研究：水力压裂与传统的天然气/石油钻井方法对环境的影响差异极小

雪城大学的研究人员和宾夕法尼亚州立大学的一个科学家团队开发了一种新的机器学习技术，以全面评估水质数据，从而检测出可能受到近期石油和天然气生产过程中甲烷泄漏影响的地下水样本。利用该模型，该团队得出结论，像水力压裂法等非常规钻井方法并不一定比传统的石油和天然气钻井方法带来更多环境问题。

在美国，开采石油和天然气的两种常见方式是通过常规和非常规方法。传统的石油和天然气是利用自然压力从容易获取的来源抽出。相反，非常规石油和天然气是通过水平钻井和水力压裂法的结合，从难以触及的来源获得的。水力压裂法通过注入沙子、化学品和水的混合物，从基岩层中提取天然气、石油和盐水。通过钻入地球并将高压混合物导入岩石，里面的气体释放出来并流向井口。

雪城大学地球和环境科学学院（EES）副教授文涛（音译）最近领导了一项研究，比较了来自不同州的数据，以了解哪种方法可能导致地下水的更大污染。他们特别测试了甲烷的水平，甲烷是天然气的主要成分。

该团队选择了美国四个位于重要页岩区的州作为研究对象：宾夕法尼亚州、科罗拉多州、德克萨斯州和纽约州。其中一个州–纽约州–在纽约州卫生部审查后于2015年禁止了水力压裂的做法，该审查发现健康方面存在重大不确定性，包括水和空气污染的增加。

文涛和他的同事从多个来源汇编了一个大型地下水化学数据集，包括联邦机构报告、期刊文章以及石油和天然气公司。在他们的研究中，大多数被测试的水样都是从家庭水井中收集的。虽然甲烷本身没有毒性，但文涛说，在浅层地下水中检测到的甲烷污染可能会给相关的房主带来风险，因为它可能是一种爆炸危险，可能会增加其他有毒化学物种如锰和砷的含量，并会导致全球变暖，因为甲烷是一种温室气体。

他们的模型使用复杂的算法来分析几乎所有保留的地球化学数据，以预测某个地下水样本是否受到最近石油和天然气钻探的负面影响。

数据对比显示，纽约州（一个没有非常规钻井但常规钻井量很大的州）的甲烷污染案例与宾夕法尼亚州（一个非常规钻井量很大的州）的甲烷污染案例相似。文涛说，这表明像压裂这样的非常规钻井方法并不一定比常规钻井导致更多的环境问题，尽管这一结果可能会被这两个州编制的地下水化学数据集的不同规模所替代。

该模型还检测到宾夕法尼亚州的甲烷污染案例的比率高于科罗拉多州和德克萨斯州。文涛说，这种差异可能是由于钻探者在不同州建造/钻探石油和天然气井时的不同做法造成的。根据以前的研究，美国气井释放到环境中的大部分甲烷是由于密封油井的水泥没有沿着生产套管的整个长度完成。然而，没有数据可以断定这三个州的钻探者是否使用不同的技术。文涛表示，这需要进一步研究和审查钻井数据，如果它们可用的话。

据研究人员称，他们的机器学习模型在检测地下水污染方面被证明是有效的，通过将其应用于其他正在进行或计划进行石油和天然气生产的州/县，它将成为确定最安全的天然气和石油钻探方法的重要资源。