Забруднення підземних вод вуглеводнями та хімічними речовинами, які використовуються для буріння та виконання гідророзриву пласта, вважається чи не найбільшим екологічним ризиком при видобуванні сланцевого газу. Причиною забруднення підземних вод можуть бути природні вертикальні розломи в товщі порід, зміна гідрологічного режиму внаслідок закачування великої кількості води, порушення цілісності обмурівки та обсадки свердловини, розливи рідини для гідророзриву або бурового шламу на поверхні тощо.
slancevii gaz
Основні типи потенційного забруднення підземних вод внаслідок видобутку сланцевого газу – це проникнення газоподібних вуглеводнів (метану, етану, пропану) у водоносні горизонти, забруднення підземних вод хімічними речовинами для гідророзриву внаслідок розливів на поверхні або технологічних помилок під час проведення гідророзриву, проникнення забруднюючих речовин (солей, важких металів) із глибоких горизонтів у водоносні горизонти.

Забруднення підземних вод метаном та іншими вуглеводнями

Представники нафтогазової галузі неодноразово заявляли про відсутність випадків доведеного зв’язку між забрудненням підземних вод та проведенням операцій з гідророзриву. Водночас, чимало американських сімей заявляють про забруднення своїх водних свердловин метаном внаслідок видобування сланцевого газу.

Найбільшого розголосу набули випадки забруднення води метаном у жителів міст Дімок (штат Пенсільванія) та Павілліон (штат Вайомінг).

1 січня 2009 року у містечку Дімок вибухнула свердловина питної води, розташована в подвір’ї одного з помешкань. Місцеві жителі пов’язали вибух із видобутком сланцевого газу. 15 родин, які вважали свою воду забрудненою метаном, подали судовий позов на компанію Cabot Oil and Gas, яка вела видобування сланцевого газу поблизу міста. Розгляд справи тривав кілька років, протягом яких компанія сплатила штрафи і певний час постачала питну воду мешканцям Дімока. У грудні 2010 було укладено черговий варіант угоди про примирення, в якій Cabot Oil and Gas не визнала своєї вини, однак погодилася сплатити мешканцям компенсації в розмірі подвійної вартості їх нерухомості і встановити фільтри для очищення води від метану. Деякі родини відмовилися від встановлення фільтрів, вважаючи їх ненадійними, і продовжили боротьбу. У грудні 2011 році Cabot Oil and Gas припинила постачання води постраждалим родинам. З січня по червень 2012 року Агентство з охорони навколишнього середовища США досліджувало якість питної води в містечку Дімок і зробило висновок, що незважаючи не перевищення вмісту певних забруднюючих речовин в окремих свердловинах, очисне обладнання здатне довести якість води до прийнятного рівня і ситуація з водопостачанням не вимагає подальшого втручання агентства чи забезпечення альтернативного водопостачання. Однак, вже в серпні 2013 року з’явилися нові заклики до відновлення розслідування, викликані оприлюдненням внутрішньої презентації одного зі співробітників агентства, де наведено інформацію про підвищений рівень метану у воді містечка Дімок, що не було належно відбито у висновках Агентства з охорони навколишнього середовища.

Жителі містечка Павілліон звернулися до Агентства з охорони навколишнього середовища США зі скаргами на якість питної води навесні 2008 року. Фахівці агентства відбирали проби води із 39 свердловин у березні 2009 року та додатково із 23 свердловин у січні 2010 року. Крім того, проби води відбиралися на ділянках видобутку сланцевого газу та у двох спеціально пробурених для моніторингу якості води глибоких свердловинах. У грудні 2011 року агентство оприлюднило початковий звіт із дослідження якості питної води для збору коментарів зацікавлених сторін. Термін збору коментарів неодноразово переносився через додаткові дослідження води і має сплисти  в кінці вересня 2013 року. Наступним етапом буде незалежна експертна перевірка звіту. Відповідно до початкового звіту у приватних свердловинах для водопостачання було підтверджено наявність метану термогенного походження, а його концентрація в цілому зростала із зменшенням відстані до газовидобувних свердловин. Крім того, дослідження підтвердило забруднення підземних вод органічними речовинами у свердловинах поблизу амбарів для зберігання бурового шламу та зворотніх вод.

Існує також кілька наукових досліджень, які демонструють зв’язок підвищеного рівня метану у підземних водах та видобуванням сланцевого газу.

У 2011 році було опубліковане дослідження науковців з Університету Duke (Duke University). За словами дослідників, їм вдалося задокументувати забруднення питної води метаном внаслідок видобування сланцевого газу. Проби води були відібрані із 68 приватних свердловин для водопостачання глибиною від 36 до 190 метрів у штатах Пенсільванія та Нью-Йорк. Вода аналізувалася на вміст розчинених солей, ізотопів водню та кисню (18 О та 2 Н), а також ізотопів вуглецю, радію та барію. 60 із 68 свердловин також досліджувалися на вміст розчиненого метану та більш складних вуглеводнів і співвідношення ізотопів вуглецю та водню в молекулах метану. Метан був виявлений у пробах води з 50 свердловин (85% всіх свердловин, які досліджувалися). Концентрація метану була в середньому в 17 разів вищою у свердловинах, які розташовувалися в радіусі не більше 1 кілометру від місць видобування сланцевого газу, ніж у свердловинах, навколо яких не відбувалося видобутку газу (в радіусі 1 км). Середні концентрації метану у воді становили відповідно 19,2 мг/л та 1,1 мг/л. Максимальна концентрація метану у відібраних пробах становила 64 мг/л. Аналіз вмісту ізотопів вуглецю та водню в молекулі метану та аналізи вмісту вищих вуглеводнів (етану, пропану, бутану) підтвердив, що метан з водних свердловин, які розташовувалися поблизу місць видобування газу, мав термогенне походження з глибоких горизонтів, тоді як метан зі свердловин, навколо яких не відбувалося видобутку сланцевого газу, мав біологічне або змішане походження. Разом з тим, дослідження на знайшло доказів забруднення підземних вод водами глибокого залягання із високим вмістом солей чи рідиною для проведення гідророзриву. Серед можливих механізмів потрапляння метану у водні горизонти дослідники називають порушення цілісності обсадки свердловини та природні тріщини у підземних породах, які можуть посилюватися в результаті операцій з гідророзриву.

У 2013 році було опубліковане доповнене наукове дослідження підвищеної концентрації метану у питній воді на території родовища сланцевого газу Марселлус. Цього разу були зроблені аналізи питної води з 81 свердловини глибиною 60-90 метрів на північному-сході штату Пенсільванія, а також використані дані попередніх аналізів 60 свердловин. Вміст метану був зафіксований у воді 82% усіх свердловин (115 свердловин із 141). Вміст метану у воді зі свердловин, які розташовувалися в радіусі 1 кілометру від свердловин, де видобувається сланцевий газ, був у 6 разів вищим, ніж у воді зі свердловин, які розташовувалися далі від місць видобутку газу. Вміст етану в даних групах свердловин відрізнявся в 23 рази. Аналіз вмісту важких ізотопів вуглецю та водню у молекулах метану, етану та пропану свідчить про переважне термогенне походження газоподібних вуглеводнів у воді зі свердловин, розташованих неподалік від місць видобутку природного газу. Вірогідними причинами проникнення термогенного метану з глибоких горизонтів у водоносні шари дослідники називають пошкодження сталевої обсадки свердловини та порушення цілісності цементної обмурівки свердловини.

В обох дослідженнях звертається увага на необхідність подальшого вивчення забруднення водоносних горизонтів при видобуванні сланцевого газу. Вкрай важливими для цього є базове відстеження вмісту і складу газоподібних вуглеводнів у воді, а також розкриття інформації про хімічний склад сланцевого газу, що видобувається, і співвідношення ізотопів його основних компонентів.

Забруднення підземних вод елементами рідини для гідророзриву

Дослідження щодо випадків забруднення підземних вод хімічними речовинами з рідини для гідророзриву є більш обмеженими і зазвичай пов’язані із аварійними ситуаціями при видобутку вуглеводнів.

У 2011 році Рада зі збереження енергетичних ресурсів провінції Альберта (Alberta Energy Resource Conservation Board) досліджувала забруднення питної води внаслідок гідророзриву на свердловині Кальтекс, який було здійснено з порушенням норм. Компанія Crew Energy через помилку у вересні 2011 року провела перфорацію свердловини і операцію з гідророзриву вище межі охоронної зони водоносних горизонтів на глибині 136 метрів. Було використано 20 тонн піску та 130 метрів кубічних згущеного пропану (використовується в якості речовини для гідророзриву). Для моніторингу забруднення підземних вод було пробурено дві свердловини для відбору води глибиною 81 (глибина забору води для водопостачання) та 137 (глибина проведення гідророзриву) метрів на відстані 50 метрів від свердловини, де проводився гідророзрив. Пропан та ізопропаноламін, які використовувалися для гідророзриву, було виявлено в більш глибокій свердловині, однак слідів їх проникнення у верхні горизонти не було зафіксовано. В результаті комісія зробила висновок, що ризик забруднення питної води внаслідок інциденту є незначним. Програма моніторингу якості води на території інциденту буде продовжуватися.

Найбільше випадків потенційного забруднення підземних вод пов’язано із розливами речовини для гідророзриву, зворотних вод чи бурового шламу на поверхні ділянок видобування природного газу. Проте такі аварійні ситуації мають локальний характер і можуть призводити до забруднення ґрунтів чи розташованих поруч поверхневих водойм і менш вірогідно – до забруднення підземних водоносних горизонтів.

Для прикладу, у квітні 2011 року стався вибух на свердловині компанії Chesapeake Energy Corp. У штаті Пенсільванія. Внаслідок вибуху використана рідина для гідророзриву виливалася зі свердловини на поверхню землі протягом більш, ніж 12 годин, допоки аварійна бригада, яка летіла аж з Техасу, не зупинила витік. Після вибуху у відібраних зі свердловин місцевих мешканців пробах води були виявлені підвищені концентрації барію, стронцію, заліза та хлоридів. У пробах води з 5 моніторингових свердловин був виявлений вміст хлоридів, металів та етанолу. Їх вміст, втім, був названий таким, що в цілому відповідає місцевим показникам якості води або є зовсім незначним. Було зроблено висновок, що через насиченість вологою ґрунтів використана рідина для гідророзриву не проникла у нижні шари ґрунту і не забруднила водоносні горизонти. Компанія Chesapeake Energy Corp. булапритягнена до сплати більше 250 тисяч доларів штрафів та компенсацій внаслідок даного інциденту.

Забруднення підземних вод внаслідок проникнення забруднюючих речовин з глибоких горизонтів

Випадків підтвердження та документування забруднення підземних вод внаслідок міграції забруднюючих речовин (солей, важких металів тощо) з глибоких горизонтів, де проводиться гідророзрив, до водоносних горизонтів на даний час не знайдено. Це може бути пояснено значною тривалістю такої потенційної міграції і складністю встановлення зв’язку із підвищеним вмістом важких металів у воді та проведенням гідророзриву.

Фахівці університету Техасу у липні 2013 року опублікували дослідження якості питної води поблизу свердловин сланцевого газу на родовищі Барнетт. Хімічний аналіз було здійснено для проб води зі 100 приватних свердловин. За результатами аналізу було виявлено, що вміст важких металів (арсену, селену, стронцію) у деяких свердловинах, які знаходилися в радіусі 3 кілометрів від активних газових свердловин, перевищував гранично допустимі дози для питної води. У 29% свердловин був також виявлений вміст метанолу та етанолу. Дослідники відзначають, що важкі метали і раніше зустрічалися у підземних водах даного регіону, однак історичні дані вказують на те, що такий високий їх вміст є незвичним і неприродним. Вміст важких металів у воді зі свердловин, в радіусі 3 кілометрів від яких не відбувається видобутку природного газу, був у межах норми. Разом з тим, були й свердловини, розташовані зовсім поруч із місцями видобутку природного газу, де вміст важких металів був також у межах норми. Науковці підкреслюють необхідність більш детальних досліджень і відзначають, що хоча немає підстав для встановлення чіткого зв’язку між високим рівнем важких металів і метанолу із видобутком сланцевого газу, однак географічний розподіл проблемних проб води і історичні дані вказують на можливість такого зв’язку.

Шляхи мінімізації ризиків забруднення підземних вод внаслідок видобування сланцевого газу

У дослідженні компанії AEA Technology plc, виконаному на замовлення Генерального директорату з охорони довкілля Європейської комісії, наводяться такі рекомендації з мінімізації негативного впливу видобування сланцевого газу на якість підземних вод:

  • базове відстеження та постійний систематичний моніторинг хімічного складу води у водоносних горизонтах поблизу ділянок видобутку;
  • обмеження використання методу гідравлічного розриву в місцях з високим ризиком забруднення підземних вод (мала глибина залягання газоносних порід, наявність природних тріщин тощо);
  • запровадження належних стандартів та процедур контролю якості обсадки та цементування свердловини;
  • встановлення вимог до будівництва амбарів для наземного зберігання бурового шламу та зворотних вод;
  • контроль за процесом проведення гідророзриву для уникнення виходу розломів за межі цільового горизонту, недопущення перевищення тиску і кількості рідини для гідророзриву, яка закачується у свердловину, уникнення розливів небезпечних речовин та відходів тощо.

Вихідним кроком, який уможливить встановлення зв’язку забруднення підземних вод із видобуванням сланцевого газу, є детальне базове відстеження якості питної води до проведення будь-яких робіт. Компанія B.F. Environmental Consultants Inc., яка займається моніторингом якості водних ресурсів, рекомендує здійснювати базовий аналіз води щонайменше на кислотність, електропровідність, мутність, вміст бактерій, хлоридів, нітратів, бромідів, барію, загальну кількість розчинених речовин, поверхнево-активних речовин, заліза, марганцю, метану, етану та пропану. Додатково можна здійснювати аналіз води на вміст магнію, стронцію, цинку, нітратів, МТБЕ, стійких органічних забруднюючих речовин, радіоактивність тощо. Конкретний оптимальний набір елементів для аналізу, за словами керівника компанії пана Орама, залежить також від місцевих геологічних умов і попереднього використання земельних ділянок.

Таким чином, видобування сланцевого газу є вагомим фактором ризику забруднення підземних вод, а тому вимагає належного регулювання та моніторингу за станом довкілля й дотриманням технологічних вимог. Зафіксовані випадки забруднення підземних вод підтверджують можливість проникнення метану та інших газоподібних вуглеводнів у водні горизонти, що може бути характерним не лише для видобування сланцевого газу, а й для видобування традиційного газу. Забруднення підземних вод хімічними речовинами, які використовуються при гідророзриві, можуть траплятися через розливи небезпечних речовин на поверхні землі або внаслідок порушення технології проведення гідророзриву. Випадків забруднення підземних вод речовинами для гідророзриву внаслідок їх вертикальної міграції із товщі сланцевих порід у водоносні горизонти на даний час не знайдено.