31]欧州連合は、水圧破砕の制御された適用を許可する規制を起草しています。[32]
地質学
力学
深部で岩石を破砕すると、その上にある岩石層の重量と岩石層のセメント化による圧力で抑制されることが多い。この抑制プロセスは、この圧力に抗して亀裂の壁を動かす必要がある「引張」（モード 1 ）亀裂で特に顕著である。有効応力が岩石内の流体の圧力に打ち勝ったときに亀裂が発生する。最小主応力は引張となり、材料の引張強度を超える。 [33] [34]このように形成された亀裂は、通常、最小主応力に垂直な平面に配向されるため、坑井内の水圧破砕を使用して応力の方向を判定することができる。[35]岩脈や鉱脈で満たされた亀裂などの自然の例では、方向を使用して過去の応力状態を推測することができる。[36]
静脈
ほとんどの鉱脈系は、比較的高い間隙水圧の期間に繰り返される自然破砕の結果である。高い間隙水圧が鉱脈系の形成過程に与える影響は、特に「クラックシール」鉱脈で顕著である。この鉱脈系では、鉱脈物質は一連の個別の破砕イベントの一部であり、そのたびに余分な鉱脈物質が堆積する。[37]長期にわたる繰り返される自然破砕の一例は、地震活動の影響である。応力レベルは断続的に上昇したり下降したりし、地震により大量の水が流体で満たされた亀裂から排出される可能性がある。このプロセスは「地震ポンピング」と呼ばれる。[38]
堤防
岩脈などの地殻上部の小さな貫入は、流体で満たされた亀裂の形で広がります。このような場合、流体はマグマです。水分を多く含む堆積岩では、亀裂の先端の流体は蒸気になります。[39]
歴史
先駆者
浅い硬岩の油井を刺激する方法としての破砕は、1860年代に遡る。石油含有層からの石油と天然ガスの生産を増やすために、ダイナマイトまたはニトログリセリンの爆発が使用された。1865年4月24日、南北戦争の退役軍人であるエドワード・AL・ロバーツ大佐は、「爆発魚雷」の特許を取得した。 [40]これは、ペンシルバニア州、ニューヨーク州、ケンタッキー州、ウェストバージニア州で、液体のニトログリセリン、後には固体のニトログリセリンを使用して使用された。さらに後に、同じ方法が水井戸とガス井戸に適用された。爆発性流体の代わりに酸で油井を刺激する方法は、1930年代に導入された。酸エッチングにより、亀裂が完全に閉じず、生産性がさらに向上した。[41]
20世紀の応用
ハロルド・ハム、オーブリー・マクレンドン、トム・ワード、ジョージ・P・ミッチェルは、それぞれ水圧破砕の実用化に向けた革新の先駆者と考えられている。[42] [43]
石油・ガス井
坑井の性能と処理圧力の関係は、スタノリンド石油ガス会社のフロイド・ファリスによって研究された。この研究は、1947年にカンザス州南西部のグラント郡にあるヒューゴトン・ガス田でスタノリンド社によって実施された初の水圧破砕実験の基礎となった。 [5] [44]坑井の処理には、ゲル化したガソリン（基本的にはナパーム弾）1,000米ガロン（3,800リットル、830英ガロン）とアーカンソー川の砂が、2,400フィート（730メートル）のガス生産石灰岩層に注入された。坑井からの供給能力に目立った変化がなかったため、実験はあまり成功しなかった。このプロセスは、1948年にスタノリンド社のJBクラークによって論文として発表された。このプロセスの特許は1949年に発行され、ハリバートン油井セメント会社に独占的ライセンスが付与された。 1949年3月17日、ハリバートンはオクラホマ州スティーブンス郡とテキサス州アーチャー郡で最初の2つの商業用水圧破砕処理を実施しました。[44]それ以来、水圧破砕はさまざまな地質学的領域で約100万の石油およびガス井の掘削に使用され、良好な結果を収めています。 [45]
低透水性地層で使用される大規模な水圧破砕とは対照的に、高透水性地層では、岩石と掘削孔の境界面に形成されることがある低透水性領域である「スキンダメージ」を修復するために、小規模な水圧破砕処理が一般的に使用されています。このような場合、破砕は掘削孔からわずか数フィートの範囲にまで及ぶことがあります。[46]
ソ連では、1952年に最初の水圧プロパント破砕法が行われた。その後、ノルウェー、ポーランド、チェコスロバキア（1989年以前）、ユーゴスラビア（1991年以前）、ハンガリー、オーストリア、フランス、イタリア、ブルガリア、ルーマニア、トルコ、チュニジア、アルジェリアなど、ヨーロッパや北アフリカの他の国々でも水圧破砕法が採用された。[47]
大規模な破砕
大規模水圧破砕法（高容量水圧破砕法とも呼ばれる）は、 1968年に米国オクラホマ州スティーブンス郡でパンアメリカン石油が初めて適用した技術である。大規模水圧破砕法の定義は様々であるが、一般的には150ショートトン、または約30万ポンド（136メートルトン）を超えるプロパントを注入する処理を指す。[48]
アメリカの地質学者たちは、ガスを経済的に回収するには浸透率が低すぎる（一般に0.1ミリダルシー未満）ガス飽和砂岩が大量に存在することに徐々に気づき始めた。 [48] 1973年以降、サンファン盆地、デンバー盆地[49]、ピセアンス盆地[50]、グリーンリバー盆地、および米国西部のその他の硬岩層の何千ものガス井で大規模な水圧破砕法が使用された。大規模な水圧破砕法によって経済的に採算が取れた米国のその他の堅い砂岩の井には、クリントン・メディナ砂岩（オハイオ州、ペンシルベニア州、ニューヨーク州）とコットンバレー砂岩（テキサス州、ルイジアナ州）があった。[48]
1970年代後半には、カナダ西部、ロートリーゲント、ドイツの石炭紀のガス含有砂岩、オランダ（陸上および沖合のガス田）、そして北海のイギリスに大規模な水圧破砕法が急速に広まりました。[47]
水平方向の石油・ガス井は1980年代後半まで珍しいものでした。その後、テキサス州の事業者はオースティンチョーク層で水平方向に掘削し、大規模なスリックウォーター水圧破砕処理を坑井に施すことで、何千もの油井を完成させました。水平方向の井戸は、タイトチョーク層から石油を生産するのに垂直方向の井戸よりもはるかに効果的であることが判明しました。 [51]堆積層は通常ほぼ水平であるため、水平方向の井戸はターゲット層との接触面積がはるかに大きくなります。[52]
水圧破砕法は、技術の進歩と天然ガス価格の上昇によりこの技術が経済的に実行可能となった1990年代半ば以降、飛躍的に増加しました。[53]
頁岩
シェール層の水圧破砕は、少なくとも1965年にまで遡ります。当時、ケンタッキー州東部とウェストバージニア州南部のビッグサンディガス田の事業者が、比較的小規模なフラッキングを使用してオハイオシェール層とクリーブランドシェール層の水圧破砕を開始しました。フラッキング作業は、特に産出量の少ない井戸からの生産量を増加させました。[54]
1976年、米国政府は数多くの官民共同の水圧破砕実証プロジェクトを含む東部ガスシェールプロジェクトを開始した。[55]同じ時期に、ガス産業研究コンソーシアムであるガス研究所は、連邦エネルギー規制委員会から研究と資金提供の承認を受けた。[56]
1997年、ミッチェル・エナジー（現在はデボン・エナジーの一部門）のエンジニア、ニック・スタインズバーガーは、東テキサスで北テキサスのバーネット・シェールに使用されていた従来の破砕技術よりも多くの水と高いポンプ圧力を使用するスリックウォーター・フラクチャリング技術を適用した。[52] 1998年、SHグリフィンNo.3と呼ばれる井戸からの最初の90日間のガス生産量が同社の以前のどの井戸の生産量よりも多くなり、新しい技術が成功したことが証明された。[57] [58]この新しい仕上げ技術により、バーネット・シェールでのガス抽出が大幅に経済的になり、後にイーグルフォードやバッケン・シェールを含む他のシェールにも適用された。[59] [60] [61] ジョージ・P・ミッチェルは、シェールへの適用に尽力したため、「フラッキングの父」と呼ばれている。[62]バーネットシェール層の最初の水平井は1991年に掘削されましたが、バーネット層の垂直井から経済的にガスを抽出できることが実証されるまで、バーネット層では広く行われていませんでした。[52]
2013年現在、米国、カナダ、中国のシェール層では大規模な水圧破砕法が商業規模で利用されている。さらにいくつかの国でも水圧破砕法の利用が計画されている。[63] [64] [65]
プロセス
米国環境保護庁（EPA）によると、水圧破砕法は天然ガス、石油、地熱井を刺激して抽出を最大化するプロセスです。EPAは、このプロセスを、水源の取得、井戸の建設、井戸の刺激、廃棄物の処分を含む広範なプロセスとして定義しています。[66]
方法
水圧破砕は、目標深度（坑井ケーシングの穿孔位置によって決まる）での圧力が岩石の破砕勾配（圧力勾配）を超えるのに十分な速度で、破砕液を坑井に注入することによって形成される。 [67]破砕勾配は、密度に対する深さ単位あたりの圧力増加として定義され、通常、平方インチあたりポンド、フィートあたり（psi/ft）で測定される。岩石が割れ、破砕液が岩石に浸透して、亀裂がさらに広がり、さらに広がる。亀裂は、坑井からの距離に比例する摩擦損失率で圧力が低下するにつれて局所化される。オペレーターは通常、注入された流体にプロパント（砂粒、セラミック、その他の微粒子などの材料）を導入して「亀裂幅」を維持しようと、または処理後の減少を遅らせようとし、注入が停止され圧力が除去されたときに亀裂が閉じないようにする。プロパントの強度とプロパントの破損防止の考慮は、圧力と亀裂への応力がより高い深度ではより重要になります。プロパント亀裂は、ガス、石油、塩水、水圧破砕流体が井戸に流れるのに十分な透過性があります。[67]
このプロセスでは、破砕流体の漏出（破砕流体が破砕溝から周囲の透水性岩石に漏れること）が発生します。制御されない場合、注入量の70％を超える可能性があります。これにより、地層マトリックスの損傷、地層流体の悪影響、破砕形状の変化が発生し、効率が低下する可能性があります。[68]
掘削孔の長さに沿った1つまたは複数の亀裂の位置は、掘削孔の側面に穴を開けたり密閉したりするさまざまな方法によって厳密に制御されます。水圧破砕はケーシングされた掘削孔で行われ、破砕する領域には、その場所でケーシングを穿孔することによってアクセスします。 [69]
石油や天然ガス田で使用される水圧破砕装置は、通常、スラリーブレンダー、1台以上の高圧大容量破砕ポンプ（通常は強力な3連式または5連式ポンプ）、および監視ユニットで構成されています。関連装置には、破砕タンク、プロパントの保管および取り扱い用の1台以上のユニット、高圧処理鉄[説明が必要]、化学添加物ユニット（化学物質の添加を正確に監視するために使用）、フラッキングホース（低圧フレキシブルホース）、および流量、流体密度、および処理圧力を測定するための多くのゲージとメーターが含まれます。[70]化学添加物は通常、総流体量の0.5％です。破砕装置は、さまざまな圧力と注入速度で動作し、最大100メガパスカル（15,000 psi）、265リットル/秒（9.4立方フィート/秒、133米バレル/分）に達することができます。[71]
井戸の種類
従来の低容量水圧破砕法は単一の井戸の高浸透性貯留層を刺激するために使用されるが、非従来型の大容量水圧破砕法はタイトガス井やシェールガス井の完成に使用される。大容量水圧破砕法では、通常、低容量破砕法よりも高い圧力が必要となる。高圧は、掘削孔からより遠くまで広がる大量の流体とプロパントを押し出すために必要となる。[72]
水平掘削では、抽出する物質を含む岩層と平行に伸びる「ラテラル」として完成したターミナル掘削孔を備えた坑井を使用します。たとえば、ラテラルは、テキサス州のバーネット シェール盆地では 1,500 ～ 5,000 フィート (460 ～ 1,520 m)、ノース ダコタ州のバッケン層では最大 10,000 フィート (3,000 m)伸びます。これに対し、垂直掘削では、通常 50 ～ 300 フィート (15 ～ 91 m) の岩層の厚さのみにアクセスします。水平掘削では、同じ量の岩石にアクセスするために必要な掘削井戸の数が少なくなるため、地表の破壊が少なくなります。
掘削により坑井壁の空隙が塞がれることが多く、坑井付近の透水性が低下します。これにより周囲の岩石層から坑井への流入が減少し、坑井が周囲の岩石から部分的に遮断されます。低容量の水圧破砕法によって透水性を回復することができます。[73]
破砕流体
フラクチャリング流体の主な目的は、亀裂を広げ、潤滑性を加え、ゲルの強度を変え、プロパントを地層に運ぶことである。流体でプロパントを輸送する方法には、高速と高粘度の2つがある。高粘度のフラクチャリングでは大きな支配的な亀裂が生じる傾向があり、高速（スリックウォーター）のフラクチャリングでは小さな広がったマイクロフラクチャが生じる。[74]
水溶性ゲル化剤（グアーガムなど）は粘度を高め、プロパントを効率的に地層に送り込みます。[75]
流体は通常、水、プロパント、化学添加物のスラリーです。[76]さらに、ゲル、泡、窒素、二酸化炭素、空気などの圧縮ガスを注入することもできます。通常、流体の90％は水で、9.5％は砂で、化学添加物は0.5％程度です。[ 67] [77] [78]しかし、液化石油ガス（LPG）とプロパンを使用した破砕流体が開発されています。このプロセスはウォーターレス破砕と呼ばれています。[79]
プロパンは使用されると高圧と高温によって蒸気に変わります。プロパン蒸気と天然ガスは両方とも地表に戻り、回収できるため、再利用や再販が容易になります。使用された化学物質は地表に戻りません。プロセスで使用されたプロパンのみが戻ります。[ 80 ]
プロパントは、破砕処理後に形成された亀裂が閉じるのを防ぐ粒状の物質です。プロパントの種類には、シリカ砂、樹脂コーティング砂、ボーキサイト、人工セラミックなどがあります。プロパントの選択は、必要な浸透性または粒子の強度によって異なります。圧力が天然シリカ砂の粒子を粉砕するのに十分な大きさである地層では、ボーキサイトやセラミックなどのより強度の高いプロパントが使用される場合があります。最も一般的に使用されるプロパントはシリカ砂ですが、セラミックプロパントなどの均一なサイズと形状のプロパントの方が効果的であると考えられています。[81]
破砕流体は、希望する破砕タイプ、破砕する特定の井戸の状態、および水の特性に応じて異なります。流体は、ゲル、泡、またはスリックウォーターベースにすることができます。流体の選択にはトレードオフがあります。ゲルなどの粘性の高い流体は、プロパントを懸濁状態に保つのに優れています。一方、スリックウォーターなどの粘性が低く摩擦の少ない流体は、流体をより高速でポンプで送り込むことができるため、坑井からさらに離れた場所で破砕を作成できます。流体の重要な材料特性には、粘度、pH、さまざまなレオロジー要因などがあります。
水は砂と化学物質と混合され、水圧破砕液を作ります。1回の破砕で約40,000ガロンの化学物質が使用されます。[84] 典型的な破砕処理では、3〜12種類の添加化学物質が使用されます。[67]非従来型の破砕液もあるかもしれませんが、典型的な化学添加物には、次の1つ以上が含まれます。
- 酸-塩酸または酢酸は、掘削前の段階で掘削孔を洗浄し、坑井付近の岩石に亀裂を生じさせるために使用されます。[78]
- 塩化ナトリウム（塩）—ゲルポリマー鎖の分解を遅らせる。[78]
- ポリアクリルアミドやその他の摩擦低減剤は、流体の流れの乱流とパイプの摩擦を低減し、表面に大きな圧力をかけずにポンプがより高い速度で汲み上げることを可能にします。[78]
- エチレングリコール-パイプ内のスケール堆積物の形成を防ぎます。 [78]
- ホウ酸塩- 温度上昇中に流体の粘度を維持するために使用されます。[78]
- 炭酸ナトリウムと炭酸カリウム -架橋剤の効果を維持するために使用される。[78]
- グルタルアルデヒド-微生物の活動によるパイプの腐食を防ぐ殺生物剤。[85]
- グアーガムやその他の水溶性ゲル化剤は、破砕液の粘度を高め、より効率的にプロパントを地層に送り込みます。[75] [78]
- クエン酸—腐食防止に使用されます。
- イソプロパノール- 化学物質が凍結しないように冬季保管するために使用される。[78]
2005年から2009年にかけて米国で水圧破砕に最も多く使用された化学物質はメタノールであり、その他の最も広く使用された化学物質にはイソプロピルアルコール、2-ブトキシエタノール、エチレングリコールなどがあった。[86]
代表的な流体の種類は次のとおりです。
- 従来の線状ゲル。これらのゲルは、セルロース誘導体（カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース）、グアーまたはその誘導体（ヒドロキシプロピルグアー、カルボキシメチルヒドロキシプロピルグアー）を他の化学物質と混合したものです。[説明が必要]
- ホウ酸塩架橋流体。これらは、ホウ素イオン（ホウ砂/ホウ酸水溶液由来）で架橋されたグアーベースの流体です。これらのゲルは pH 9 以上で粘度が高くなり、プロパントを運ぶために使用されます。破砕作業後、pH は 3～4 に下げられ、架橋が破壊され、ゲルの粘性が低くなり、ポンプで排出できるようになります。
- 有機金属架橋流体（ジルコニウム、クロム、アンチモン、チタン塩）は、グアーベースのゲルを架橋することが知られています。架橋メカニズムは可逆的ではないため、プロパントが架橋ゲルとともにポンプで送り込まれると、破砕部分は完了します。ゲルは適切なブレーカーで分解されます。[説明が必要] [75]
- リン酸アルミニウムエステル油ゲル。リン酸アルミニウムとエステル油をスラリー化して架橋ゲルを形成します。これは、最初に知られたゲル化システムの 1 つです。
スリックウォーター流体の場合、スイープの使用が一般的です。スイープはプロパント濃度の一時的な低下であり、坑井がプロパントで圧倒されないようにするのに役立ちます。[87]破砕プロセスが進むにつれて、ゲル化剤を不活性化して逆流を促進するために、酸化剤や酵素ブレーカーなどの粘度低下剤が破砕流体に追加されることがあります。[75]このような酸化剤はゲルと反応してゲルを分解し、流体の粘度を低下させて、プロパントが地層から引き出されないようにします。酵素はゲルを分解する触媒として機能します。多くの場合、粘性を維持するために pH 緩衝システムが必要になるため、水圧破砕作業の最後に架橋を分解するためにpH 調整剤が使用されることがあります。 [87]作業の最後に、坑井は通常、加圧水で洗い流されます（摩擦を減らす化学物質と混合されることもあります）。注入された流体の一部（すべてではありません）が回収されます。この流体は、地下注入制御、処理、排出、リサイクル、ピットやコンテナでの一時保管など、いくつかの方法で管理されています。廃水をより適切に処理し、再利用性を向上させるための新しい技術が継続的に開発されています。[67]
骨折モニタリング
水圧破砕の成長中の圧力と速度の測定は、流体の特性と井戸に注入されるプロパントに関する知識に基づいて、水圧破砕処理を監視する最も一般的で簡単な方法です。このデータと地下の地質に関する知識を組み合わせることで、プロップされた破砕片の長さ、幅、導電率などの情報をモデル化することができます。[67]
放射性核種のモニタリング
フラクチャリング流体とともに放射性トレーサーを注入して、注入プロファイルと作成されたフラクチャの位置を決定することがあります。 [88]放射性 トレーサーは、放射線を容易に検出でき、適切な化学的性質を持ち、初期汚染と残留汚染を最小限に抑える半減期と毒性レベルを持つように選択されます。[89]ガラス（砂）や樹脂ビーズに化学的に結合した放射性同位元素を注入して、フラクチャを追跡することもできます。[90]たとえば、10 GBq の Ag-110mm でコーティングしたプラスチックペレットをプロパントに追加したり、砂を Ir-192 でラベル付けして、プロパントの進行状況を監視したりできます。[89] Tc-99m や I-131 などの放射性トレーサーも流量の測定に使用されます。[89]原子力規制委員会は、トレーサーとして使用できる固体、液体、気体の放射性物質を幅広く列挙し、各放射性核種の注入ごとおよびウェルごとに使用できる量を制限したガイドラインを発表している。[90]
井戸監視の新しい技術には、ケーシングの外側に光ファイバー ケーブルを敷設するものがあります。光ファイバーを使用すると、井戸の掘削や汲み上げ中でも、井戸の 1 フィートごとに温度を測定できます。井戸の温度を監視することで、エンジニアは、水圧破砕作業中や井戸の生産中に、井戸のさまざまな部分で水圧破砕液がどれだけ使用されているか、また、天然ガスや石油がどれだけ収集されているかを判断することができます。[引用が必要]
微小地震モニタリング
より高度な用途では、微小地震モニタリングは、誘発された亀裂のサイズと方向を推定するために使用されることがあります。微小地震活動は、近くの坑井に地震計アレイを配置して測定されます。成長する亀裂に関連する小さな地震イベントの位置をマッピングすることで、亀裂のおおよその形状を推測できます。地表または坑井の下に配置された傾斜計アレイは、ひずみを監視するための別の技術を提供します[91]
微小地震マッピングは、地球物理学的には地震学と非常によく似ている。地震学では、地表上または地表近くに散在する地震計が、地震発生時に放出されるS波とP波を記録する。これにより、断層面に沿った動き[説明が必要]を推定し、地球の地下における断層の位置をマッピングすることができる。水圧破砕では、正味破砕圧力に比例した地層応力の増加と、漏出による間隙水圧の増加が発生する[説明が必要] 。 [92]引張応力が亀裂の先端より先に発生し、大きなせん断応力が発生する。間隙水圧と地層応力の増加が組み合わさって、天然亀裂、節理、層状面など、水圧破砕付近の弱点に影響を与える。[93]
異なる方法には、異なる位置誤差[明確化が必要]と利点があります。微小地震イベント マッピングの精度は、信号対雑音比とセンサーの分布に依存します。地震インバージョンによって特定されるイベントの精度は、監視対象のボーリング孔から複数の方位にセンサーを配置することで向上します。ダウンホール アレイ位置では、監視対象のボーリング孔に近づくことでイベントの精度が向上します (信号対雑音比が高い)。
貯留層[要説明]刺激によって引き起こされる微小地震イベントのモニタリングは、水圧破砕の評価とその最適化における重要な側面となっている。水圧破砕モニタリングの主な目的は、誘発された破砕構造と地層内の導電率の分布を完全に特徴付けることである。地層の材料特性、現場条件、形状の理解などの地質力学的分析は、破砕ネットワークが伝播する環境をより適切に定義することでモニタリングに役立つ。[94]次のタスクは、破砕内のプロパントの位置と破砕導電率の分布を知ることである。これは複数の種類の技術を使用してモニタリングすることができ、最終的に井戸のパフォーマンスを正確に予測する貯留層モデルを開発することができる。
水平補完
2000 年代初頭以来、掘削および仕上げ技術の進歩により、水平井ははるかに経済的になりました。水平井は、従来の垂直井よりも地層への露出がはるかに大きくなります。これは、垂直井で経済的に生産するには浸透性が不十分なシェール層で特に役立ちます。陸上で掘削されるこのような井は、現在、特に北米では通常、複数の段階で水圧破砕されます。地層が何回破砕されるか、水平セクションのどの場所で破砕されるかは、井の仕上げの種類によって決まります。[95]
北米では、バッケン、バーネット、モントニー、ヘインズビル、マーセラス、そして最近ではイーグルフォード、ニオブララ、ユティカなどのシェール層が、生産区間にわたって水平に掘削され、完成され、破砕されている。[要出典]坑井に沿って破砕を配置する方法は、一般的に「プラグアンドパーフ」と「スライディングスリーブ」と呼ばれる2つの方法のいずれかによって達成される。[96]
プラグアンドパーフ作業用の坑井は、通常、掘削された穴に設置されたセメント固定または非セメント固定の標準鋼製ケーシングで構成されています。掘削リグが取り外されると、ワイヤーライントラックを使用して坑井の底近くを穿孔し、破砕液をポンプで送り込みます。次に、ワイヤーライントラックは坑井にプラグを設置してそのセクションを一時的に密閉し、坑井の次のセクションを処理できるようにします。別の段階でポンプで送り込み、このプロセスを坑井の水平方向に沿って繰り返します。[97]
スライディング スリーブ[要説明]技術の坑井は、設置時に鋼製ケーシング内に一定の間隔でスライディング スリーブが組み込まれるという点で異なります。スライディング スリーブは通常、この時点ではすべて閉じられています。坑井を破砕する予定の場合は、いくつかの活性化技術[要引用]のいずれかを使用して下部のスライディング スリーブが開かれ、最初のステージがポンプで汲み上げられます。終了すると、次のスリーブが開かれ、同時に前のステージが隔離され、プロセスが繰り返されます。スライディング スリーブ方式では、通常、ワイヤラインは必要ありません。[要引用]
これらの仕上げ技術により、必要に応じて1つの井戸の水平部分に30段以上のポンプを注入することが可能になり、これは、露出した生産ゾーンのフィート数がはるかに少ない垂直井戸に通常注入される量よりもはるかに多い。[98]
用途
水圧破砕法は、地下の天然貯留層から石油や天然ガスなどの物質を回収する速度を上げるために使用されます。貯留層は、通常、多孔質の砂岩、石灰岩、またはドロマイト岩ですが、頁岩や石炭層などの「非在来型貯留層」も含まれます。水圧破砕法では、地球表面下の深い岩層（通常 2,000～6,000 m (5,000～20,000 フィート)）から天然ガスや石油を抽出できます。これは、一般的な地下水貯留層レベルよりはるかに低いものです。このような深さでは、天然ガスや石油が岩から坑井に流れ込み、高い経済的利益を得るには、浸透性や貯留層圧力が不十分な場合があります。したがって、岩に導電性の亀裂を作成することは、本来は浸透しない頁岩貯留層からの抽出に役立ちます。浸透性は、マイクロダルシーからナノダルシーの範囲で測定されます。[99]亀裂は、より大きな容積の貯留層を井戸につなぐ伝導経路です。いわゆる「スーパーフラッキング」は、岩石層のより深いところに亀裂を作り、より多くの石油とガスを放出し、効率を高めます。[100]典型的なシェールボーリングの生産量は、通常、最初の1、2年後には減少しますが、井戸のピーク生産寿命は数十年に延長できます。[101]
石油・ガス以外の用途
水圧破砕法の主な産業用途は石油やガスの井戸からの生産を促進することですが、[102] [103] [104]水圧破砕法は次のような用途にも応用されています。
- 地下水井戸を刺激するため[105]
- 採掘における岩盤陥没を誘発または準備するため[106]
- 廃棄物の修復を強化する手段として、通常は炭化水素廃棄物または流出物[107]
- 廃棄物を岩石深部に注入して処分する[108]
- 地球の応力を測定するため[109]
- 強化地熱発電システムにおける発電用[110]
- CO2の地中隔離のための注入率を高めるため[111]
- 電気エネルギーを貯蔵するために揚水発電[112]
1970年代後半以降、米国、オーストラリア、南アフリカを含む多くの国では、井戸からの飲料水の採取量を増やすために水圧破砕法が使用されている場合がある。[113] [114] [115]
経済効果
水圧破砕法は、非在来型の石油および非在来型のガス資源を抽出するための重要な方法の 1 つと見なされてきました。国際エネルギー機関によると、技術的に回収可能なシェールガスの残存資源は 208 兆立方メートル (7,300 兆立方フィート)、タイトガスは 76 兆立方メートル (2,700 兆立方フィート)、炭層メタンは47 兆立方メートル (1,700 兆立方フィート) と推定されています。一般に、これらの資源の層は、従来のガス層よりも浸透性が低くなります。したがって、層の地質学的特性に応じて、水圧破砕法などの特定の技術が必要になります。これらの資源を抽出するには、従来の掘削や水平掘削など、他の方法もありますが、水圧破砕法は、抽出を経済的に実行可能にする重要な方法の 1 つです。多段階破砕技術は、米国におけるシェールガスと軽質タイトオイルの生産開発を促進しており、非在来型炭化水素資源を有する他の国々でも同様の効果があると考えられている。[13]
大多数の研究は、米国における水圧破砕がこれまで大きな経済的利益をもたらしてきたことを示している。[要出典]ブルッキングス研究所は、シェールガスだけでも年間480億ドルの純経済的利益をもたらしたと推定している。この利益のほとんどは、天然ガス価格の大幅な低下により、消費者部門と産業部門で生じている。[116]他の研究では、経済的利益よりも外部性が勝っており、炭素と水の消費量が少ない電源からの均等化発電原価（LCOE）は低いことが示唆されている。[117]
水圧破砕法の主な利点は、天然ガスと石油の輸入を相殺することであり、そうでなければ生産者に支払われるコストは国内経済から排出される。[118]しかし、シェールオイルとガスは米国で多額の補助金が出ており、まだ生産コストをカバーしていない[119] - つまり、水圧破砕法のコストは所得税で支払われ、多くの場合、ポンプで支払うコストの2倍にもなる。[120]
研究によると、水圧破砕井戸は井戸の周辺地域の農業生産性に悪影響を及ぼすことが示唆されている。[121]ある論文では、「農業が活発な時期に生産地の町から半径11～20km以内で井戸を掘ると、灌漑作物の生産性が5.7%低下する。この影響は町と井戸の距離が離れるほど小さくなり、弱くなる」と報告されている。[121]この調査結果によると、アルバータ州に水圧破砕井戸を導入したことで、作物の生産性が低下したため、2014年に州は1,480万ドルの損失を被った。[121]
米国エネルギー省エネルギー情報局は、2035年までに米国のガス供給の45％がシェールガスから供給されると予測している（その大部分は温室効果ガス排出量が少ない従来のガスに取って代わる）。[122]
公開討論
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政治と公共政策
大衆運動と市民社会組織
反フラッキング運動は、国際環境団体やフランスなどの国の関与により国際的にも、また、 2013年半ばに掘削抗議が行われたサセックス州バルコムなどの影響を受けた地域でも起きている。 [123]米国の地方タウンシップにおける水圧破砕活動に対する大きな反対により、企業は心理戦訓練を受けた元軍人の雇用など、国民を安心させるためのさまざまな広報手段を採用するに至った。レンジ・リソーシズの広報部長マット・ピツァレラ氏によると、中東で訓練を受けた従業員は、感情的なタウンシップ会議への対応や、水圧破砕を扱うゾーニングや地方条例についてタウンシップに助言する際に、ペンシルバニア州のレンジ・リソーシズにとって貴重な存在となっているという。[124] [125]
水圧破砕法に対する抗議は数多く行われている。例えば、2013年にオハイオ州ニューマタモラス近郊で行われた水圧破砕法反対の抗議活動で、開発区域に不法侵入し掘削装置にしがみついたとして10人が逮捕された。[126]ペンシルベニア州北西部では、油井現場で車から銃撃があり、掘削装置に向かって小口径ライフル銃で2発発砲した。[127]ペンシルベニア州ワシントン郡では、ガスパイプライン工事中の請負業者が、パイプライン建設予定地に設置されていたパイプ爆弾を発見した。地元当局は、発見して爆発させなければ「大惨事」を引き起こしていただろうと述べた。[128]
米国政府と企業のロビー活動
米国務省は、世界各国の政府に大手石油・ガス会社に水圧破砕事業の設置許可を与えるよう説得するため、世界シェールガス・イニシアチブを設立した。米国の外交電報が漏洩した文書によると、このプロジェクトの一環として、米国当局は外国政府関係者向けの会議を開催し、大手石油・ガス会社の代表者や、自国領土での水圧破砕に非常に反対する国民を抱える対象国の国民をなだめる方法について専門知識を持つ広報専門家によるプレゼンテーションを行った。米国政府のプロジェクトは成功し、複数の大陸の多くの国が水圧破砕の許可を与えるという考えに同意した。例えば、ポーランドは、国土のほぼ3分の1で大手石油・ガス会社による水圧破砕を許可することに同意した。[129]米国政府の機関である米国輸出入銀行は、 2010年以降オーストラリアのクイーンズランド州で設置された水圧破砕事業に47億ドルの資金を提供した。[130]
ロシアの国家擁護の疑い
2014年、ヨーロッパの当局者らは、ヨーロッパで水圧破砕に反対するいくつかの大規模な抗議活動（リトアニアとウクライナでは成功と失敗が混在）は、ロシアの国営ガス会社ガスプロムが部分的に後援している可能性があると示唆した。ニューヨーク・タイムズ紙は、ロシアはヨーロッパへの天然ガス輸出を地政学的影響力の重要な要素と見ており、水圧破砕が東ヨーロッパで採用されれば、この地域のシェールガス埋蔵量が膨大になるため、この市場は縮小すると示唆した。ロシア当局者は、水圧破砕は「大きな環境問題を引き起こす」という趣旨の声明を何度も公に発表している。[131]
現在の水圧破砕作業
現在、米国ではアーカンソー州、カリフォルニア州、コロラド州、ルイジアナ州、ノースダコタ州、オクラホマ州、ペンシルベニア州、テキサス州、バージニア州、ウェストバージニア州、[132]およびワイオミング州で水圧破砕が行われています。アラバマ州、インディアナ州、ミシガン州、ミシシッピ州、ニュージャージー州、ニューヨーク州、およびオハイオ州などの他の州では、この方法による掘削を検討中または準備中です。メリーランド州[133]およびバーモント州は水圧破砕を永久に禁止し、ニューヨーク州およびノースカロライナ州は一時的な禁止を施行しました。ニュージャージー州では現在、最近期限が切れた 2012 年の水圧破砕モラトリアムを延長する法案が州議会に提出されています。英国では最近水圧破砕モラトリアムが解除されましたが、政府は地震や掘削による環境への影響を懸念して慎重に進めています。水圧破砕は現在、フランスとブルガリアで禁止されています。[53]
ドキュメンタリー映画
ジョシュ・フォックスの2010年のアカデミー賞ノミネート映画「ガスランド」 [134]は、シェールガスの水圧破砕に対する反対運動の中心となった。映画では、ペンシルバニア州、ワイオミング州、コロラド州の油井付近の地下水汚染の問題が取り上げられた。[ 135 ]石油・ガス業界のロビー団体「エナジー・イン・デプス」は、映画の事実に疑問を投げかけた。[136] これに対し、「エナジー・イン・デプス」の不正確さの主張に対する反論が「ガスランド」のウェブサイト に掲載された。[ 137]コロラド州石油・ガス保全委員会（COGCC）の委員長は、最終版の映画に収録されたインタビューの内容を確認できれば、映画の一部としてインタビューを受けることを申し出たが、フォックスは申し出を断った。[138]エクソンモービル、シェブロン、コノコフィリップスは、天然ガスの経済的・環境的利点を説明し、水圧破砕は安全であると主張する広告を2011年と2012年に放映した。[139]
2012年の映画「プロミスト・ランド」はマット・デイモン主演で、水圧破砕法を題材にしている。[140]ガス業界は、この映画の水圧破砕法に対する批判に対し、チラシやツイッター、フェイスブックへの投稿で反論した。[139]
2013年1月、北アイルランドのジャーナリストで映画監督のフェリム・マッカリアは、フォックスがガスランドで行った発言への反応として、クラウドファンディングによる[141]ドキュメンタリー「FrackNation」をリリースし、「天然ガスの水圧破砕法に関する真実を語る」と主張した。FrackNationはマーク・キューバンのAXS TVで初公開された。初公開は「プロミスト・ランド」の公開と同時期に行われた。[142]
2013 年 4 月、ジョシュ・フォックスは「水圧破砕法に関する秘密、嘘、汚染の痕跡を暴く国際的な冒険」である『ガスランド 2』をリリースしました。この作品は、天然ガスは石油に代わるクリーンで安全な代替物であるというガス業界のイメージが神話であり、水圧破砕井戸は時間の経過とともに必然的に漏れ出し、水と空気を汚染し、家族を傷つけ、強力な温室効果ガスであるメタンで地球の気候を危険にさらすという主張に異議を唱えています。
2014年、ビデオイノベーションズのスコット・キャノンはドキュメンタリー『水圧破砕の倫理』をリリースした。この映画は水圧破砕に関する政治、精神、科学、医学、専門家の視点を取り上げている。また、ガス業界が広告で水圧破砕をどのように表現しているかについても掘り下げている。[143]
2015年、カナダのドキュメンタリー映画『Fractured Land』が、ホットドックス・カナダ国際ドキュメンタリー映画祭で世界初公開された。[144]
研究上の課題
通常、研究調査の資金源は論争の焦点となる。財団や企業、環境保護団体が資金提供している研究については懸念が高まっており、少なくとも信頼性の低い研究の印象を与えることがある。[145] [146]いくつかの組織、研究者、メディアは、業界[147]と政府の圧力[29]により、水圧破砕に関する研究の実施と結果の報告が困難であると報告し、環境報告書の検閲の可能性に対する懸念を表明した。[147] [148] [149]この技術の環境および健康への影響についてさらに研究する必要があると主張する人もいる。[150] [151] [152] [153]
健康リスク
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水圧破砕活動が公衆衛生に悪影響を及ぼす可能性が懸念されている。[150] 2013年に米国で行われたシェールガス生産に関する調査では、「掘削現場の増加に伴い、事故や破砕井戸で使用される有害物質への曝露の危険にさらされる人が増えている」と述べられている。[154] 2011年の危険性評価では、水圧破砕と掘削に使用される化学物質の多くは健康に即時の影響を与える可能性があり、また長期的な健康影響を与える可能性もあるため、その完全な開示が推奨されている。[155]
2014 年 6 月、英国公衆衛生局は、水圧破砕がすでに行われている国の文献とデータの調査に基づき、英国でのシェールガス採掘の結果としての化学物質および放射性汚染物質への曝露が公衆衛生に及ぼす潜在的な影響に関するレビューを発表しました。[151]報告書のエグゼクティブ サマリーには、次のように記載されています。「現在入手可能な証拠の評価では、シェールガス採掘に関連する排出物への曝露による公衆衛生への潜在的なリスクは、作業が適切に実行され、規制されていれば低いことが示されています。ほとんどの証拠は、地下水汚染が発生した場合、垂直ボーリング ホールからの漏出が原因である可能性が最も高いことを示しています。地下の水圧破砕プロセス自体 (つまり、シェールの破砕) による地下水汚染は考えられません。ただし、水圧破砕液または廃水が地表に流出すると地下水に影響を及ぼす可能性があり、大気への排出も健康に影響を及ぼす可能性があります。文献で潜在的なリスクが特定されている場合、報告されている問題は通常、運用上の失敗と不適切な規制環境の結果です。」[151] : iii
2012年に欧州連合環境総局向けに作成された報告書では、水圧破砕による大気汚染と地下水汚染が人間に及ぼす潜在的なリスクが特定された。[156]これを受けて、2014年にはこれらの懸念を軽減するための一連の勧告が出された。[157] [158]米国の小児科看護師向けの2012年のガイドラインでは、水圧破砕は公衆衛生に潜在的な悪影響を及ぼす可能性があり、小児科看護師は地域の健康状態の改善を訴えるために、このようなトピックに関する情報を収集する準備をしておく必要があると述べられている。[159]
2017年にアメリカ経済レビュー誌に掲載された研究では、「コミュニティ給水システムの取水口から1キロメートル以内に追加の井戸を掘削すると、飲料水中のシェールガス関連の汚染物質が増加する」ことが判明した。[160]
ハーバード大学THチャン公衆衛生大学院が2022年に実施し、ネイチャー・エナジー誌に掲載された研究によると、水圧破砕法を含む抽出方法を伴う非在来型石油・ガス開発（UOGD）の近くまたは風下に住む高齢者は、そのような事業の近くに住んでいない高齢者と比較して、早期死亡のリスクが高いことが判明した。[161]
米国労働省が収集し、米国疾病管理予防センターが分析した統計によると、掘削活動と掘削および自動車事故、爆発、転落、火災に関連する労働災害の数との間に相関関係があることが示されている。[162]採掘労働者はまた、肺がんや珪肺症（後者は岩石掘削および砂の取り扱いから発生するシリカ粉塵への曝露による）などの肺疾患を発症するリスクがある。[163]米国国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、空気中のシリカへの曝露が、一部の水圧破砕作業に従事する労働者の健康被害であると特定した。[164] NIOSHとOSHAは2012年6月にこのトピックに関する共同の危険警報を発した。[164]
さらに、採掘作業員は放射線被曝のリスクが増大します。水圧破砕作業では、ラドン、トリウム、ウランなどの天然放射性物質（NORM）を含む岩石を掘削する必要があることがよくあります。[165]
カナダ医学ジャーナルが行った別の報告では、研究の結果、がんを引き起こす可能性のある55の要因を特定し、そのうち20は白血病やリンパ腫のリスクを高めることがわかっていると報告されている。イェール公衆衛生の分析は、水圧破砕井戸から1マイル以内に住む何百万人もの人々がこれらの化学物質にさらされた可能性があると警告している。[166]
環境への影響
 シェールガスの水圧破砕の模式図 | |
| プロセスタイプ | 機械 |
|---|---|
| 産業部門 | 鉱業 |
| 主な技術またはサブプロセス | 流体圧力 |
| 製品） | 天然ガス、石油 |
| 発明家 | フロイド・ファリス、ジョセフ・B・クラーク（スタノリンド石油ガス株式会社） |
| 発明年 | 1947 |
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水圧破砕の潜在的な環境影響には、大気排出と気候変動、大量の水消費、地下水汚染、土地利用、[167]地震のリスク、騒音公害、および人間へのさまざまな健康影響が含まれます。[168]大気排出は主に井戸から漏れるメタンであり、抽出プロセスで使用される機器からの産業排出物もあります。[156]現代の英国とEUの規制では、強力な温室効果ガスであるメタンの排出をゼロにすることが求められています。[要出典]メタンの漏出は、最近のEUの法律に基づいて建設された井戸よりも古い井戸の方が大きな問題です。[156]
2016年12月、米国環境保護庁（EPA）は「石油・天然ガスの水圧破砕：米国の飲料水資源に対する水圧破砕水循環の影響（最終報告書）」を発表しました。EPAは、水圧破砕活動が飲料水資源に影響を及ぼす可能性があるという科学的証拠を発見しました。[169] EPAによると、飲料水が汚染される主な理由は次のとおりです。
- 水資源の乏しい時期や地域での水圧破砕に使用するための水の除去[169]
- フラッキング流体や化学物質の取り扱い中に流出し、多量または高濃度の化学物質が地下水資源に到達する[169]
- 機械の取り扱いを誤った際に水圧破砕液を井戸に注入し、ガスや液体が地下水資源に移動する[169]
- 地下水資源へのフラッキング流体の直接注入[169]
- 欠陥のある水圧破砕排水の表層水への漏洩[169]
- ライニングされていないピットに水圧破砕廃水を廃棄または貯蔵すると、地下水資源が汚染される。[169]
シェールオイルのライフサイクル温室効果ガス排出量は、従来の石油よりも21％～47％高く、非従来型ガスの排出量は、従来のガスの排出量よりも6％低い～43％高い。[170]
水圧破砕では、井戸1本あたり120万～350万米ガロン（4,500～13,200 m 3）の水を使用し、大規模なプロジェクトでは最大500万米ガロン（19,000 m 3）の水を使用します。[171]井戸を再破砕すると追加の水が使用されます。[75] [172]平均的な井戸では、その寿命を通じて300万～800万米ガロン（11,000～30,000 m 3）の水が必要です。[67]オックスフォードエネルギー研究所によると、シェール層の深さが米国の1.5倍も深い欧州では、より多くの水圧破砕液が必要である。[173] 表面水は流出や不適切に建設・維持されている廃棄物ピットによって汚染される可能性があり、[174]地下水は、流体が破砕中の地層から漏れ出ると（例えば、放棄された井戸、亀裂、断層[175]）、または産出水（鉱物や鹹水などの溶解成分も含む戻ってきた流体）によって汚染される可能性がある。古い放棄された井戸から鹹水や鹹水破砕液が漏れて地下水が汚染される可能性は低い。[176] [151]産出水は、地下注入、都市および商業 廃水の処理と排出、井戸の現場または現場での自己完結型システム、および将来の井戸を破砕するためのリサイクルによって管理される。[177]通常、地層の破砕に使用された産出水の半分以下が回収される。[178]
米国では、1,200万エーカー以上の土地が化石燃料に使用されています。地上設置には、掘削パッド1つあたり約3.6ヘクタール（8.9エーカー）の土地が必要です。これは、イエローストーン国立公園6つに相当します。 [179]井戸パッドと支持構造物の建設により、景観が著しく断片化され、野生生物に悪影響を与える可能性があります。[180]これらの場所は、井戸が枯渇した後、修復する必要があります。[156]調査によると、生態系サービス（つまり、自然界が人類に提供するプロセス）のコストへの影響は、米国で年間2億5,000万ドル以上に達しています。 [181]各井戸パッド（パッドあたり平均10本の井戸）では、準備と水圧破砕プロセス中に約800〜2,500日間の騒音活動が必要であり、住民と地元の野生生物の両方に影響を与えます。さらに、水圧破砕に必要なトラックの継続的な交通（砂など）によって騒音が発生します。[156]大気汚染や水質汚染が人間の健康に影響を与えているかどうかを判断するための研究が進行中であり、危害を回避し、危害を引き起こす可能性のある事故のリスクを管理するために、安全手順と規制を厳格に従うことが必要である。[151]
2013年7月、米国連邦鉄道局は、水圧破砕化学物質による石油汚染を石油タンク車の腐食の「考えられる原因」として挙げた。[182]
水圧破砕は、地震の誘発と関連付けられることがある。[183] これらの地震の規模は通常、地表では検知できないほど小さいが、処分井への流体注入に起因する地震動は、人が感じるほど大きく、物的損害や負傷者も出ている。[27] [184] [185] [186] [ 187] [188]米国地質調査所は、複数の州で最大790万人がカリフォルニアと同様の地震リスクにさらされており、水圧破砕や同様の行為が主な要因であると報告している。[189]
微小地震イベントは、水平方向および垂直方向の破砕範囲をマッピングするためによく使用されます。[91]フラッキングが行われ、注入井として使用される地域の地質をよりよく理解することは、重大な地震イベントの可能性を軽減するのに役立ちます。[190]
人々は、河川や貯水池などの表層水、または公共または個人の井戸から得られる地下水帯水層から飲料水を得ています。すでに、近くの地下水が水圧破砕活動によって汚染され、個人井戸を持つ住民が飲料水や日常的な使用のために外部の水源を調達しなければならないという事例が数多く記録されています。[191] [192]
パーフルオロアルキル化合物およびポリフルオロアルキル化合物は「PFAS」または「永遠の化学物質」としても知られ、がんや先天性欠損症と関連している。水圧破砕法で使用される化学物質は環境に残留する。いったん環境に入ると、これらの化学物質は最終的にPFASに分解される。これらの化学物質は掘削現場から地下水に漏れ出す可能性がある。PFASは、何百万ガロンもの廃水を貯蔵する地下井戸に漏れ出す可能性がある。[193]
こうした健康への懸念や、環境と健康への影響がよりよく理解されるまで水圧破砕の一時停止を定める取り組みにもかかわらず、米国は化石燃料エネルギーに大きく依存し続けている。2017年、米国の年間エネルギー消費量の37％は石油、29％は天然ガス、14％は石炭、9％は原子力から得られ、風力や太陽光発電などの再生可能エネルギーによる供給はわずか11％であった。[194]
2022年、ウクライナ戦争により新規掘削の承認が大幅に増加し、米国では水圧破砕ブームが起こりました。計画されている掘削では1400億トンの炭素が排出されますが、これは世界の年間排出量の4倍に相当します。[195]
規則
水圧破砕法を使用している、または使用を検討している国では、連邦および地域の法律の制定、地域の区域制限など、さまざまな規制を実施しています。[196] [197] 2011年、フランスは世論の圧力を受けて、予防原則と環境ハザードの予防および是正措置の原則に基づき、水圧破砕法を禁止した最初の国になりました。[30] [31] [198] [199]この禁止は、2013年10月の憲法評議会の裁定によって支持されました。[200]スコットランドなど他のいくつかの国では、公衆衛生上の懸念と強い世論の反対により、この慣行を一時的に禁止しています。[201]イングランドや南アフリカなどの国は禁止を解除し、全面禁止ではなく規制に重点を置くことを選択しました。[202] [203]ドイツは、湿地帯を除いてシェールガス鉱床の開発に水圧破砕法を使用することを許可する規制案を発表しました。[204]中国では、シェールガスの規制は、他の規制体制、特に貿易と複雑な相互関係にあるため、依然として障害に直面している。[205]オーストラリアの多くの州では、炭化水素の破砕が永久的または一時的に禁止されている。[要出典] 2019年、英国では水圧破砕が禁止された。[206]
欧州連合は、高容量水圧破砕法の使用に関する最低原則の勧告を採択した。[32]その規制体制は、すべての添加物の完全な開示を義務付けている。[207]米国では、地下水保護協議会が、石油・ガス業界団体と米国エネルギー省の資金援助を受けて、水圧破砕液のオンライン自主開示データベースであるFracFocus.orgを立ち上げた。[208] [209]水圧破砕法は、ディーゼル燃料が使用される場合を除き、安全飲料水法の地下注入制御の規制から除外されている。EPAは、ディーゼル燃料が使用される場合の掘削許可証の発行の監視を保証している。[210]
2012年、バーモント州は米国で初めて水圧破砕を禁止した州となった。2014年12月17日、ニューヨーク州は人体と環境への潜在的なリスクを理由に、水圧破砕の全面禁止を命じた2番目の州となった。[211] [212] [213]
参照
参考文献
この記事には、米国環境保護庁の「石油・ガスの水圧破砕：米国の飲料水資源における水圧破砕水循環の影響（最終報告書）」のパブリック ドメイン資料が組み込まれています。2016年12 月 17 日閲覧。
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Beta emitters, including 3H and 14C, may be used when it is feasible to use sampling techniques to detect the presence of the radiotracer, or when changes in activity concentration can be used as indicators of the properties of interest in the system. Gamma emitters, such as 46Sc, 140La, 56Mn, 24Na, 124Sb, 192Ir, 99Tcm, 131I, 110Agm, 41Ar and 133Xe are used extensively because of the ease with which they can be identified and measured. ... In order to aid the detection of any spillage of solutions of the 'soft' beta emitters, they are sometimes spiked with a short half-life gamma emitter such as 82Br
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External links
- Hydraulic Fracturing Litigation Summary (22 April 2021)
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- Disposal of fracking wastewater poses potential environmental problems
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