研究和评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志》上
菜单ISSN: 2321 - 6212
ISSN: 2321 - 6212
凯斯西储大学化学工程系,克利夫兰,欧几里得大道10900号的哦,44106,美国
收到的日期:25/04/2018;接受日期:09/06/2018;发布日期:18/06/2018
DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000223
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水力压裂、水力压裂技术用于挖掘被困的多孔层内页岩天然气和石油数千英尺以下的表面。过程是向美国提供巨大的利益的收获以前无法获得的能源和减轻对外国石油的依赖。有明显的挑战,必须克服,然而,公平解决公众关注的有毒化学物质使用和饮用水资源带来的潜在危险。从工程的角度看,写这个报告的目的是识别行业面临的挑战,提出合理的解决方案。报告的身体检查建立文献利用水力压裂技术,其对环境和人类健康的影响,政府法规对水力压裂的当前状态,其对美国经济的影响,及其所需的基础设施,以及其他感兴趣的话题。改进技术,许多水力压裂技术问题已经解决。然而,一个挑战是为工业开始采取一些适当的,更多的预防措施。某些法规已经颁布,但机会仍然存在,产业可以实现突破的概念和放弃过时的和有害的技术。严重的问题,必须解决的监控不足的生活注入化学物质和缺乏选项来处理生产废水。这将是很有价值的公共设施装备的能力把复杂的废水由水下钻探,许多污水处理厂在该国目前不能够这样。 Additionally, an overhaul of current regulations to increase their transparency and overall effectiveness would significantly minimize the hazardous footprint of the industry and improve its outlook for the future.
页岩气不透水岩石
页岩气在过去十年中已获得了高度的关注作为有机合成的能源和原材料来源。目前,这是一个数十亿美元经济部门正在迅速增长。许多分析人士认为,其伟大的可用性在美国构成强大的机会减少能源和商业产品的成本,提供就业机会,建立基础设施,以支持其处理和交付,以创建一个额外的出口商品出售到国外需要,并做出显著贡献的美国国内生产总值(GDP)。然而,只有17%用于提取从地上没有一个机制来增强复苏。标准的技术,通过一个额外的(36-46)%可以获得,是水下钻探。水力压裂法,也称为水力压裂、水力压裂和高频对短期的钻探和抽水加压的解决方案在地上获得天然气从页岩岩石,强烈相关岩石本身的透气性的概念。页岩气是一种非常规天然气,它被困在页岩的孔隙,而不是简单的被包含在一个地下空腔。天然气是由甲烷、二氧化碳、氮和硫化氢。这种方法目前高度争议;一些环保人士声称,它是不可能执行这个过程不重要的和不可挽回的损害生态。另一方面的问题,许多营利性公司引用,它不是法律阻止他们水力压裂和环保主义者的主张是未经证实的。更重要的是,这些公司也表明,在基本层面上是不可行的停止daniellevine因为许多美国人依赖它为日常生活提供能量。
随着全球能源需求大大增加,是非常重要的量化风险,潜在的损失,与水下钻探过程相关的潜在收益。强烈的公众注意力和影响这个问题,加上所需的各种专业人员协同工作,形成一个连贯的意见这个问题——企业高管、律师、保险公司、政府监管机构、政客、工程师、等等,使评估过程复杂。因此,必须彻底揭露的基础设施必须开发来维持这一过程(第一节),更详细的描述水下钻探是什么,利用不同的化学成分,以及如何执行它,和它的技术进步(第二节),环境影响和缓解(第三节),相关的政府监管机构,以及他们的评估标准(第四节),和经济的水下钻探和趋势需求,成本和市场价格(5节)。
水力压裂法并不是一个新进程——它已经存在自1940年代末。垂直钻探石油和天然气已经存在更长的时间。我们看到的一个主要原因页岩气收获在过去的十年里激增是由于添加水平钻井技术》(1998)和高效,虽然有争议,水力压裂液体。这些与现有技术的结合导致了成本效益,页岩气开采的可行方法。本节描述整个页岩气开采过程的关键方面,强调某些地区仍有改进空间。
地质
看着地球的形象片,地质显示目标的形成,或天然气的岩石被提取,是页岩,通常位于地表下大约6000英尺(1]。比较这个深度与另一个的深度关注,含水层,或水位饮用水中提取的,通常位于约50至200英尺。多层含水层和页岩之间不同的连接,不透水岩石,见图1。
图1:示意图显示页岩地质、含水层和不透水层岩石[1]。
拥有地质层的一个想法是重要的原因。首先,它表明,达到目标的形成(页岩)需要通过含水层开采。要记住这点是很重要的,因为任何对含水层的影响可能有重大的后果。第二,有趣的是,页岩位于相当远低于含水层,分开了数千英尺的不透水岩石。
钻井
垂直钻井:访问目标需要多级,形成复杂的钻井过程。在一个适当的区域被清除和井垫是建立在区域钻,所有的设备。过程仍在继续与垂直井的钻井钻头与复杂的技巧可以咀嚼了艰难的岩石(2]。钻井是通过传统的垂直方法,整个钻柱旋转的表面。正在钻油井,排列着几层的钢管和钢筋混凝土(套管)。
钢筋混凝土是一个(3]。这可以防止油井崩溃本身和隔离的内容从周围的岩石,土壤,水系统(4]。示意图显示典型的钻井过程中可以看到图2。面板1的图显示了尖端与钻头,钻孔垂直的洞。在垂直钻孔,孔的周围和上面有些是与钻井mud-an水泥浆的流传添加剂用来帮助润滑和冷却钻头,使钻井更快和更容易。钻井泥浆还携带岩屑,罚款岩石颗粒混合物在钻井过程中,产生的孔表面要删除。很大一部分已经钻后,套管降低使用引鞋到位。注意从面板2套管已经配备了扶正器,一个灵活的,象春天的垫片的套管孔的中心。这将确保套管混凝土完全和彻底包围。小组3显示了美联储的下套管的水泥。
图2:垂直钻井过程[4]。
高压送电端,9000 PSI (5一路),有助于指导水泥管,然后在回洞,从而完全封装外壳。足够多的混凝土倒后,雨刷插头是强迫下套管钻井泥浆,见面板4。这个刮塞清除任何混凝土混合料的内部套管变硬。混凝土硬化后,可以附加一个较小的钻头,钻探继续;参见小组6。重复这个过程,直到获得适当的深度,通常创造了几层同心套管一路上+混凝土;如小组7所示。
而板4 - 5的示意图图2似乎显示一个简单的,简单的方法来封装钢套管,它并不总是那么容易。而封装外壳,直通岩石相当有效,部分通过含水层的过程比较复杂。使混凝土保持局部直接在套管和治疗是困难的和有效的。此外,岩层通常存在更接近接近的含水层和含有低水平的天然气。这不是足够的天然气产量,但足以泡沫混凝土养护,达到分散到含水层;见图3(6]。
图3:示意图显示天然气气泡通过湿混凝土和进入含水层(受文献[6])。
天然气的钻探和不足隔离同意当地居民报告的一个常见的问题——他们饮用水井压裂区域经常污染的天然气,他们甚至可以点燃煤气,因为它使解除吸附从水龙头的水不多了7]。本文的作者的观点,这可能被认为是证据表明具体的装箱方法需要改进,应该得到进一步的研究。未来钻机不足具体装箱带来了挑战和机会安抚许多扰乱居民通过防止天然气污染饮用水井。一个潜在的解决方案是工程师更快的治愈,呆在原位混凝土接近套管的密封更有效。
水平钻孔:钻孔垂直部分指定的深度后,确认为”开始,“钻井团队切换到水平钻孔。水平钻井的动机在于页岩的通常是更广阔的水平方向上,而不是垂直的;即不深,但非常广泛。因此,通过定向或水平钻孔,可以访问更多的岩石中提取天然气。图1也说明了在钻井路径弯曲,从开始点,逐步使其完全水平的方法。虽然更贵,增加产量通常超过成本的增加(8]。
水平钻井是通过不同的手段比垂直钻井。到达后开始点,不同的一点是,它包含一个液压马达的小费。通过这种方式,可以旋转钻头没有这样做在表面,使过程更加可行的从工程的角度看。洞是引导通过使用“可操纵的电机、定向切割在逐渐弯曲半径直到达到期望的水平方向。钻井可以继续在水平方向上伟大的长度。与垂直部分,这些孔都随后内衬钢套管和水泥(8]。
压裂过程中
一旦水平截面钻孔和下套管,压裂过程就可以开始了。即使水平钻孔给更多的访问层页岩,天然气仍被困层页岩本身之间的相当好。因此,页岩的层断裂的一个多阶段过程中帮助在气复苏。插入一个射孔器的过程开始的最后一点到孔的结束。洞以来内衬钢套管和水泥,它本质上是孤立的页岩和天然气。射孔器的功能是连接孔与周围环境。这是通过塑造完成射孔枪的指控。的费用基本上是控制炸药的设计直接影响到关位置,穿透钢铁、混凝土和岩层。所示图4,面板,射孔器创建页岩裂缝,每隔大约50英尺(9]。射孔枪然后沿着水平截面的长度,直到它已经充分穿孔。接下来,射孔枪被移除,水性液体注入孔在非常高的压力(9000 PSI) [5]。这种液体的典型成分描述后,流入的主要骨折是由射孔器和膨胀断裂沿着自然薄弱地区页岩,创建二次骨折;(图4),B组(9]。
图4:示意图显示了使用的射孔器创建刺的钢套管和水泥,天然气可以流入管道[9]。
二次骨折/裂缝后,另一个高压流体注入,这时间包含支撑剂——沙粒或其他材料用于保存打开骨折。这确保天然气页岩中包含能够不断通过裂缝流入油井管道甚至流体被移除后,见右边的图1(9]。
化学物质
有几个挑战出现在压裂过程中,根据当地的土壤和岩石的成分。自然环境也带来了一些困难;细菌,例如,可以产生不希望的气体和污染产品。其他生物可以减少压裂过程的效率。此外,井眼内的高温高压过程难以控制。压裂过程中所涉及的机器也可以损坏(9]。控制和提高整个流程的效率,介绍了化学压裂水与几个目的:优化压裂环境,生物扰动控制,保护压裂设备。一般的化学物质可以分为几类:支撑剂,酸,断路器,杀虫剂,pH值调整剂、粘土稳定剂、缓蚀剂、交联剂、摩擦减速机,胶凝剂,铁控制,溶剂和表面活性剂。
压裂液的化学物质对人体和野生动物是有毒的,和几个已知致癌。石油和天然气工业和贸易组织指出,在一个正常的压裂过程中,化学物质只占0.5 - 2%的压裂水(10]。考虑到大量的用水,化学品的数量是巨大的。例如,在一个四百万加仑的压裂操作,使用80 - 330吨的化学物质。因此,了解所有压裂过程中的化学物质函数及其危害,以及可能的环境污染水、空气和土壤,水力压裂的是非常重要的方面(表1)。
表1。水力压裂液的体积组成的一个例子(11、12)。
| 组件/添加剂类型 | 例子化合物(s) | 目的 | 成分百分比(按体积) | 卷的化学(加仑) |
|---|---|---|---|---|
| 支撑剂 | 二氧化硅、石英砂 | 保持骨折开放,允许气体流出 | 9.51 | 2,85300 |
| 抗微生物剂 | 戊二醛 | 消除细菌 | 0.001 | 30. |
| 水 | 提供支撑剂 | 90年 | 27日,00000年 | |
| 表面活性剂 | 异丙醇 | 增加液体的粘度 | 0.085 | 2550年 |
| 胶凝剂 | 瓜尔胶、羟乙基纤维素 | 厚的液体暂停了支撑剂 | 0.056 | 1680年 |
| 断路器 | 过硫酸铵 | 允许延迟的凝胶 | 0.01 | 300年 |
| 交联剂 | 硼酸盐 | 保持流体粘度随着温度增加 | 0.007 | 210年 |
| 酸 | 盐酸 | 岩石溶解矿物质,引起裂缝 | 0.123 | 3690年 |
| pH值调整剂 | 钠或钾碳酸盐 | 保持其他组件的有效性 | 0.011 | 330年 |
| 铁控制 | 柠檬酸 | 防止金属氧化物沉淀 | 0.004 | 120年 |
| 腐蚀抑制剂 | N, n-dimethyl甲酰胺 | 防止管道腐蚀 | 0.002 | 60 |
| 摩擦减速器 | 聚丙烯酰胺、矿物油 | 减少流体与管道之间的摩擦 | 0.088 | 2640年 |
| 氯化钾 | 创建一个盐水携带液 | 0.06 | 1800年 | |
| 阻垢剂 | 乙二醇 | 防止存款规模的管道 | 0.043 | 1290年 |
支撑剂:支撑剂用于水力压裂裂缝打开。这可能允许天然气或石油流出,增加生产。每口井的平均300000磅的支撑剂被用于水力压裂过程中,和大型网站有时会需要超过400万磅的支撑剂(10]。烧结铝矾土、氧化锆陶瓷珠子都可以用作支撑剂,但最常用的支撑剂是沙子。所需数量的水力压裂砂是如此之大,这在美国,sand mining could be used as a metric for charting the extent of the hydraulic fracturing industry. However, sand mining can lead to high water consumption along with particulate and waste gas emissions. Accordingly, the environmental damage caused by sand mining has become an important issue [13]。
抗微生物剂:压裂过程中通常使用地表水,通常含有大量的细菌,如sulfatereducing细菌(SRB)和酸生产细菌(APB) (14]。细菌生长在井孔地下并创建不受欢迎的硫化氢气体,腐蚀,有可能损害压裂设备和降低产品质量。回流水通常由细菌污染。因此,抗微生物剂添加到控制细菌的生长。一系列的测试是用来确定类型和数量的抗微生物剂使用在压裂过程中。戊二醛和2 -溴- 2-nitro-1 2-propanediol是两种常用的杀虫剂。
溶剂、表面活性剂、摩擦减速机:石油是一种常见的压裂产品。然而,油不溶于水也不acidbased压裂液,正因为如此,创建高表面张力,降低压裂液复苏。溶剂溶解压裂液和油添加到增加两种液体之间的联系和表面活性剂,这有助于降低表面张力。雷竞技网页版摩擦还原剂减少摩擦过程的不受欢迎的地区,例如旋转钻头和压裂液。这些化学物质允许更高的效率和更好的整体生产(15,16]。甲醇、异丙醇、聚丙烯酰胺、石油馏分油和各种芳烃化学物质通常用于这一目的。一个常见的添加剂是柴油。柴油是非常有效的增溶的许多非极性添加剂和创建一个更同质的钻井液。然而,各种组件的柴油,如苯、甲苯、乙苯、二甲苯和已知致癌,对肝脏有毒,肾脏和神经系统。因此,美国环境保护署(EPA)建立了监管下的压裂使用柴油安全饮用水法》(雷竞技官网17- - - - - -19]。
胶凝剂、断路器、交联剂:压裂过程需要高压压裂液将支撑剂带入新的页岩裂缝、裂缝打开使天然气流出。这通常需要大量的地表水和高工作压力。胶凝剂和交联剂添加到压裂液增加流体的粘滞性。较高的粘度,这是更容易将支撑剂压裂液进入新骨折。这减少了地表水的使用和工作压力。断路器然后引入页岩打破这种凝胶的交联结构/粘性压裂液。然后删除压裂液,骨折的支撑剂(15,20.]。Peroxydisulfates分开交联剂是一种常用的断路器;瓜尔胶、bisacrylamide等等。
酸性,pH值调整代理:酸、盐酸,通常是用于压裂液溶解岩石和压裂液注入之前移除钻井泥浆。pH值调整剂用于维护压裂液的pH值。这使得其他的化学物质,如交联剂、pH值下工作所需的环境特征不会改变。钠或钾碳酸盐和醋酸是常用的pH值调整剂(21]。
铁控制、粘土稳定剂、腐蚀抑制剂:从好到好地下结构有很大的不同。矿物、土壤,因此使用的化学物质对成功压裂页岩构成挑战。例如,粘土的物理性质可以改变,因为,在压裂过程中,可以把骨折。化学物质如碳酸盐和硫酸盐,尤其是碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、形式和区块压裂过程中,生锈可能形成钢油管和外壳。应对这些挑战,化学物质如铁控制、粘土稳定剂、缓蚀剂添加到通过案件优化压裂过程中压裂液。盐、氧拾荒者、氯化铵、乙二醇和聚丙烯酸酯用于实现这个需求(16,22]。
所有的化学物质在压裂过程中,柴油(如有毒溶剂),和沙子(主要用于支撑剂),最大的健康和环境问题由于其毒性和高用法,分别。甚至采砂单独引起巨大的用水量,废气排放,导致各种石英相关的健康问题。柴油的有毒成分,如苯、甲苯、乙苯和二甲苯可能泄漏饮用水系统通过压裂过程(19]。规章制度已经由环保局和国家控制这些问题17,18,23]。然而,仍然有困难和挑战。报告显示,一些公司继续使用柴油或柴油衍生品,往往就像有毒的(24]。该行业甚至认为,没有规定禁止他们使用柴油的方式在压裂过程(25]。
化学物质可以极大地提高压裂的效果。有时甚至化学物质可以帮助避免次生灾害,如细菌浪费。然而,这些化学物质做对人类健康和环境构成潜在危险(15,26,27]。与来自公众的担忧上升,一些方法和新材料开发更换或重新评估旧的化学物质,减少对人类健康和环境的危害。压裂技术也可以改善随着时间的推移,减少泄漏的风险和空气排放。法规和居民意识可能是最重要的力量,推动行业水力压裂开发更好的方法。
公众不信任的最大来源daniellevine源于其可疑的对周围的生态系统和人类健康的影响。总之,水下钻探需要大量的水和成千上万的化学物质的混合物,其中许多保持秘密,注入地下,它们的物理和化学对地下水的影响难以监控。有额外的空气污染的可能性,灾难性泄漏,地下管道爆裂,和报告的爆炸和不断增长的癌症发病率在暴露于水下钻探地区,有合理的公众的关注和兴趣的原因,但也可能有一些健康的焦虑。真正daniellevine评估环境和健康的影响,有必要检查过程的每个部分,并确定危害水,土地,和空气质量可能发生,意味着他们可以被探测到。
水的使用
首先,重要的是要理解消耗多少水在这个过程中,水是来自何处,以及它如何竞争与个人使用。根据EPA在2011年起草的一项研究计划,所需的水从井中提取天然气根据深度和不同地层的孔隙度。通常,这个要求是2到400万加仑的水有必要为每个好(28]。表2来自相同的EPA研究计划,显示了不同的页岩平均水需求。
表2。比较估计水的需求在不同的页岩水力压裂[11]。
| 页岩玩 | 形成深度(米) | 孔隙度(%) | 有机质含量(%) | 淡水深度(米) | 压裂水(加仑/) |
|---|---|---|---|---|---|
| 巴奈特 | 6500 - 8500 | 4 - 5 | 4.5 | 1200年 | 2300000年 |
| 费耶特维尔 | 1000 - 7000 | 2 - 8 | 4到10 | 500年 | 2900000年 |
| 斯威尔 | 10500 - 13500 | 8 - 9 | 0.5 - 4 | 400年 | 2700000年 |
| 马塞勒斯 | 4000 - 8500 | 10 | 3 - 12 | 850年 | 3800000年 |
每年有大约35000井断裂,这相当于每年使用70 - 1400亿加仑的水。
根据杰克布朗切萨皮克能源公司,每年要消耗3.6万亿加仑的水在宾夕法尼亚州,其中0.19%用于水下钻探(29日]。页岩地区,2010年的总使用5540亿加仑的水,95亿加仑或1.7%,走向天然气生产(30.]。总数的比例使用,这是一小部分的水消耗每年在水下钻探地区普遍存在。然而,应该理解,这种用法在大爆发,而不是分散的,与普通人类使用。这可能不允许地下水维持稳定水平的机会用完了,EPA也担心降低地下水位仅会导致由天然矿物质和化学污染的水也可以导致细菌生长,导致气味和味道的问题。降低表面水位变化会导致流的速度,温度,和深度,因为表面流和地下蓄水层有一个协同的关系,改变明显会影响另一个。大量取水量的影响将是最严重的干旱气候,如北达科他州。
化学混合物及其流动的历史
并发症用水量,担忧源于daniellevine液中使用的化学物质的性质。正如前面所讨论的那样,daniellevine流体主要由水和支撑剂,通常是沙子,和成千上万的化学添加剂浓度很小。化学品的用量取决于特定的条件,是骨折,可以通过计算机模拟的方式确定(31日]。表1以上,从环保局的提到的学习计划,显示了一个小的各式各样的液体中使用的化学物质。化学物质的确切数量和身份仍未披露,虽然EPA已经能够编译相当列表的已知的化学物质和估计他们的一些浓度。列表包含大约1000个条目,但它仍然是未知的这个数字与实际数量的化学添加剂。
毒性的化学物质落入一个范围,相对良性,如瓜尔胶和聚丙烯酰胺,有毒,如乙二醇和戊二醛。化学物质的数量和他们的身份被认为是由石油和天然气公司专有的,因此保护。不知道确切的身份和浓度的化学物质,很难评估压裂液带来的健康风险。一项调查由美国众议院能源和商业委员会,然而,能够产生如下:“…在2005年至2009年之间,14(主要)石油和天然气服务公司使用超过2500水力压裂产品含有750种化学物和其他组件,“包括”…29的化学物质有:(1)已知或可能的人类致癌物质;(2)监管下《安全饮用水法》对人类健康的风险;或(3)列为有害空气污染物在《清洁空气法》“32]。这并不回答的问题是否这些29在有害化学物质浓度。确实提出了另一个有争议的问题,然而,这是水下钻探活动的豁免《安全饮用水法》和《清洁空气法》。
在理想情况下,水下钻探流体不会进入饮用水资源的风险首先因为保护实施,如固井井筒周围,地下的地质测试布局在每个玩,和持续监测水力压裂条件。问题,而是来自真正的疏忽的可能性,可怜的建设,监督和人为错误导致无法控制的有害化学物质释放到饮用水资源。有几种模式,这可能发生。化学物质可以从页岩形成迁移到含水层的大型骨折,简陋井高压下可能导致管道爆裂,穷人和处理废水和化工产品在运输过程中可能会导致意外泄漏。
下半场地下水污染
地下管道爆裂事件由于页岩气钻井已报告,尽管很少。得克萨斯铁路委员会报告了12个管道爆裂的页岩,其中两种是地下(33]。这些管道爆裂的原因和后果不公开。统计频率的近海石油和天然气井井喷是国际石油和天然气生产商协会编制的,虽然没有数据陆上天然气和石油油井泄漏的频率(34]。有一些分析,然而,概述地下管道爆裂造成的后续赔偿。例如,凯利和Mattisoff报道在1982年在俄亥俄州的一个防意外造成的高压气体口袋(35]。气体立即飙升裸眼井筒通过自然骨折在地面运输。50一个家庭在一个11平方公里区域最终被疏散,泄漏是包含8个月后,有害气体浓度水平仍然发现在四个水井(35]。
废水
压裂后,油井的压力释放,流体迁移到表面的一小部分作为“返排”,这一过程可以发生在过去的几周36]。恢复的液体量估计大约25到75%在一些地区,如页岩,(37- - - - - -39)和10 - 30%,如马塞勒斯页岩玩(40]。排液的体积不报告任何政府机构,然而,这意味着这些估计会非常不准确的。无论如何,注入压裂液的其余部分被称为“生产水,”流出的同时也收获碳氢化合物气体。排液和水一起构成了生产废水从水下钻探。废水处理在许多不同的方面,包括治疗随后重用daniellevine相同或不同,注入二类地下注入控制(UIC)井,或治疗在公有处理厂(POTW)或商业废水处理设施(CWT)。
回收水下钻探的液体是一种有益的做法,因为它降低了应变引起的地面和表面水萃取,推迟治疗的需要水。之前被重用,液体确实需要治疗在一定程度上为了占页岩地层的天然矿物的溶解和生物地球化学的相互作用发生在注入。促进这个过程,德州农工大学的研究人员目前正在试点测试页岩地区移动处理系统(37]。如果回收液中使用已经注射,然而,有担忧的结构完整性以及一个或多个注射后,不是很清楚。回收,虽然有益,但不是最终的解决方案,为水下钻探流体仍将最终的结束循环,需要经过处理后返回给源或用于不同的目的。如果它没有得到治疗,那么至少需要隐藏在UIC。
注入了uic目前治疗daniellevine废水的最常见的方法。无论这不是一个选择,废水可以发送POTW或CWT治疗之前回到饮用水资源。而CWT可能特别装备来处理废水中的污染物,这不是POTWs的情况。氯化钠的内容,例如,破坏设备(38,41),陈词滥调导致有毒的溴化消毒副产品,POTWs缺乏对放射性核素治疗方法。由于这些原因,宾夕法尼亚州立daniellevine废水的处理有限POTWs POTW不到1%的平均每日流量(42]。此外,daniellevine污水不再允许发送15个不同POTWs在宾夕法尼亚州(43]。改善POTWs以便处理已知和未知daniellevine废水的污染物会通过允许石油和天然气公司更多的选择对他们如何管理废水。这将首先需要披露的压裂液的化学成分。
在这些危险的知识,需要实验来确定浸出等现象的化学物质到饮用水正在发生或可以将发生。通常情况下,如果发现污染水源,很难归结于它的起源仅仅daniellevine的实践,而不是自然原因。此外,很难确定在特定区域水质污染只在最近一段时间,或者如果它历来被污染。同样在这,还有待观察,未来将会有什么对水质预测应该daniellevine变得更加普遍。回答这些问题需要一系列的案例研究在不同的页岩井在相当时期。例如,美国环保署计划这样一个从国会调查方向与2012年底发布的初步报告。
景观效果
考虑后的信息来源的可信度(和后面的部分经济和监管机构),重要的是要强调一些似是而非,潜力,通常报道水下钻探技术的负面影响。这些温室气体排放的压裂液运输车辆和演习,土壤侵蚀周围水系流域由于激起以前由商用车,原状土的分类类型的联系,人类与水下钻探中的化学物质环境和意想不到的影响。雷竞技网页版对眼前的周边地区的影响钻网站比以前更严重。水下钻探水平钻孔可以探索更多的地下资源与表面积比以往任何时候都更少。通过谨慎的考虑,我们可以确定这项新兴技术的最危险的方面。
如果能够克服这些挑战,daniellevine肯定会成为美国的一部分能源格局在未来一段时间内。但话又说回来,许多政府监管机构给技术一个“通过”,允许它继续即使有这些问题。批评是工程师的工作,然后创建技术的变化。这是由于我们独特的规模和基本科学问题的理解,我们可以权衡相关影响工程师。一旦我们理解了负面影响,我们可以开始花时间和精力最小化,提供了一些建议。
水力压裂过程中的一个趋势是减少地表景观的影响。水力压裂过程比以往任何时候都需要较少的表面积(44]。在1970年代,20英亩表面允许勘探地下约500英亩。目前,由于水平钻井,6公顷,允许勘探和收购气体在地下约3200英亩。
附近的可燃水压裂网站是由于甲烷污染。这甲烷必须恢复,因为它可以成为desolvated当进入家庭厨房和浴室的地区。甲烷的稀释成封闭的大气空间已经知道维持燃烧性,可由火花从水龙头或任何金属对金属接触雷竞技网页版7]。因此,甲烷在饮用水源,代表了一种极端的危险。知道的一些环境影响水力压裂可以独立于水下钻探复杂问题引起的。Methane-water浓度应该监控无论在多大程度上是来自daniellevine事件。一项研究发现,百分之七的水井在纽约州有易燃的临界浓度或更高版本(45]。甲烷从饮用水中恢复过来可以放在植物,与其他天然气燃烧来产生能量。
它可能有利于减少公司监督和制定daniellevine流体提高均匀性对工艺条件和新法规的实施。此外,这简化了调整阶段公司面临着监管和代表性的变化中讨论关于水力压裂的政策。几乎是不可能执行的所有新的决定在法院和各级政府的大量企业委托,目前,有1000多个。
对于那些城市饮用水的污染,净化系统中和这些化合物的废水毒性,没有一个问题之前应该开发并纳入现有的污水处理厂。这些应该是污水处理过程中可能不具有毒性,但非常可能的。这是一个预防措施的情况下在水位捡起这些化合物的部分。目前,在很多城市周围的水力压裂技术,包括更大的城市,如纽约,克利夫兰,和其他人,没有措施来过滤二甲苯,苯或其它芳香族化合物。
即使水净化不再是一个问题,会有其他影响这些芳香族化合物的存在。这些衍生品称为芳烃苯,因为他们通常有很大的气味,说明他们有一个合理的蒸汽压在STP。吸入的暴露的长期影响和其他影响中概述他们的MSDS表和可能是可观的。关键的研究目前的影响可以而且应该被执行。水力压裂的好资源相关的事件地点的基础上报告fracktrack.com [46]。
所有daniellevine化合物,没有豁免,应该是公共知识,这样的结构可以评估和健康影响。如果这些混合物是知识产权或专有的,然后NDA协议必须由受人尊敬的第三方评估和签署必须参与peer-review-like过程。如果公司允许许可数量的液压有限,然后蒸发的礼节问题。
此外,许多估计忽视,在许多情况下,供应水和处置不应取自,然后处理同一个地方。当水是来自身体然后放回身体,它导致了“双稀释。“双稀释过程将化学在一个较小的体积,和它的浓度增加。这不同于从源水的首选方法,利用水力压裂,然后把水在提供之前回源或回收压裂过程中。
马塞勒斯页岩钻井在纽约西部和北部地区萨斯奎哈纳河包围。这水是采购Osteogo湖的库珀斯敦,纽约和来自西方的萨斯奎哈纳的分支。它有一个出口的切萨皮克湾Haavre de优雅,马里兰,因此与大西洋连接。这条河的体积流量为40080发生/ s和代表一半的流入到切萨皮克湾。流动的河也与特拉华州盆地互联在新泽西。很大一部分预测马塞勒斯页岩天然气的来源是纽约市的水水库和沟渠。天生的水下钻探过程中,地下空腔之间的互联和打破边界创建。这些特定的水库是90%的纽约水的来源。因此很担心这个过程发生在该地区。
萨斯奎哈纳系统的污染将是一个笨拙的清理操作,与哈德逊河的PCB污染通用电气在40年代到70年代47]。如果它被认为必要的清理负面影响的一个区域通过水力压裂,水力压裂的公司应该在财政上负责任的。
一个方法来确定水力压裂是污染的来源和毒性是使用同位素指纹示踪化合物。自25%的混合物注入恢复几周内注入,该方法是一种快速和相对廉价的方法来确定毒性是由于水下钻探。
有可能的地震和地震活动增强压裂网站由于地下结构的分解和去除液体。也许这些地区将为堆肥和垃圾填埋场。政府调查员经常寻找新的网站垃圾和垃圾减排和水力压裂网站可能会实现。
健康影响
基于广泛的信息,似乎下面的主题授权的修改目前的方法和提供直接的积极成果。人认为移动检测毒性致癌和致突变的化合物如二甲苯到安全地带。基于周围的地面水源,污染来自水力压裂液进入含水层。这尤其重要,因为这些化合物被证明能增加罕见的癌症,引起死产,导致高血压,可能导致死亡的小动物(48]。二甲苯、二甲基取代的苯类和吡喃饮用水中不存在自然的化学表妹,苯,是出现在非常小,特定的浓度。当二甲苯存在于血液、尿液和饮用水域上方MSDS和安全的医疗风险敞口限制,应该有一个搬迁过程中发生的那些人。一些批评人士的想法重新安置这些含有二甲苯可能说它不是移动它们或者说政府的权利,这是他们呆在它们的权利。然而,间接接触这些人,是一个不合理的雷竞技网页版风险和整体经济影响的卡车在水箱水,是一个当前的协议,是不可持续的。
此外,增加水平的钡、锶、和陈词滥调已经改变了整体的盐度俄亥俄河,其融合甚至超过密西西比州的宽度。这可能会导致高血压等健康影响那些喝这种水。牛吃草而死亡(49]。
规定
由于从地面与提取碳氢化合物相关的潜在环境影响,美国环保署一直监管下的石油和天然气行业的各种法规,确保土地、水、和空气保持保护(50]。这些法规直接适用于页岩气水力压裂,虽然有些已经修改为页岩气包括豁免。许多这样的豁免已经很有争议,争议导致大量的环境污染。这些法律被重写的可能性在未来,变得更加严格,可能需要许多传统的水力压裂过程的再造;困难的挑战和机遇。
几个关键行为管理的土地和水的资源保护和恢复法案》(《)、《安全饮用水法》(SDWA)和《清洁水法》(公告)。《资源管理生成、运输、处理、存储和处理的危险也waste-applying蓄水池用于存储使用水力压裂液体。SDWA属于活动可能污染地下水的来源的饮用水由于迁移注入液体从地下活动,而加入控制排放到地表水。SDWA监管部分由地下注入控制程序(UIC) (51,52]。EPA采用了基于技术的需求被称为目前最可行的控制技术(双极性晶体管)和增加了措施来禁止污染物倾倒航道(53]。
虽然这些行为轮廓一个非常复杂的系统的规章的预防措施保护环境,他们中的大多数已经修改为包括页岩气压裂知悉豁免。例如,勘探和生产(勘探)页岩气过程的废物不受《指南(54]。此外,当前立法不包括天然气活动UIC管辖权,除非柴油是专门的一个组件(17]。最后,许多部分立法甚至重新定义“污染物”,明确排除液体注入地面页岩气水力压裂过程中。几起交通事故和污染源于这些免税的某些方面的例子已经发现(35]。这些都导致了公众的强烈抗议和谴责的水力压裂过程作为一个整体,声称这些豁免最初的动机与政治和大企业,让他们的未来不清楚。
其他重要的行为相关的页岩气产业为保护空气提供指导;《清洁空气法》就是这样一个行为(CAA)。创新艺人经纪公司治理有害空气污染物和温室气体的排放。分段装配和操作需要许可证,服从新源性能标准(NSPS)和国家有害空气污染物排放标准(NESHAPs),记录和限制排放的有害空气污染物和空气污染物标准。“强制性温室气体报告温室气体排放的规定要求文档(55]。此外,主要生产商/发射器受到审查在预防严重恶化(PSD)和现有的最好的控制技术(BACT)项目56]。这些规定旨在确保空气保护,虽然空气污染的发生和程度从页岩气压裂通常被视为相当轻微相比,土地和水资源所带来的潜在危险。
虽然大多数这些行为提供伟大的框架保护空气、土地和水,很可能他们中的许多人将在未来的评估,以确保他们直接豁免有关页岩气开采不妥协的功效项目作为一个整体。此外,广泛的测试和研究可能需要评估现有和潜在的未来损害的程度的过程。因此,这提出了一个挑战和机会开始探索替代实践,方法和程序,确保土地、水、和空气保持清洁和保护57- - - - - -60]。
在表3,FTE代表“全职等效。“低和平均名称描述低和平均开发场景可能发生在不久的将来,这样他们就可以被视为“至少”和“预期”值,分别。NYS 12月报告还建议保守估计3100万至1.25亿美元的所得税收入从水力压裂的发展状态61年]。
表3。最大的直接和间接就业影响纽约[61]。
| 就业总人数(FTE工作) | ||
|---|---|---|
| 场景 | 低 | 平均 |
| 直接就业的影响 | 6198年 | 24795年 |
| 建设就业 | 4408年 | 17634年 |
| 生产工作 | 1790年 | 7161年 |
| 间接就业 | 7293年 | 29174年 |
| 就业总人数的影响 | 13491年 | 53969年 |
| 就业总人数百分之一的纽约州2010劳动力 | 0.20% | 0.70% |
2035年的预测
2010年到2035年预测的数据的比较EIA INGAA简洁的显示表4(62年]。
表4。2010年的数据与2035年的预测[57,58]。
| 页岩气作为… | 2010年 | 2035年 |
|---|---|---|
| %的美国天然气产量 | 23% | 49% |
| %的美国天然气消费 | 21% | 51% |
| %的美国年度能源使用 | 5% | 13% |
容易观察到,页岩气将增加一倍以上在收集和使用这25年的跨度,达到一半左右的天然气生产和消费和美国能源消耗总量的13%
图中所示图5显示,到2035年,美国将非常接近开关从天然气净进口国(净出口国63年]。社区的确切影响水力压裂的影响很难确定,以及建设和生产的成本,尽管新技术通常可以将成本降低作为过程随着时间的推移变得更好理解和优化。很明显从这些预测,然而,从水力压裂是天然气生产只是将成为更大的球员在美国能源市场和整体经济在不久的将来。对水力压裂过程的任何更改,尤其是那些来自批量的材料数量的担忧,应该尽快解决,因为它是明确的环境影响评价预测,这项技术的应用程序将继续迅速扩大,每年见图5。
图5:美国的天然气进口和出口数据和预测[63]。
水力压裂的成功带来了巨大的经济效益通过释放先前难以接近的天然气储备,但与此同时它带来了严重的挑战,扩大基础设施升级,来自快速生产的天然气。例如,丰富的原油从亚伯达省油砂促使需要建造大规模的“Keystone XL管道携带墨西哥湾的原油。虽然暂时推迟,发达的基础设施网络的一个可以告诉是实施水力压裂项目的先决条件。
基础设施网络相关生产页岩气聚集的天然气、页岩气的中游处理,运输天然气市场。在美国的情况下,over the next 25 years, the Interstate Natural Gas of America (INGAA) suggests a significant infrastructure network development to accommodate the production of natural gas. Specifically, the U.S. will need to add over 43 billion cubic feet per day of incremental mainline capacity; 1,400 miles per year of new gas transmission mainline; 16,500 miles per year of new gathering line, 600 miles per year of new lateral pipeline to/from natural gas-fired power plants, processing facilities, and storage fields [64年]。然而,这些只是基础设施需求的一部分。额外的基础设施,如当地的交通、加工厂,和液化天然气终端,都需要对整个基础设施网络。下面讨论的关键基础设施的需求和最新发展的蓬勃发展与页岩气生产的水力压裂技术。
水力压裂和生产
常用的钻井方法在水力压裂水平钻井,包括钻井深度足以包含物质的岩层中提取。这种钻探活动显著增加了当地对原材料的需求,即。混凝土、钢铁、和网站服务,这意味着丰富的人力资源。同时,它涉及到采购必要的设备,如泥浆搅拌机和许多高压和大容量泵(65年]。上述所有要求把负担当地生产设施,交通,和分发这些商品和服务。
也许一个更明显的水力压裂过程对当地设施的影响是由于使用大量的化学物质。在这个过程中,大量的水、沙子、支撑剂和化学添加剂注入层的磐石。这些材料通常需要运送到遥远的地区压裂现场所在地。这生成区域交通压力,尤其是欠发达的地方交通网络。道路和高速公路,在大多数情况下,需要升级,这既不是天然气行业或私人公司的责任。因此,水力压裂过程可能会扰乱当地的交通。
铁路系统,虽然能够携带更多的商品——一个铁路车载大约四卡车的产品,也强调,因为大量的原材料和设备用于水力压裂的网站。然而,它有助于消除一些卡车交通拥挤的小社区的压裂区域。例如,本州的Eagle Ford页岩促使扩大铁路从13000年到80000英尺的轨道,这是15000年的铁路汽车携带压裂砂、原油、乙醇,和电厂部分。这也许,显然,缓解当地的交通负担。
另一个问题是废物的处置和恢复时,液体从井撤出。因为超过700种化学物质,其中许多都是已知的致癌物质,存在于浪费,这些物质成为问题的适当治疗。此外,水力压裂化学物质的不完全披露增加了安全地处理废水的困难。许多废水植物不配备的技术可以在废水处理复杂的毒素,因此不能消除所有的浪费在卸货之前。水力压裂废水的负面影响降到最低,cooporative努力之间的天然气工业,政府,和废物处理设施是迫切需要的。
收集和处理
天然气提取表面后,它必须被收集、运送到加工厂传播——州际公路和州内的,和分销管道。图6总结了天然气和石油的整个传输过程从生产商到客户。
图6:天然气和石油的传播从生产商到客户[66]。
天然气从地下提取后,它需要经历几个进入收集荷兰国际集团(ing)线前处理步骤(图7)。由于提取天然气包含碳氢化合物液体和水可以干扰天然气压缩机和其他设备,需要先删除这些内容。这通常是在或接近完成的井口脱水和加工厂。防止剩余液体冷凝操作期间,不同设备安装管道,也监控少量的润滑油泄漏到天然气流(67年]。然后,收集管道进行剩余的天然气和其他植物,如胺单元,去除硫酸氢或二氧化碳,脱水和汞去除植物进一步净化。最后,气体被送到一个脱甲烷塔分离液态天然气(天然气凝析液)从天然气满足管道规范通过传输管道运输(68年]。
图7:处理步骤的原料天然气[69]。
由于这些长距离管道通常扩展,可以大量的投资。根据美国能源部,大约1000马塞勒斯页岩井坐未完成,主要是因为缺乏管道基础设施。威廉姆斯最近,能源基础设施公司签署了一份新合同,允许其提取、运输、和市场天然气凝析液和烯烃offgas McMurray堡附近,阿尔伯塔省。总资本支出将CA CA 5亿美元和6亿美元之间。海洛因能源有限责任公司现在是构建一个低温加工厂为蓬勃发展的天然气产量在密西西比石灰和迦南伍德福德页岩中。该设施能够每天处理6000万立方英尺的天然气,改善海洛因的处理能力每天大约1亿立方英尺的天然气。
运输天然气市场
现代的天然气运输系统包括一个复杂的网络号州际公路和州内的管道连接生产者和最终用途市场。除了收集管道、传输管道负责将天然气从加工厂/从进口终端高需求中心,连接到分销网络。管道分布作为道路和附近的小巷,携带气体的小直径线传输系统终端用户(70年]。适应需求变化引起的天然气价格的下降,输电和配电网络需要扩大和升级。图8是一个典型的例子的调整和增加基础设施,以支持一个活跃的马塞勒斯页岩。
图8:广泛的天然气管道已建成启用马塞勒斯页岩的发展[69]。
许多美国东北部的页岩气项目旨在加强需求和供应链之间的马塞勒斯页岩生产者和东北市场。大西洋东北部供应链接和访问管道项目将使市场供应的马塞勒斯页岩。第一个项目是为了能够每天提供大约25万dekatherms (MDth /天)的天然气从宾夕法尼亚州Leidy中心管道在新泽西。13英里的额外的管道段将需要建造除了额外的压缩和现有设施的修改。
能源公司已经增加了活跃的页岩中游资产的能力。光谱能量Corp .,安桥公司与终端设备能源公司正在开发一个Nexus输气项目将天然气从俄亥俄州尤蒂卡页岩在中西部地区和加拿大市场。估计成本的新管道通过东北俄亥俄州和密歇根州的部分将是12亿美元至15亿美元。尤蒂卡页岩,一个相对较新的页岩,躺在它的一些部分极强马塞勒斯页岩(已经有成百上千的石油和天然气井。
传输和分配管道的建设需要复杂的谈判,涉及环境、经济和安全问题。例如,州际公路的建设天然气管道从马塞勒斯页岩纽约吸引了一系列抗议由于管道的安全问题过于靠近学校,公园,和医院。
如果美国向国外市场出售天然气,海港,基础设施已经到位应该能够处理的负担。然而,巨大的港口设施需要由出口商液化天然气到-260°C。这可以大大提高成本。然后,使用专门的油轮运输气体。美国能源公司和行业希望向海外出售天然气,从他们可以卖更高的价格,更高的利润。与此同时,美国公用事业公司、制造商、和住宅客户要保持较低的天然气价格。因此,这又涉及到利益冲突考虑美国是否应该船剩余天然气监管市场。
潜在的巨大需求增加和页岩气产量动力基础设施的大规模发展。然而,成功依赖于美元供应的队伍和承担风险的意愿。为了降低风险,需要权衡之间的平衡的资本输出基础设施和页岩气项目的潜在回报。此外,某些法律、法规应该建立指定气体公司的发展公共基础设施的责任,并不强调因为密集的压裂活动。
公众意识是水力压裂过程的一个重要方面。一些非政府组织监控行业和向公众披露的事实。然而,责任不应该放在唯一的非政府组织,也是政府。每一个居民都应该感兴趣的美国的能源独立和帮助监控行业以及推动改善。水力压裂的成功产业不仅是享受的天然气公司,但它不是与和福利国家的经济以及国民的生活。是每个人的责任推动和支持行业提高。有很多问题在最近的辩论daniellevine最佳实践和是否继续水力压裂技术是安全的。许多daniellevine批评者引用,水力压裂是不好的对环境和它的副作用造成显著的公共健康威胁。州长,调节身体,工程师、公众人物和草根运动都重。受人尊敬的地质学家查尔斯·些许他的分析发表在自然(71年),这样声称他是一个独立的,无偏见的来源的事实。相反,他收到了超过400000美元的股息从水下钻探相关投资之前。他的信誉就减少了很多。行动像他离开读者困惑什么是真的,什么不是。与泄漏和泄漏相关的罚款应该增加了100到1000倍。每违规的成本应该更符合效果。
有沉重的辩论的可信度和融资其他调查。这是证明在纽约州州长安德鲁·库莫最近推迟的决定关于国家水下钻探禁令的延续。对话的一个主要来源是历史公正的大学评价。它出现了科莫要取消禁令,但突然他的观点转向一个警示后四年的研究。他希望更多的研究从土地中提取这个资源。重要的是要注意,页岩不会消失,如果不是立即提取;它仍然被困在页岩多年来。科莫州长的善变的表明公众人物并不总是有一个站得住脚的观点关于安全。通常,大学看一看发表事实和得出结论哪些行为最赎罪。
创建了一百万多个石油和天然气井自1940年代末以来,那些利用强化开采技术,如水平钻孔和新的加压液体,出现在过去的十年里占不到2%的井。因此,全面考虑影响水下钻探很小的宏大计划的钻井和井的历史。但其关键评价代表了一个更大的潜在收益比其他任何增强技术或流程。最困难的部分能量设计方法和相关的机械设备需要从地面提取页岩气。的清理问题的规模而言,预计货币收益与能源相关部门将超过较为重要的成本找到一个可持续的清洁过程。否则,经济学将杀死进程。然而,人类生活的基本的估值标准必须被保留下来。这是誓言,许多成员的顺序工程师了。因此,减轻这里描述的影响应该是在工业和大学研究小组的中心焦点设置在未来。
daniellevine有益于经济,将形成一个大的混合能源的一部分,伪造美国能源独立。在合理的金融手段水下钻探公司不损害等周边地区,使它们无法生存。如果他们这样做了,那么他们应该协助(i)将这些人的财务成本和修复土地的地方法律要求这样做,(ii)必要的直接成本和预防医疗保证人类生活不受影响。一个合理的简要列表研究有待回答的问题是:
•有多少人还是在每个事件的影响?
•违规行为或饮用水中甲烷浓度升高的网站可以直接归因于daniellevine吗?因为很多水从政府和公司财务独立HF-related公司,他们是有意义的确定甲醛污染的来源,不管来源。如果甲烷源,在水力压裂地区,然后时间分辨研究,不一定由自来水厂,要比甲烷浓度在植物输入水下钻探活动。
•什么这些化学物质的稀释压裂卷未来20年除以径流或预期储集层体积是多少?可以忽略不计,因为他们是如此之大?数量级估计压裂水卷过去和未来十年应该考虑。
•法律的影响和表面权利与矿产权利和土地征用权的概念。
一个警告是德州没有被授予豁免;这是公然忽视,声称美国环保署没有限制其水力压裂活动的权力。显然,所有的州都有很大收获压裂经济上,但忽略了环境和人类现在以后会带来严重的后果。
不可否认的是,水力压裂提供了巨大的经济效益,从以前的来源中提取能量,来减轻对外国石油的依赖。然而,有激烈的争论源于过程有毒化学物质的使用和他们接近的饮用水来源。大量的化学成分、数百甚至数千的顺序,他们的秘密自然可以理解创造公众的担忧。大量的文学存在,展示了程序和预防措施到位,防止污染饮用水和周围的生态系统。但仍有担心,如果事故发生在未来,无论是过失或人为错误,后果将是毁灭性的和持久的。尽管任何事故报告保持严格保密,有足够的证据相关的水下钻探灾难进一步加剧公众舆论。
随着技术的提高,水力压裂是缓解与许多疾病有关,但负担仍在行业采取适当的行动。再次,公民必须采取他们的担忧,他们的政府代表。法规介绍了提高水下钻探的过程更环保的技术和更少的有害物质。然而,这并不总是足够引起变化。限制柴油使用由美国环保署执行安全饮用水法案就是一个很好的例子中,由于环保署无视监管以及政府和执法力度不足,行业仍然使用柴油在压裂过程本质上的漏洞。因此,改善监管,甚至激励负责,道德决策是至关重要的改善。
这些规定的理由必须来自充分的科学实验。提供基础分析的第一步是daniellevine液中使用的化学品的信息披露。历史,化学物质的流动可能跟踪提供令人信服的理由水力压裂的影响对环境和公众健康。此外,更广泛的解决方案需要用于处理废水时,一个已知的并发症。更加丰富了,便宜处理废水的选择,倾向减少对石油和天然气公司应受责难地采取行动。
