Исследователь из Колледжа искусств и наук Сиракузского университета и группа ученых из штата Пенсильвания разработали новую технику машинного обучения для комплексной оценки данных о качестве воды с целью обнаружения образцов подземных вод, на которые, вероятно, повлияла недавняя утечка метана во время добычи нефти и газа. Используя эту модель, команда пришла к выводу, что нетрадиционные методы бурения, такие как гидроразрыв пласта или гидроразрыв пласта, не обязательно вызывают больше экологических проблем, чем обычное бурение на нефть и газ.
Два распространенных способа добычи нефти и газа в США.S. через обычные и нетрадиционные методы. Обычные нефть и газ перекачиваются из легкодоступных источников с использованием естественного давления.
И наоборот, нетрадиционные нефть и газ добываются из труднодоступных источников путем сочетания горизонтального бурения и гидроразрыва пласта. Гидроразрыв извлекает природный газ, нефть и рассол из коренных пород путем закачки смеси песка, химикатов и воды. При бурении в земле и направлении смеси под высоким давлением в породу, газ изнутри высвобождается и вытекает к устью скважины.
Тао Вэнь, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде (EES) в Сиракузах, недавно провел исследование, сравнивающее данные из разных штатов, чтобы увидеть, какой метод может привести к большему загрязнению грунтовых вод.
Они специально проверили уровень метана, который является основным компонентом природного газа.
Команда выбрала четыре U.S. штаты, расположенные в важных сланцевых зонах, которые будут изучены: Пенсильвания, Колорадо, Техас и Нью-Йорк.
Один из этих штатов – Нью-Йорк – запретил практику гидроразрыва в 2015 году после обзора, проведенного Департаментом здравоохранения штата Нью-Йорк, который обнаружил значительные неопределенности в отношении здоровья, включая рост загрязнения воды и воздуха.
Вэнь и его коллеги собрали большой набор данных по химическому составу подземных вод из множества источников, включая отчеты федерального агентства, статьи в журналах и данные нефтегазовых компаний. Большинство исследованных проб воды в их исследовании было взято из бытовых водозаборных скважин. Хотя сам по себе метан не токсичен, Вэнь говорит, что загрязнение метаном, обнаруженное в неглубоких грунтовых водах, может представлять опасность для соответствующего домовладельца, поскольку оно может быть опасным взрывом, может увеличить уровень других токсичных химических веществ, таких как марганец и мышьяк, и будет способствовать увеличению глобальное потепление, поскольку метан – это парниковый газ.
В их модели использовались сложные алгоритмы для анализа почти всех сохраненных геохимических данных, чтобы предсказать, подверглась ли данная проба подземных вод отрицательное воздействие недавнего бурения нефтяных и газовых скважин.
Сравнение данных показало, что случаи загрязнения метаном в Нью-Йорке – штате без нетрадиционного бурения, но с большим объемом обычного бурения – были аналогичны случаям в Пенсильвании – штате с большим объемом нетрадиционного бурения. Вэнь говорит, что это предполагает, что нетрадиционные методы бурения, такие как гидроразрыв, не обязательно приводят к большим экологическим проблемам, чем обычное бурение, хотя этот результат можно альтернативно объяснить разным объемом наборов данных химического состава подземных вод, собранных для этих двух штатов.
Модель также выявила более высокий уровень случаев загрязнения метаном в Пенсильвании, чем в Колорадо и Техасе. Вэнь говорит, что это различие может быть связано с разной практикой, когда бурильщики строят / пробуривают нефтяные и газовые скважины в разных штатах.
Согласно предыдущим исследованиям, большая часть метана, выбрасываемого в окружающую среду из газовых скважин в U.S. происходит из-за того, что цемент, который изолирует скважину, не закончен по всей длине эксплуатационной колонны. Однако нет данных, чтобы сделать вывод, используют ли бурильщики в этих трех штатах разные технологии. Вен говорит, что это требует дальнейшего изучения и анализа данных бурения, если они станут доступны.
По словам Вэня, их модель машинного обучения доказала свою эффективность в обнаружении загрязнения подземных вод, и, применив ее к другим штатам / округам, где ведется или планируется добыча нефти и газа, она станет важным ресурсом для определения самых безопасных методов бурения нефтяных и газовых скважин.
Вэнь и его коллеги из штата Пенсильвания, в том числе Мэнки Лю, аспирант Колледжа информационных наук и технологий, Джош Вода, аспирант факультета наук о Земле, Гуаньцзе Чжэн, бывший доктор философии.D. студентка Колледжа информационных наук и технологий, и Сьюзан Л. Брантли, выдающийся профессор кафедры геонаук и директор Института земных и экологических систем, недавно опубликовал свои выводы в журнале Water Research.
Работа команды финансировалась Национальным научным фондом IIS-16-39150, Геологической службой США (награда 104b G16AP00079) и Фондом декана факультета наук о Земле и минералах для инноваций, поддерживаемых постдокторами Университета Пенсильвании.