La fratturazione idraulica è la disgregazione mirata di formazioni geologiche a bassa permeabilità mediante iniezione ad alta pressione di un fluido destinato alla fessurazione e microfessurazione della roccia. Tale fratturazione può essere effettuata in prossimità della superficie, oppure a grande profondità (più di 1 km , o anche più di 4 km nel caso dello shale gas ), e da pozzi verticali, inclinati o orizzontali.
Questa tecnica relativamente antica (1947), inventata per i giacimenti di idrocarburi convenzionali, ha visto rinnovato il suo interesse per la sua associazione con la perforazione orizzontale (sviluppata dal 1980). È il graduale controllo della redditività economica di questa associazione per i depositi non convenzionali, che ha guidato il recente sviluppo dello sfruttamento di questi ultimi: ha reso accessibili risorse che prima o erano inaccessibili o che non sarebbero state sfruttabili solo a costi esorbitanti e lentamente.
Viene effettuato fratturando la roccia per sollecitazione meccanica utilizzando un fluido iniettato ad alta pressione da un pozzo superficiale, per aumentarne la macroporosità e, in misura minore, la sua microporosità. Il fluido può essere acqua, fango o un fluido tecnico la cui viscosità è stata regolata.
Quando la pressione del fluido, iniettato alla profondità voluta, supera quella creata nel punto di applicazione dal peso delle rocce sovrastanti, si innescano una o più fratture; più esattamente, quando la pressione supera quella dell'acqua interstiziale nella roccia. Le fratture allargandosi con l'iniezione continua del fluido, possono poi diffondersi, possibilmente su diverse centinaia di metri, purché venga mantenuta l'alimentazione del fluido; la direzione che possono prendere le fratture è, ovviamente, oggetto di studi preliminari, ma è lungi dall'essere del tutto controllabile.
Per evitare che la rete di frattura si richiuda su se stessa quando la pressione diminuisce, il fluido viene arricchito (circa il 10%) di materiali di sostegno: polveri di materiali duri, principalmente granelli di sabbia setacciata, o microsfere di ceramica. Queste andranno a riempire le fratture e, una volta in sede e ricompresse dal peso delle rocce, costituiranno un mezzo sufficientemente poroso per consentire la successiva circolazione dei prodotti da estrarre. Il fluido iniettato contiene anche una complessa miscela di prodotti dell'industria chimica (tipicamente 0,5% in totale), tratti da un elenco di oltre 750 referenze commerciali. Questi includono additivi adatti alla fratturazione di rocce esistenti e spesso biocidi . Questi hanno lo scopo di prevenire lo sviluppo di possibili batteri che complicherebbero il processo di estrazione. (Questi batteri si nutrono di composti chimici presenti nel sottosuolo, acido solfidrico in particolare, ferro disciolto , ecc.)
Tipicamente, un'operazione di frattura individuale viene eseguita in poche ore - eccezionalmente diversi giorni - e un gran numero di fratture viene sfalsato lungo un unico foro orizzontale. Infine, durante la fase di estrazione, queste aree regolarmente distanziate di fessure artificiali consentiranno di drenare volumi di roccia relativamente lontani dall'asse del pozzo. Ma poco di più: le zone estraibili restano confinate in prossimità delle fessure così create, l'impermeabilità della roccia riprende rapidamente al di là. Di conseguenza, la produttività di un pozzo fratturato diminuisce abbastanza rapidamente nel tempo: un quarto dei volumi recuperati viene recuperato nel primo anno, con una produttività che scende al 10% dopo cinque anni.
L'uso principale di queste tecniche è quello di stimolare la velocità e l'estensione del drenaggio di gas o petrolio da un pozzo, in giacimenti di rocce poco permeabili (es. scisti) che, senza questa tecnica, non produrrebbero quasi nulla.
Quando gli idrocarburi sono intrappolati all'interno della matrice rocciosa stessa, la fratturazione idraulica facilita l'accesso a una parte più ampia del deposito. Combinato con altre tecniche che utilizzano un cocktail di sostanze chimiche aggiunte al fluido di fratturazione, facilita anche il desorbimento e quindi il recupero di gas o petrolio che erano rimasti intrappolati per milioni di anni nella matrice rocciosa stessa (scisti, scisti bituminosi con un carattere scaglioso e naturalmente inadatto alla rapida percolazione ).
Dalla fine degli anni 2000-2010, queste tecniche hanno scatenato una polemica in Nord America , che sembra diffondersi in tutto il mondo, mentre grandi operatori industriali si apprestano a sfruttare nuovi giacimenti di petrolio e gas nei fondali profondi , in Alaska , Canada e il resto del mondo.
Per questa tecnica si parla anche di “idrofratturazione” o “fratturazione idrosilicea” (o anche “ frac job ”, frac'ing nell'industria, o più in generale “fracking” , o “fratturazione idraulica massiva” ( Massive Hydraulic Fracturing o MHF per anglofoni), da non confondere con l'idrofratturazione naturale (crioclastia) che risulta, in superficie, dall'effetto del congelamento dell'acqua intrappolata in una roccia.
Secondo il sito web della società Halliburton , uno dei maggiori operatori in questo campo, l'idea di aumentare la produttività della perforazione tramite fratturazione ad alta pressione fu lanciata dalla stessa multinazionale Halliburton negli anni '40 , con un primo esperimento nel 1947. in Kansas per conto della compagnia petrolifera e del gas Stanolind Oil and Gas Corp. .
Nel 1957, il processo è stato migliorato con nuove pompe e compressori che consentono di raggiungere pressioni più elevate. Nel 1972, il gruppo Halliburton ha perfezionato il suo processo Waterfrac . Sei anni dopo, Esso Resources Canada sta testando un pozzo orizzontale a Cold Like Leming (sperimentando il drenaggio per gravità assistito termicamente di olio pesante molto viscoso) e Arco sta effettivamente ringiovanendo i suoi pozzi "high GOR" ( High Gas / Oil Ratio Wells). ; elevato rapporto gas/olio) aggiungendo pozzi orizzontali l'anno successivo, risolvendo nel contempo un problema di cono ("gasconing"). Nel 1980, Texaco Canada ha completato un programma di perforazione di sabbie bituminose poco profonde e non consolidate nel deposito di Athabasca .
Dal 1979 al 1983, mentre si scavavano pozzi orizzontali nei paesi dell'Est, nell'Europa occidentale, Elf-Aquitaine , in collaborazione con IFP, perforò quattro pozzi orizzontali in giacimenti petroliferi, tre dei quali si trovavano nel continente in Francia ( Lacq 90, Lacq 91, Castera-Lou 110H in Francia); il quarto (Rospo Mare 6D) si estende in Italia al largo della costa nel bacino carsico del giacimento di Rospo Mare (area italiana del mare Adriatico ). Nelle prime prove di pozzi orizzontali a Rospo Mare , la produttività è stata 20 volte superiore a quella dei pozzi verticali nei paesi limitrofi. Nel 1986 e 1987, quindi dal 2004 al 2008, sono state effettuate diverse operazioni in Seine-et-Marne sotto il controllo di DREAL e DRIEE .
Dallo scavo del suo primo pozzo orizzontale, il gruppo Halliburton avrebbe effettuato oltre 1 milione di operazioni, che avrebbero consentito di estrarre oltre 17 miliardi di metri cubi di gas. Ma mentre il suo "uso sicuro ed efficiente non è mai stato più importante di adesso" , si distingue per i suoi impatti socio-ambientali che sembrano maggiori del previsto (inquinamento dell'acqua, dell'aria e del suolo, e impatti sulla salute e sul clima). Nel 1974 , quando fu votata la nuova legge sull'acqua, non si tenne conto della fratturazione idraulica e dei suoi rischi. Poco dopo (nel 1979 ) iniziò l'esplorazione e l'inizio dell'estrazione mineraria su larga scala in Texas (in un giacimento chiamato " Barnett shale " )
Il primo utilizzo industriale della fratturazione idraulica risale a più di un secolo fa. È descritto in un bollettino dell'US Geological Survey nel 1903 , secondo TL Watson. Prima di allora, la fratturazione idraulica è stata utilizzata (ed è tuttora) nelle carriere di Mount Airy (vicino a Mount Airy, nella Carolina del Nord ) per frantumare il granito e separarlo più facilmente che con esplosivi dai massi del substrato roccioso.
Il primo test di fratturazione idraulica profonda (senza perforazione orizzontale) mirava a stimolare un pozzo di petrolio e gas naturale . Sarebbe stato testato per la prima volta negli Stati Uniti , nel 1947, dalla ditta Halliburton . Il suo sviluppo commerciale seguì rapidamente, dal 1949 . Grazie alla sua efficienza, questa tecnica è stata rapidamente adottata da altre società, per essere utilizzata oggi in tutto il mondo, in decine di migliaia di pozzi di petrolio e di gas ogni anno.
I molti geologi che hanno lavorato per le compagnie petrolifere durante il cosiddetto periodo dell'oro nero conoscono già esempi naturali di fratturazione per pressione o depressione interna nel substrato roccioso. In una faglia naturale, l'introduzione di una soluzione idrotermale ad una pressione superiore a quella dell'acqua interstiziale (qui contenuta nei pori della roccia) provoca la fratturazione. Tali fenomeni possono essere originari di origine vulcanica , eustatica , tettonica , o derivare da movimenti geologici e riequilibri. Sono fenomeni di fratturazione “idraulica” naturale (nel senso generale e meccanico della parola idraulica , dove la pressione idraulica può provenire non dall'acqua, ma anche da fango, lava o roccia ignea).
Le più spettacolari sono le “ dighe ”. Queste lame rocciose, a volte sottili, a volte spesse diversi metri, possono intersecare (possibilmente ad angolo retto) altri strati geologici rocciosi, cosa che li differenzia dai " davanzali " dove la roccia ignea si è insinuata solo tra due letti rocciosi preesistenti.
In questi ultimi due casi non è acqua, ma roccia magmatica, liquida perché in fusione, che ha frammentato o semplicemente riempito la rete fratturata. Una volta che la roccia si è raffreddata, l'integrità fisica del substrato roccioso viene in una certa misura ristabilita, persino rinforzata.
Al contrario, la fratturazione idraulica, come oggi praticata industrialmente, mira a rompere l'integrità del substrato roccioso, in modo duraturo, inserendo sabbia o materiali speciali atti ad impedire la chiusura della rete di frattura. Su scala molto ridotta, molto localmente e in superficie, alcuni sistemi di geyser potrebbero indurre fenomeni di microfratturazione idraulica, ma senza confronto con la fratturazione prodotta a grande profondità con le moderne pompe idrauliche .
L'uomo conosce da tempo la fratturazione, per congelamento, di alcuni calcari gelificanti (fenomeno utilizzato da secoli dai contadini per la produzione di ammendanti calcarei nelle zone fredde o temperate, ma temuto dai costruttori che non utilizzavano questi calcari. interrato nelle fondamenta ( protezione dal gelo ), o protetto dal freddo nel cuore dell'attrezzatura delle mura di fortificazione). Gli uomini preistorici, per produrre i menhir sapevano già usare delle tacche tagliate nel granito , nelle quali conficcavamo un pezzo di legno secco, poi innaffiato in modo che si gonfiasse fino a spaccare il granito. L'idea di utilizzare la pressione per spaccare o frammentare le rocce è quindi antica, ma il suo utilizzo a grande profondità richiedeva potenti pompe idrauliche (montate su autocarri) e mezzi per rendere stagni i pozzi, mezzi che prima non esistevano.
Abbiamo subito avuto l'idea di iniettare sabbia nelle fratture e microfessure prodotte dal fluido fratturativo. Negli anni '70 sono comparsi sul mercato nuovi agenti di ritenzione ( proppant ), ad alta resistenza, con ceramica ( sinterizzata ). Testati in laboratorio in sistemi di fratturazione da 2.750 m a 5.800 m di profondità, sono noti per mantenere aperte le fratture resistendo meglio alla compressione e alle alte pressioni (oltre 76 MPa), mentre resistono agli acidi introdotti nei fluidi di fratturazione o presenti nel deposito. In laboratorio resistono a pressioni molto elevate e non perdono nessuna delle loro qualità a temperature di 150 °C . Sono microporose , e di vari diametri e colori. La loro densità può essere la stessa delle sabbie utilizzate in precedenza. Al di là di certe pressioni, è il materiale roccioso che si schianta intorno ai sostegni.
Perché questi pozzi fossero redditizi, era ancora necessario inventare e padroneggiare la perforazione orizzontale, che spesso sostituisce vantaggiosamente più pozzi verticali, e che - da un unico pozzo verticale - può drenare più strati di un giacimento "multistrato" (uno parla poi di "pozzi multilaterali", di cui le versioni più moderne e complesse sono a lisca di pesce).
La prima perforazione orizzontale volontaria e riuscita sarebbe quella di un pozzo scavato da Elf-Aquitaine , Lacq-90 , nel sud della Francia, effettuato nel giugno 1980 , seguito da Lacq-91 , Casteralou (Francia), Rospomare-6d ( Italia) e Pelican Lake (Canada). Dieci anni dopo, centinaia di pozzi orizzontali sono stati perforati ogni anno, e poi centinaia saranno perforati ogni anno, poi migliaia negli anni 2007-2010, grazie ai progressi nella chimica e nella fisica dei fanghi e dei fluidi di perforazione. progressi nella prospezione sotterranea e offshore , motori a fondo pozzo , combinati con dispositivi di geolocalizzazione sotterranei continui per perforare pozzi di curvatura a basso raggio. Allo stesso tempo, con il progresso dei computer e dei software per computer, anche la modellazione è progredita. Tutte queste condizioni erano necessarie per poter rendere la fratturazione “utile” e “redditizia” (nelle condizioni economiche, tecniche e legali del momento) per sfruttare risorse fossili sempre più lontane e fortemente intrappolate nella roccia.
Per quanto riguarda i sostegni , è necessario sottolineare l'evoluzione della tecnologia, consistente nell'utilizzare fin dagli anni '80 sfere ceramiche elettrofuse a base di silice e zirconia , prodotte dalla società francese “Société Européenne des Produits Réfractaires” con il nome commerciale ZIRPROP. Questi prodotti sono descritti in particolare nel brevetto europeo n. 52537.
La misurazione degli impatti ambientali negativi è emersa prima in Nord America e poi si è diffusa in Europa.
Si concentra sugli impatti diretti e indiretti di questa nuova forma di sfruttamento dei combustibili fossili e in particolare sul degrado ambientale (di ecosistemi, falde acquifere, aria, acque sotterranee e superficiali, suolo e sottosuolo) ; casi sospetti di contaminazione delle acque sotterranee sono stati identificati negli Stati Uniti. In particolare, è imputabile la faglia di cementazione nelle parti superiori del pozzo e non la tecnica di fratturazione idraulica in sé. Le falde acquifere si trovano a circa un chilometro di profondità dalle aree sfruttate, il che rende molto ipotetico il rischio di contaminazione diretta.
Inoltre, gli impatti a medio e lungo termine del deep fracking non sembrano essere stati oggetto di studi pubblicati, e anche all'interno delle amministrazioni potrebbero esserci conflitti di interesse o divergenze di punti di vista tra i dipartimenti responsabili dell'ambiente , acqua potabile o valutazione ambientale e coloro che sono responsabili ( ad esempio nello Stato di New York ) di garantire energia abbondante e poco costosa o un'industria fiorente.
Il film documentario Gasland immagini di casi molto preoccupanti di inquinamento presentato da perforazione e / o fluidi di fratturazione e di sollevamento del gas, ad esempio nella rete di acqua potabile domestica e nei pozzi superficiali di una città. Da Colorado ( un'indagine svolta dal Colorado Oil and Gas Conservation Commission avrebbe successivamente dimostrato che questo caso particolare era dovuto al metano naturalmente presente nell'acqua e non alla tecnica di fratturazione idraulica ). In altre aree di sfruttamento del gas di fratturazione idraulica, testimonia problemi di salute cronici nella popolazione, ecc.
Possono provenire da perdite nel terreno, da pozzi e durante il trasporto, e dall'aggravamento dell'effetto serra dovuto all'utilizzo del gas naturale.
Nel 2012 la natura massiva delle perdite di metano è stata confermata dalle analisi effettuate nel 2011-2012 nel bacino gassoso di Denver-Julesburg (Colorado) in esercizio; quasi il 4% della produzione viene disperso in atmosfera, senza nemmeno tener conto di altre perdite a valle della rete (fughe da sistemi di stoccaggio, tubazioni e distribuzione). Queste cifre confermano la valutazione di Howarth del 2011, che era stata contestata dall'industria del gas e da alcuni accademici.
La fratturazione idraulica produce i primi rilasci irregolari (bolle di gas e “rutti di produzione” che le compagnie del gas rilasciano nell'aria dapprima (della durata di un mese o più), prima che il pozzo sia collegato ad una condotta. "Chiusura" del pozzo, altro più possono verificarsi perdite diffuse.In questo bacino studiato nel 2011-2012, una piccola parte del CH 4perso proveniva dai serbatoi di GPL (scorte pre-imbarco), “ma gran parte di esso (il CH 4) è solo gas grezzo che fuoriesce dalle infrastrutture” , con una perdita dal 2,3 al 7,7%, stima media del 5%, leggermente superiore a quella fatta dalla Cornell University nel 2011 (dal 2,2% al 3,8%) per pozzi e scisti produzione di gas. Questa stima è anche superiore alla precedente stima dell'EPA (che ha rivisto la sua metodologia), "che nel 2011 ha circa raddoppiato l'inventario ufficiale delle emissioni dell'industria del gas naturale durante l'ultimo decennio negli Stati Uniti" . L'1,9% del gas perso durante la vita di un pozzo fuoriesce dal pozzo a causa della frattura. Sarebbe tecnicamente possibile catturare e stoccare questo gas e quelli derivanti dal processo di fratturazione, ma a costi eccessivamente elevati a seconda dell'industria del gas. Secondo la NOAA ( National Oceanic and Atmospheric Administration ) sulla rivista Nature (febbraio 2012), il CH 4 disperso nell'aria è almeno il doppio di quello annunciato dall'industria del gas.
Per ridurre il proprio debito ecologico o quello delle attività “carbon”, produttori e operatori di risorse fossili offrono lo stoccaggio geologico consistente nell'iniezione e stoccaggio di CO 2prodotto dal futuro sfruttamento di gas, carbone e petrolio, almeno da grandi centrali elettriche o fabbriche di chimica del carbonio. Ma c'è da temere che la fratturazione geologica degli invasi, costituiti appunto da strati resi molto permeabili, renda molte formazioni geologiche inadatte anche alla conservazione del CO 2.
Nel febbraio 2011, il New York Times ha pubblicato documenti che hanno rivelato che l'acqua scaricata dalla trivellazione del gas di scisto era radioattiva a velocità che raggiungevano 1.000 volte i limiti consentiti.
Inoltre, gli industriali del settore hanno mostrato poca trasparenza, alcuni non rivelando l'esatta composizione della miscela iniettata in nome del segreto operativo, è stato uno dei principali punti di attacco da parte dei detrattori di questa tecnologia. Tuttavia, diversi operatori hanno pubblicato l'elenco dei prodotti presenti nel fluido fratturante, su richiesta delle associazioni dei consumatori e delle autorità americane. Oggi le aziende sono tenute a pubblicare l'elenco.
La maggior parte Di sostanze chimiche , Altamente diluite E rappresentano solo lo 0,5% della miscela, sono conosciute e utilizzate nella vita di tutti i giorni. Se negli Stati Uniti i produttori potevano indurre i privati a firmare un accordo di riservatezza che non consentiva la rivelazione di problemi sanitari o ambientali, nessun accordo del genere può essere stipulato in Francia (gestione del seminterrato appartenente allo Stato).
Uno degli impatti citati, soprattutto nelle regioni aride o dove la potabilità dell'acqua è già degradata, è il problema dell'elevato consumo idrico richiesto dalla massiccia fratturazione idraulica (MHF, che si sta sviluppando maggiormente), che può richiedere da 190 a 1900 m 3 di fluido di fratturazione e da 50 a 500 tonnellate di materiali di sostegno.
I pozzi di questo tipo di sfruttamento sono molto produttivi all'inizio ma poco durevoli. C'è poco gas nei serbatoi, a volte soggetti agli effetti dell'allagamento del pozzo da parte dell'acqua ( coning ) che sfrutta anche la fratturazione per circolare meglio (possibilmente inquinando se stesso nel processo), il che rende il pozzo obsoleto. anni.
Gli operatori di giacimenti di gas o petrolio sono stati così costretti a schermare il paesaggio con decine o addirittura migliaia di pozzi in pochi anni accompagnati da aree di stoccaggio, bacini, strade, ecc.) portando al degrado dei paesaggi .
Inoltre, c'è un'incertezza geologica : anche se le tecniche di sondaggio sismico affinate dalle compagnie petrolifere hanno fatto grandi progressi, alcune faglie o disomogeneità potrebbero non apparire o essere fraintese, soprattutto in ex bacini minerari già in uso, allo stesso tempo. subsidenza mineraria, per esempio. Inoltre, il controllo del volume e della regolarità della fratturazione di una roccia non omogenea rimane una sfida;
Pratiche passate o attuali hanno generato altre controversie.
Il lavoro a grande profondità è soggetto all'empirismo (le leggi di scala ei regimi di propagazione sono modificati dalle condizioni locali, ma anche dalla ripetizione delle operazioni di fratturazione). L'empirismo è ancora inevitabile, anche in prossimità della superficie del terreno dove i rischi per le falde acquifere superficiali sono più importanti; il confronto sperimentale della modellazione di una fratturazione (di un materiale noto con una pressione nota) con la rete realmente fratturata, nel caso di semplici esperimenti effettuati in superficie, mostra differenze che possono raggiungere il 30%. Si può ipotizzare che in profondità sia ancora più difficile modellare, controllare e verificare i processi di fratturazione, soprattutto quando i fori sono ravvicinati (come spesso accade negli Stati Uniti). I modelli e le equazioni matematiche non sono ancora in grado di descrivere la realtà molto complessa dei processi di fratturazione profonda.
Permangono altre incertezze sul rischio di drenaggio acido e sul comportamento modificato della roccia fratturata di fronte alla pericolosità sismica . Collegamenti tra zone fratturate e faglie geologiche esistenti che possono anche comparire. E in alcuni casi ( ad esempio il giacimento di gas della Texas Cotton Valley ), anche quando è stata utilizzata una quantità molto piccola di sabbia o materiale di sostegno, il sistema di frattura non si è chiuso.
Oltre agli impatti paesaggistici, ora visibili sulle immagini satellitari, gli impatti diretti e indiretti in termini di impronta ecologica , e sull'effetto serra e l'inquinamento atmosferico (tramite l' inquinamento stradale fortemente mobilitato da queste attività) e i possibili impatti eco-paesaggistici (legati in particolare ai fumi di impianti e bacini di stoccaggio per fluidi e acque inquinate), sappiamo dall'osservazione di sistemi di fratturazione idraulica naturale che la fratturazione profonda della roccia contribuisce a modificare la formazione geologica, con creazione di percorsi preferenziali, zone di corrosione chimica della roccia . Nuove popolazioni batteriche possono essere introdotte in ambienti dove possono nutrirsi degli idrocarburi desorbiti dalla roccia e che non saranno stati allevati dal pozzo a fine vita. A grandi profondità, fluidi idrotermali contenenti elementi indesiderati ( radionuclidi , metalli pesanti , arsenico , acidi ) possono formare o invadere la rete di fratturazione e raggiungere i pozzi. L'iniezione di acidi nel terreno aiuta a dissolvere i metalli e l'arsenico.
Il fatto che negli Stati Uniti e in Canada gli operatori industriali ed economici che hanno realizzato progetti per lo sfruttamento di risorse fossili non convenzionali abbiano beneficiato di privilegi, agevolazioni ed eccezioni straordinarie alquanto inusuali rispetto alla normativa (queste società non hanno rispettare le tre grandi leggi ambientali negli Stati Uniti), pur non rivelando l'elenco delle sostanze chimiche utilizzate, né gli impatti indiretti delle loro attività. Un disegno di legge chiamato Fracturing Responsibility and Awareness of Chemicals Act presentato nel 2009 mira a costringere i produttori a divulgare l'elenco delle sostanze chimiche che iniettano nel sottosuolo, ma nel 2010 l'industria petrolifera e del gas si è opposta di nuovo, con successo, a questa legge. L'EPA si è offerta di collaborare concedendo loro la possibilità di discutere di segreti commerciali in modo da non divulgare determinati prodotti al pubblico.
Per il grande pubblico , la questione degli impatti sulla salute è stata sollevata per la prima volta dal film Gasland , ma non era uno studio epidemiologico scientifico su larga scala.
Vari studi hanno successivamente suggerito che vivere vicino a siti petroliferi utilizzando il fracking è associato a una vasta gamma di effetti negativi che vanno da un aumento del rischio di asma ed emicrania a un aumento del rischio di ospedalizzazione per malattie cardiovascolari , disturbi neurologici e cancro . Per precauzione, alcuni stati hanno già vietato il fracking ( Maryland e New York State ).
I primi studi hanno riguardato principalmente l' inquinamento dell'acqua da parte delle sostanze chimiche del fluido di fratturazione a seguito di possibili perdite di integrità dei tubi di perforazione o per il sollevamento di elementi profondi attraverso i pozzi.
Successivamente, diversi studi recenti si sono concentrati sulle valutazioni costi-benefici per l'ambiente e sui possibili effetti delle sostanze chimiche presenti nel "fluido di fratturazione" poi trovato nell'aria in prossimità dei pozzi di fratturazione.
Alla fine del 2017 è stato pubblicato sulla rivista Science (Science Advances) un ampio studio (condotto da epidemiologi della Princeton University). Questo è il primo confronto su larga scala di alcuni robusti indicatori di salute da un lato nei bambini nati prima e dopo l'estrazione del gas di scisto fracking in Pennsylvania e dall'altro nei bambini nati a meno di 1, 2 o 3 km di un pozzo trivellato. Questo studio mostra che i genitori che vivono vicino ai pozzi di frack hanno un rischio notevolmente aumentato di avere figli con un peso alla nascita significativamente inferiore rispetto ai bambini nati più lontano dai pozzi. Precedenti studi avevano anche riscontrato un aumento del rischio di basso peso alla nascita per i neonati, ma mancavano di potenza statistica o non misuravano se l'intensità del rischio fosse correlata con la distanza dalla perforazione.
Questa volta sono stati studiati 1,1 milioni di certificati di nascita di bambini nati in Pennsylvania. Questi bambini sono nati dal 2004 al 2013 (il periodo di tempo durante il quale sono stati perforati più di 10.000 pozzi frack in Pennsylvania per estrarre il gas). Su questo certificato figurano l'indirizzo dei genitori, il peso alla nascita, il numero di mesi di gestazione, la presenza di anomalie congenite e alcune anomalie alla nascita. I ricercatori sono riusciti a sovrapporre questi dati alle mappe che mostrano i luoghi e le date di inizio e fine attività dei pozzi perforati in Pennsylvania. Hanno esaminato i dati dei certificati per i bambini nati in cerchi concentrici di 1 km disegnati attorno a ciascun sito: uno a 1, 2 e 3 km. e oltre. Le differenze sono chiare: i bambini nati da madri che vivono entro un miglio da un pozzo avevano il 25% in più di probabilità di avere un basso peso alla nascita (meno di 2.500 grammi o 5,5 libbre) rispetto ai bambini a più di 3 chilometri di distanza. Questi bambini erano anche meno sani. I nati nel secondo e nel terzo cerchio erano anche più piccoli e meno sani dei bambini nati da madri che vivevano più lontano, ma un po' meno colpiti di quelli nati da madri che vivevano a meno di un miglio di distanza. Per evitare distorsioni legate ad altri fattori di rischio (come vivere in un quartiere povero o in una città inquinata) lo studio non ha contato i bambini nati in aree urbane come Pittsburgh e Filadelfia (dove i bambini sono anche più grandi. rischio di nascere con un rischio inferiore a peso medio). I ricercatori hanno anche confrontato fratelli nati da madri che vivevano vicino a un sito di frattura e che avevano avuto un figlio prima e dopo l'inizio della frattura e poi un altro dopo; questo campione era più piccolo (594 bambini esposti a frattura con fratelli e/o sorelle non esposti) ma tra questi bambini, quelli nati da madre esposta erano statisticamente più piccoli e in condizioni di salute peggiori degli altri. A più di 3 chilometri, non c'è più effetto rilevabile. I fattori coinvolti non sono ancora noti. In questo caso l'inquinamento dell'acqua potabile non sembra essere la causa o almeno non il primo fattore, perché molte famiglie non hanno bevuto l'acqua di un pozzo o pozzo locale. La causa sembra da ricercare nell'aria o nell'ambiente vicino al pozzo; Permane quindi una dispersione nell'ambiente dei prodotti chimici utilizzati per il fracking, fughe di gas, effetto indiretto dovuto all'aumento del traffico di autocarri e lavori pesanti legati alla fratturazione idraulica. Gli autori sottolineano che un basso peso alla nascita, spesso dovuto ad un ambiente degradato, è predittivo di un aumento del rischio di mortalità infantile, asma, iperattività associata a disturbi e deficit dell'attenzione, di risultati scolastici inferiori e quindi di finanze inferiori alla media. reddito. L'autore principale aggiunge che i bambini possono essere paragonati ai “canarini” usati un tempo nelle miniere per la loro grande sensibilità come grisù o micidiale rilevatore di CO; probabilmente non sono le uniche vittime; se subiscono tali effetti, anche gli anziani e le altre persone vulnerabili che vivono vicino ai pozzi rischiano di vedersi degradare la propria salute a causa del fracking. Secondo lei "non si tratta più di discutere se ci siano o meno effetti sulla salute, ma di discutere su come aiutare le persone che vivono vicino al fracking" .
Ha lo scopo di aumentare o ripristinare la velocità con cui fluidi grassi come petrolio , liquidi (acqua) o gas possono essere prodotti ed estratti da un giacimento sotterraneo, di cui (è sempre più il caso) per i cosiddetti giacimenti non convenzionali come il carbone letti o scisto che non potrebbero essere sfruttati con metodi convenzionali.
Ad esempio, gli scisti (la roccia sedimentaria più comune) contengono del gas intrappolato in pori molto piccoli (circa mille volte più piccoli di quelli dell'arenaria nei giacimenti di gas naturale convenzionali ). Questo gas può essere estratto solo fratturando la roccia.
La fratturazione idraulica mira più spesso a consentire l'estrazione di gas naturale e petrolio da formazioni geologiche profonde ( spesso da 1 a 4 o anche 5 km ). A questa profondità, il substrato è generalmente non sufficientemente poroso o permeabile per consentire al gas naturale e/o al petrolio di fluire attraverso il substrato fino al pozzo ad una velocità tale da rendere il pozzo redditizio attraverso la vendita di gas.
Ad esempio, la permeabilità naturale degli scisti è estremamente bassa. La frattura di porzioni molto grandi di strati di scisto è per questo motivo una condizione necessaria per l'estrazione redditizia del gas che vi è intrappolato (in quantità molto piccole per metro cubo di scisto).
La frattura di uno strato mirato di roccia contenente idrocarburi fornisce un percorso conduttivo da un'area più ampia del giacimento al pozzo, aumentando l'area prospettata dal sistema di rete pozzo/crack, con conseguente gas naturale e liquidi. formazione.
Si svolge in più fasi:
La difficoltà principale è che l'operatore deve lavorare alla cieca ea distanza, sulla base di modelli geologici e meccanicistici con molte incertezze. Ogni perforazione è, inoltre, un caso particolare, in particolare a causa delle variazioni naturali del substrato (natura delle rocce, stratigrafia , immersione , anisotropia , possibili anomalie di temperatura e/o anomalie magnetiche tali da disturbare la misurazione dell'altezza di fratturazione dal pozzo orizzontale, o disturbare alcuni strumenti di misura ( magnetometri, ecc.) per misurare la direzione di perforazione, ecc.).
Le serie di punte sono soggette a forze di trazione (trazione/compressione), pressione, flessione e torsione, abrasione e corrosione che possono variare a seconda del contesto e dell'usura del materiale. Nelle curve del pozzo, e ancor più nelle parti orizzontali del pozzo, si può formare un “letto di scavo” (letto di deposito di particolato (particelle da perforazione o talee, ecc.), con il rischio di “incollarsi” riducendo le prestazioni del pozzo o addirittura determinandone l'ostruzione (portate elevate durante la perforazione riducono tale rischio, così come l'utilizzo di un fluido di perforazione in regime turbolento, ma questo favorisce un ulteriore aumento del consumo di acqua, parte della quale andrà persa nel seminterrato). Infine, crepe o difetti correlati, intrusioni correlate e altre perdite possono creare bypass e localmente impedire l'apertura dei pori e strati di roccia.
gradualmente, come i serbatoi argille spesse e omogenea saranno stati sfruttati, e che faremo cercare di perforare strati di scisto più sottili, sarà necessario controllare sempre meglio l'altezza delle fratture in modo che non si estendano oltre lo strato di scisto. facile, a causa della mancanza di strumenti di misurazione e controllo sufficientemente precisi. Gli strumenti e i metodi disponibili intorno al 1980 (quando le perforazioni negli scisti cominciarono a moltiplicarsi) misuravano al meglio l'altezza della frattura entro un raggio di circa 2 m (0,6 m ) e se la modellazione è molto avanzata nei decenni 1970-1990, non Non c'è modo oggi di determinare con precisione in situ , in tempo reale ea costi ragionevoli, l'altezza e la profondità della rete fratturata nella formazione. Il rischio di fratturare la roccia circostante, spesso più permeabile, aumenta quando gli strati di scisto esplorati sono più sottili.
In superficie, i rischi di inquinamento esistono a monte ea valle dell'operazione e durante la stessa in caso di incidente. Questi rischi riguardano l'inquinamento del suolo o delle acque sotterranee o superficiali. Sono particolarmente legati ai prodotti chimici utilizzati. Ci sono anche rischi di esplosione , incendi , perdite o l'emergere di un geyser fluido. Possono derivare da un errore umano o da carenze materiali.
Sono anche legate all'incertezza del lavoro a distanza e alla cieca che l'operatore deve svolgere. Quest'ultimo si confronta con la grande complessità della propagazione di fratture multiple (con una propagazione caotica e incontrollabile di fratture complesse). Eventuali perdite o deviazioni dalle teste di perforazione, ecc. può verificarsi.
L'operatore è così esposto al rischio di rotture o perdite improvvise, conseguenti a brusche cadute di pressione o al contrario ad aumenti di pressione che l'apparecchiatura deve sopportare. Le migliori simulazioni numeriche sono ancora troppo imperfette per garantire che questi rischi siano evitati.
Ogni operazione è fonte di deformazioni strutturali seguite da una tendenza verso un certo riequilibrio, con variazioni significative a seconda delle caratteristiche dello strato roccioso esplorato e degli strati limitrofi. I possibili impatti di questi cambiamenti, non visibili in superficie durante la costruzione, sembrano poco studiati o poco compresi. Ai limiti dei giacimenti, gli effetti di bordo sono difficili da tenere in considerazione, anche dai modelli.
Circa sette milioni di persone vivono in aree degli Stati Uniti centrali e orientali dove la fratturazione idraulica può causare terremoti che possono danneggiare gli edifici, secondo un rapporto dell'American Institute of Geophysics (USGS - United States Geological Survey) pubblicato lunedì 28 marzo.
L' Istituto di studi geologici degli Stati Uniti (USGS) ha identificato 21 località che hanno subito un aumento dei terremoti indotti dal fracking negli anni 2010 e riportato potenti tremori e danni in sei stati (Oklahoma, Kansas, Texas, Colorado, New Mexico e Arkansas in ordine di maggior parte a rischio) con popolazioni rivierasche di 7 milioni di individui
È possibile utilizzare qualsiasi fluido, dall'acqua ai gel, schiume, gas azoto, anidride carbonica o persino aria in alcuni casi. Per la perforazione orizzontale mirata allo shale gas, il fluido viene preparato in situ , utilizzando speciali camion e serbatoi portati in sito. Il sistema di preparazione e iniezione è progettato in modo che il fluido si adatti alle formazioni rocciose che incontrerà e in modo che cambi viscosità e funzioni mentre si sposta dalla superficie alla superficie estremità delle aree fratturate e durante la pulizia e il drenaggio della frattura.
Pochi dati sono disponibili su questi fluidi anche se sono costituiti da numerosi additivi chimici. Solo nel 2010 il Senato degli Stati Uniti e l'EPA hanno richiesto informazioni specifiche ai 9 principali operatori che li utilizzano.
Secondo Halliburton e altri nel settore, in genere oltre il 99,5% del fluido utilizzato nella fratturazione idraulica è composto da acqua e silice ( sabbia ). Questa sabbia può essere rivestita (rivestita) con resina o sostituita da sfere di ceramica. E per ottimizzare le prestazioni dei pozzi si aggiungono prodotti derivanti dalla "chimica avanzata", in particolare:
Alla fine del 2010 in Nord America si è accesa la polemica sulla segretezza che circonda la composizione di questi fluidi e sul loro grado di tossicità. Nel 2010, la Halliburton inizialmente rifiutato di fornire informazioni dettagliate su questi fluidi l'EPA, poi, minacciato con un provvedimento amministrativo, accettato di collaborare, mentre gli altri 8 principali operatori interrogati dalla EPA hanno concordato rapidamente per rispondere alle domande di EPA per un primo ambientale valutazione , su richiesta della Camera dei rappresentanti degli Stati Uniti .
Dopo averlo brevettato, Halliburton ha annunciato alla fine del 2010 lo sviluppo di un fluido disinfettato dai raggi UV (processo CleanStream Service ), che dovrebbe consentire di non utilizzare più i biocidi che sono stati iniettati nel seminterrato. Il gruppo ha inoltre annunciato di aver sviluppato un sistema per riutilizzare meglio i fluidi di frattura riducendo al contempo lo spreco di acqua ( sistema CleanWave™ ). Tuttavia, sembrerebbe che con ogni operazione di fratturazione, fino al 50% dell'acqua nel fluido - insieme alle sue sostanze chimiche - venga persa nel sistema di fratturazione (2010). Un film completo, sottotitolato in francese , tratta di alcuni impatti (sull'acqua e sulla salute in particolare) della fratturazione idraulica. Vediamo in particolare un esempio di degasaggio del metano disciolto nelle tubazioni della rete dell'acqua potabile, abbastanza grande da produrre una fiamma e un'esplosione quando un accendino viene presentato davanti al rubinetto quando viene aperto.
La composizione e il contenuto di ogni prodotto o miscela sono stati tenuti segreti da produttori e utilizzatori, che hanno chiesto al Senato che la legge non li obbligasse nemmeno a rivelare i nomi di questi prodotti. Logicamente la composizione e i contenuti variano a seconda delle condizioni per adattarsi al tipo di roccia, fase di lavoro, profondità, ecc.
Lo Stato di New York dispone delle risorse di acqua potabile provenienti da due grandi bacini idrici e falde acquifere situate in aree soggette ad intensa esplorazione di gas e iniziano ad essere sfruttate per lo shale gas. Questo Stato ha già individuato nei fluidi diversi "sostanze chimiche costituenti gli additivi/prodotti chimici" utilizzati per la fratturazione del sottosuolo.
Molti prodotti sono o sono stati utilizzati nei fluidi, tra cui:
Anche le sabbie radioattive sono state ampiamente utilizzate come traccianti. Una tecnologia alternativa è stata presentata nel 2009 ma non sembra essere ancora ampiamente utilizzata.
L'uso ampiamente più diffuso è l'estrazione di gas e risorse petrolifere non convenzionali, ma l'idrofratturazione può essere utilizzata anche per altri usi, tra cui:
Più marginalmente, la fratturazione idraulica è utilizzata anche nel campo dell'energia geotermica , in particolare nel sito pilota di Soultz-sous-Forêts in Alsazia.
La fratturazione idraulica mira ad aumentare (o ripristinare) la velocità con cui è possibile estrarre fluidi grassi ( petrolio ), liquidi (acqua) o gassosi da un giacimento roccioso sotterraneo, di cui (è sempre più il caso) dei cosiddetti giacimenti di idrocarburi non convenzionali . In questo caso, i giacimenti sono letti o strati di carbone o scisto che non potrebbero essere sfruttati con metodi convenzionali.
La fratturazione idraulica estrae gas naturale e petrolio da formazioni geologiche profonde (da 5.000 a 20.000 piedi). A questa profondità, il calore e la pressione consentono il rilascio di una piccola parte degli idrocarburi intrappolati, ma la bassa permeabilità del substrato e della matrice impediscono il flusso al pozzo di gas naturale e/o d' idrocarburi grassi come il petrolio ad una tasso che rende redditizio il pozzo attraverso la vendita di queste sostanze.
Nel caso degli scisti profondi, la cui permeabilità naturale è estremamente bassa (misurata in microdarcy o addirittura nanodarcy). La frattura di porzioni molto grandi di strati di scisto è l'unico modo redditizio per estrarre il gas intrappolato lì, in quantità molto piccole per metro cubo di scisto.
Il fracking di un mirato strato di roccia (ricco di materia organica, quindi contenente piccole quantità di idrocarburi), fornisce un percorso conduttivo aprendo al drenaggio verso il pozzo una superficie più ampia del “serbatoio”.
Il processo può essere ripetuto, eventualmente diverse decine di volte, dallo stesso pozzo per cercare di riattivare la rete di crepe quando la produzione del pozzo diminuisce.
Attualmente sono allo studio diverse tecniche alternative, che mirano essenzialmente a sostituire l'acqua con un altro fluido. Queste tecniche sono ancora allo stato sperimentale e non sono prive di rischi.
La fratturazione idraulica comporta complessi processi multidisciplinari di studio e pianificazione del lavoro.
Delle squadre di geologi e cercatori identificano e georeferenziano potenziali o determinate risorse fossili. Squadre di avvocati e finanzieri devono acquisire o negoziare i diritti di prospezione e sfruttamento. Le discipline che poi intervengono, dalla fase esplorativa in situ per alcuni, rientrano ad esempio
Dopo alcuni anni di intenso sviluppo di queste tecniche, e poiché gli studi di impatto stanno solo iniziando a essere richiesti dall'EPA (2010) e al suo interno dall'Ufficio di ricerca e sviluppo (ORD), Nuove scienze e discipline tra cui tossicologia ed ecotossicologia , a sostegno potrebbe anche essere richiesto il ripristino ecologico .
Molte aziende offrono servizi di fratturazione per pozzi di acqua potabile, dissodamento e decontaminazione del suolo, o cave, vicino alla superficie del terreno e su piccola scala. La frattura profonda richiede pesanti risorse IT, industriali e tecnologiche. È svolto solo da poche grandi società specializzate, che forniscono servizi per conto dei grandi gruppi petroliferi e del gas.
Secondo l' EPA , le prime nove aziende specializzate nazionali e regionali presenti negli Stati Uniti nel settore della fratturazione idraulica profonda sono (in ordine alfabetico):
Varia in base al paese e talvolta in base alla regione. Si evolve rapidamente. Recentemente, sembra tendere ad integrare la responsabilità ambientale , il principio di precauzione e una migliore considerazione degli effetti delle fughe di gas sul clima , ma con significative tensioni tra le lobby industriali interessate e gli attori coinvolti nella regolazione ambientale (funzionari eletti, agenzie e amministrazioni e ONG).
Storicamente, all'inizio il fracking semplicemente non interessava i legislatori . Fino all'inizio degli anni 2000, non era specificamente menzionato dai codici minerari . Anche le amministrazioni e gli eletti, come i cittadini, sono rimasti a lungo totalmente all'oscuro della natura e della quantità di sostanze chimiche iniettate in profondità con fluidi di fratturazione o risalendo dal sottosuolo con questi stessi fluidi e gas o petrolio.
Nella maggior parte delle legislazioni, dagli anni '50 al 2000, il fracking non era quindi né autorizzato né proibito. Ha approfittato di un vuoto giuridico o dell'assenza di una legislazione dedicata per svilupparsi rapidamente, soprattutto negli anni 2000 negli Stati Uniti.
È il paese più osservato, perché il fracking esiste da circa 60 anni e il suo utilizzo si è fortemente sviluppato lì dal 2003, in seguito al miglioramento delle tecniche di perforazione orizzontale che in passato hanno permesso di sfruttare il gas inaccessibile in Texas, Pennsylvania, West Virginia, Wyoming, Utah e Maryland. Alcuni stati hanno cercato di inquadrare più o meno legalmente questa attività, altri di favorire le imprese che la praticano.
È anche il primo Paese in cui, su richiesta degli industriali, nel 2005 il diritto ambientale è regredito con l'introduzione di discriminazioni positive a favore degli interessi del petrolio e del gas. Barack Obama , come Lisa Jackson (amministratore dell'EPA) ha avanzato la doppia “necessità di estrarre gas naturale” , ma “senza inquinare le riserve idriche” . Tuttavia, la normativa è andata nella direzione della deregolamentazione e non consente o non consente di garantire questo secondo obiettivo. Il fracking è stato esentato da diversi obblighi ambientali:
Secondo l'ONG americana Ethics Watch , i favori legali concessi agli industriali si spiegano almeno in parte con l'importanza della pressione esercitata dalle lobby del petrolio e del gas sui decisori politici americani e sulle loro amministrazioni;
quindi dal 2007 al 2012 (in 5 anni) l'industria della perforazione avrebbe speso nello Stato del Colorado quasi 5 milioni di dollari per influenzare i funzionari del Colorado, più del doppio di quanto si ritiene abbiano speso altre compagnie minerarie , e più di cinque volte quanto il settore agricolo ha speso in attività di lobbying nello stesso periodo, effettivamente secondo l'ONG da quando i funzionari eletti del Colorado hanno rinunciato ad aumentare il tasso delle royalties petrolifere (invariato dagli anni '50 ).
Talvolta sembrano essere coinvolti anche conflitti di interesse di alto livello ; per esempio Dick Cheney , quando presiedeva la task force del presidente Bush sulla politica energetica, raccomandava questo tipo di esenzione, che è molto vantaggiosa per l'industria del fracking. Questa attività è in gran parte dominata dal gruppo Halliburton, e D. Cheney è un ex leader di questo gruppo;
Dal 2010 al 2013, gli Stati più spesso si sono accontentati di richiedere che fossero disponibili al pubblico informazioni più chiare sulla composizione chimica del fluido di fratturazione. Nel 2010, il Wyoming è stato il primo a richiedere alle aziende di divulgare il contenuto del loro fluido di fracking, seguito da Michigan e Texas .
Altri testi o disegni di legge hanno cercato di proteggere le risorse idriche e di facilitare le ispezioni in loco o addirittura di vietare in tutto o in parte i progetti di trivellazione.
Dal 2010 al 2013, almeno cinque stati degli Stati Uniti hanno preso in considerazione o adottato leggi che limitano o vietano la trivellazione di gas in tutto o parte del loro territorio. Il motivo di queste leggi non era la protezione del clima, ma la gestione dei rischi ( principalmente acqua e protezione della salute pubblica );
Al contrario, altri Stati continuano a incoraggiare l'industria del gas approvando leggi che limitano la capacità delle autorità locali di interferire con il rilascio dei permessi di perforazione. Una legge approvata in Pennsylvania chiamata " House Bill 1950 " o " Act 13 " costringe persino le comunità locali ad accettare la perforazione in tutto il bacino di gas noto come " Marcello Shale " , anche nelle aree residenziali. Questa legge dà ai medici il diritto di consultare l'elenco delle sostanze chimiche utilizzate dall'industria se hanno pazienti malati che sono stati in contatto con questi prodotti, ma vieta loro di rivelare i nomi di questi prodotti.
Questa legge è stata fortemente contestata, attaccata perché contraddice la costituzione americana .
La giurisprudenza non è ancora fissata. Ciò è spiegato dalla natura recente o “in corso” della maggior parte delle controversie e dal fatto che i tribunali non hanno da tempo informazioni sugli impatti indiretti e sul livello di pericolosità delle operazioni di fracking. Spesso desiderano soppesare gli svantaggi locali rispetto ai vantaggi della produzione di gas. Alcuni giudici hanno riconosciuto che il fracking o alcune strutture sono "insolitamente pericolose" e altri no. I recenti dati sulle fughe di gas potrebbero evolvere ulteriormente questa giurisprudenza. I giuristi sembrano a disagio per il fatto che la perforazione orizzontale sotto aree residenziali e proprietà private non permetta di considerare che ci sia un'intrusione nella proprietà altrui) e si chiedono ancora come qualificare la responsabilità e s' dobbiamo parlare di responsabilità senza colpa .