Hydraulic fracturing in unconventional gas reservoirs: Risks in the geological system part 1

Environmental Earth Sciences

Volumn 70, Issue 8, 2013, Pages 3839-3853

  Lange, Torsten ^a,b   Sauter, Martin ^a   Heitfeld, Michael ^e   Schetelig, Kurt ^e   Brosig, Karolin ^c   Jahnke, Wiebke ^d   Kissinger, Alexander ^f   Helmig, Rainer ^f   Ebigbo, Anozie ^f   Class, Holger ^f  

^a UNIVERSITY OF GÖTTINGEN   (Germany)

^b Heitfeld Schetelig Consulting Geologists and Engineers GmbH ^*  (Germany)

^c Institut für Wasser und Umweltsystemmodellierung ^*  (Germany)

^d NONE   (Germany)

^e Heitfeld Schetelig Consulting Geologists and Engineers GmbH   (Germany)

^f UNIVERSITY OF STUTTGART   (Germany)

Author keywords

Barrier rocks; Fracking fluid; Hydraulic fracturing; Methane; Risk assessment

Indexed keywords

DETERIORATION; ENVIRONMENTAL REGULATIONS; FRACTURE; FRACTURING FLUIDS; GEOLOGY; GROUNDWATER; GROUNDWATER POLLUTION; GROUNDWATER RESOURCES; HYDRAULIC FRACTURING; METHANE; PETROLEUM RESERVOIRS; PUBLIC ADMINISTRATION; PUBLIC RISKS; RISK PERCEPTION; SAFETY ENGINEERING; UNDERGROUND RESERVOIRS;

BASE-LINE CONDITIONS; CONTAMINATION RISKS; ENVIRONMENTAL PROTECTION REGULATIONS; ENVIRONMENTAL RISKS; FRACTURING OPERATIONS; GROUNDWATER CONTAMINATION; GROUNDWATER SYSTEM; HYDRAULIC PARAMETERS;

RISK ASSESSMENT;

BARRIER ISLAND; CLIMATE EFFECT; FAULT ZONE; GROUNDWATER POLLUTION; GROUNDWATER RESOURCE; HYDRAULIC FRACTURE; METHANE; RESERVOIR CHARACTERIZATION; RISK ASSESSMENT;

GERMANY; LOWER SAXONY BASIN; NORTH GERMAN BASIN; UNITED STATES;

EID: 84888349669     PISSN: 18666280     EISSN: 18666299     Source Type: Journal    
DOI: 10.1007/s12665-013-2803-3     Document Type: Article

References (51)

1. Appel D, Habler W (2002) Quantifizierung der Wasserundurchlässigkeit von Gesteinen als Voraussetzung für die Entwicklung von Kriterien zur Grundwasserbewegung, Phase 2: Auswertung der Datensätze für die Kriterienentwicklung, Bericht zum Arbeitskreis Auswahlverfahren Endlagerstandorte (AkEnd). Hannover (zitiert in Larue J (2010)).
2. Baltes B (ed) (1998) Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH. Entwicklung und Anwendung analytischer Methoden zur Eignungsuntersuchung der Verbringung bergbaufremder Rückstände in dauerhaft offene Grubenräume im Festgestein. Abschlußbericht (Hauptband). GRS.
3. Bornemann O, Behlau J, Fischbeck R, Hammer J, Jaritz W, Keller S, Mingerzahn G, Schramm M (2008) Standortbeschreibung Gorleben, Teil 3: Ergebnisse der über- und untertägigen Erkundung des Salinars-Geologisches Jahrbuch, Reihe C, Band C, Hannover 73: 211.
4. Brace WF (1980) Permeability of crystalline and argillaceous rocks. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 17: 241-251.
5. Bundesamt für Strahlenschutz (2009) Stilllegung ERA Morsleben: Plan zur Stilllegung des Endlagers für radioaktive Abfälle Morsleben.
6. Croisé J, Schlickenrieder L, Marschall P, Boisson JY, Vogel P, Yamamoto S (2003) Hydrogeological investigations in a low permeability claystone formation: the Mont Terri Rock laboratory. Phys Chem Earth 29(2004): 3-15.
7. Delakowitz B (1996) Bestimmung von Grundwassergeschwindigkeit und -richtung mittels radio hydrometrischer Methode.- Planfeststellungsverfahren zur Stilllegung des Endlagers für radioaktive Abfälle Morsleben. Verfahrensunterlage (BfS).
8. Drozdzewski G (1988) Die Wurzel der Osning-Überschiebung und der Mechanismus herzynischer Inversionsstörungen in Mitteleuropa. Geologische Rundschau 77: 127-141.
9. Ewen C, Borchhardt D, Richter S, Hammerbacher R (2012) Hydrofracking risk assessment-executive summary. http://dialog-erdgasundfrac. de/risikostudie-fracking.
10. Fisher K, Warpinski N (2011) Hydraulic fracture-height growth: real data. Soc Petrol Eng SPE 145949.
11. Gautschi A (2001) Hydrogeology of a fractured shale (Opalinus Clay): implications for deep geological disposal of radioactive wastes. Hydrogeol J 9: 97-107.
12. Geologischer Dienst Nordrhein-Westfalen (1981) Hydrogeologische Karte von Nordrhein- Westfalen 1: 50 000, Sheet L3908 Ahaus, Maps and explanations.
13. Geologischer Dienst Nordrhein-Westfalen (1997) Hydrogeologische Karte von Nordrhein- Westfalen 1: 50 000, Sheet L3910 Steinfurt, Maps and explanations.
14. Geologischer Dienst Nordrhein-Westfalen (2006) Hydrogeologische Karte von Nordrhein- Westfalen 1: 50 000, Sheet L3914 Bad Iburg, Maps and explanations.
15. Goens J (2011) Hydrogeologische Aspekte des Fracking an der Bohrung Damme 3. Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG). Präsentation, Hannover. http://www. lbeg. niedersachsen. de/portal/live. php?navigation_id=27762&article_id=93966&_psmand=4. Accessed 26 Jan 2011.
16. Gordalla B, Ewers U, Frimmel FH (2013) Hydraulic fracturing-a toxicological threat for groundwater and drinking water? Environ Earth Sci. doi: 10. 1007/s12665-013-2672-9.
17. Grobe M, Machel H (2002) Saline groundwater in the Münsterland Cretaceous Basin, Germany: clues to its origin and evolution. Mar Petrol Geol 19: 307-322.
18. Grobe M, Machel H, Heuser H (2000) Origin and evolution of saline groundwater in the Münsterland Cretaceous Basin, Germany: oxygen, hydrogen, and strontium isotope evidence. J Geochem Explor 69-70: 5-9.
19. Hahn J (1991) Grundwasser in Niedersachsen. Veröffentlichungen der Niedersächsischen Akademie für Geowissenschaften 7: 13-27.
20. Hekel U (1994) Hydrogeologische Erkundung toniger Festgesteine am Beispiel des Opalinustons (Unteres Aalenium). TGA, C18: 170.
21. Hübner A, Horsfield B, Kapp I (2013) Fact-based communication about shale gas: the Shale Gas Information Platform SHIP. Environ Earth Sci. doi: 10. 1007/s12665-013-2504-y.
22. Huenges E, Hoth P, Seibt A (1997) In: Kellner T (ed) Geowissenschaftliche Bewertungsgrundlagen zur Nutzung hydrogeothermaler Ressourcen in Norddeutschland. Scientific Technical Report, STR97/15 und Geothermie-Report; 97-1, Geoforschungszentrum, Potsdam, p 149.
23. Huyssen A (1855) Die Soolquellen des Westfälischen Kreidegebirges, ihr Vorkommen und muthmaaslicher Ursprung. Zeitschrift der deutschen geologischen Gesellschaft 7(1): 17-252.
24. Jang J, Narsilio GA, Santamarina JC (2011) Hydraulic conductivity in spatially varying media-a pore-scale investigation. Geophys J Int 184(3): 1167-1179.
25. Jolley SJ, Dijk H, Lamens JH, Fisher QJ, Manzocchi T, Eikmans H, Huang Y (2007) Faulting and fault sealing in production simulation models; Brent Province, northern North Sea. Petrol Geosci 13(4): 321-340.
26. Keferstein CH (ed) (1823) Teutschland, geognostisch-geologisch dargestellt und mit Charten und Durchschnittszeichnungen erläutert. Verlag des Landes-Industrie-Comptoirs, Weimar, 2, 3 p 512.
27. Kissinger A, Helmig R, Ebigbo A, Class H, Lange T, Sauter M, Heitfeld M, Klünker J, Wiebke J (2013) Hydraulic fracturing in unconventional gas reservoirs-Risks in the geological system, Part 1. Environ Earth Sci. doi: 10. 1007/s12665-013-2578-6.
28. Klinge H (1991) Zur Salinität der Tiefenwässer Norddeutschlands. BGR-Bericht 108262, Hannover, p 52.
29. Langkutsch U, Käbel H, Margane A, Schwamm G (1998) Projekt ERA Morsleben. Hydrogeologische Standortbeschreibung und Modellgrundlagen. Planfeststellungsverfahren zur Stilllegung des Endlagers für radioaktive Abfälle Morsleben. Verfahrensunterlage, 3 Teile. (Bundesamt für Strahlenschutz BfS).
30. Lbeg (1991) Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie, Hannover Geowissenschaftliche Karte des Naturraumpotentials von Niedersachsen und Bremen 1: 300. 000. Hannover.
31. Lbeg (2012) Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie, Hannover NIBIS ® Kartenserver: Hydrogeologische Übersichtskarten 1: 200. 000: Versalzung des Grundwassers; Salzstrukturen Norddeutschlands 1: 500. 000. Hannover (http://nibis. lbeg. de/cardomap3).
32. Melchers C (2008) Methan im südlichen Münsterland Genese, Migration und Gefahrenpotential. Dissertation, Westfälische Wilhelmsuniversität Münster, p 198.
33. Michel G (1983) Die Sole des Münsterländer Kreide-Beckens. Neues Jb Geol Paläontol Abh 166(1): 139-159.
34. Michel G, Struckmeier W (1985) The cretaceous basin of Münster: a general roundwater system in response to multiple impacts (water supply, spas, deep mining). In: Mem. of 18th Congress of International Association of hydrogeologists, S. 4 Abb., 3 Tab., 12 Anh., Cambridge, pp 150-159.
35. NAGRA (2008) Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle Technischer Bericht NTB 08-04: Vorschlag geologischer Standortgebiete für das SMA- und das HAA-Lager, Geologische Grundlagen, Textband. Wettingen.
36. Neuzil CE (1994) How permeable are clays and shales? Water Resour Res 30(8): 145-150.
37. Olsson O, Weichgrebe D, Rosenwinkel K-H (2013) Hydraulic fracturing wastewater in Germany: composition, treatment, concerns. Environ Earth Sci. doi: 10. 1007/s12665-013-2535-4.
38. Osborn SG, Vengosh A, Warner NR, Jackson RB (2011) Methane contamination of drinking water accompanying gas-well drilling and hydraulic fracturing. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. www. pnas. org/cgi/doi/10. 1073/pnas. 1100682108, p 5.
39. Reutter E (2011) Hydrostratigrafische Gliederung Niedersachsens.- Geofakten 21, 11 S., 5 Abb., 2 Tab.; Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie - LBEG, Hannover.
40. Riedl J, Rotter S, Faetsch S, Schmitt-Jansen M, Altenburger R (2013) Proposal for applying a component-based mixture approach for ecotoxicological assessment of fracturing fluids. Environ Earth Sci. doi: 10. 1007/s12665-013-2320-4.
41. Röttgen KP (2004) Kritische Analyse des Aufwandes zur Erkundung von Kontaminationen in niedersächsischen Grundwassergeringleitern. TGA, C78: 84p.
42. Rudolph T, Melchers C, Coldewey WG (2008) Subsurface permeabilities in the German mining district. Glückauf 144(12): 681-690.
43. Satter AG, Igbal M, Buchwalter JL (2008) Practical enhanced reservoir engineering: assisted with simulation software. PennWell Corp., Tulsa, Oklahoma, p 706.
44. Sauter M, Helmig R, Schetelig K, Brosig K, Kissinger A, Lange T, Heitfeld M, Klünker J, Janke W, Ebigbo A, Paape B (2012) Gutachten zur Abschätzung der Auswirkungen von Fracking-Maßnahmen auf das oberflächennahe Grundwasser-Generische Charakterisierung und Modellierung. http://dialog-erdgasundfrac. de/gutachten, p 122.
45. Streif H, Caspers G, Freund H, Geyh M A, Kleinmann A, Merkt J, Meyer K-D, Müller H, Rohde P, Schwarz C (2007) Das Quartär in Niedersachsen und benachbarten Gebieten-Gliederung, geologische Prozesse, Ablagerungen und Landschaftsformen. http://www. lgb-rlp. de/fileadmin/extern/stratigraphie/nd/litho/quart/quart_gesamt. pdf.
46. Strobel M, Wisotzky F (2009) Einfluss von Methaneinträgen auf die Hydrochemie des Münsterländer Kiessandzuges. Grundwasser 14(1): 33-45.
47. Struckmeier W (1990) Wasserhaushalt und Hydrologische Systemanalyse des Münterländer Beckens. LWA (Landesamt für Wasser und Abfall Nordrhein-Westfalen) Schriftenreihe 45: 71.
48. Thielemann T (2000) Der Methanhaushalt über kohleführenden Sedimentbecken. Das Ruhrbecken und die Niederrheinische Bucht. Jülich.
49. Uth H-J (2012) Gutachten zur Technische Sicherheit von Anlagen und Verfahren zur Erkundung und Förderung von Erdgas aus nichtkonventionellen Lagerstätten. http://dialog-erdgasundfrac. de/gutachten, p 113.
50. Voigt S, Aurag A, Leis F, Kaplan U (2007) Late Cenomanian to Middle Turonian highresolution carbon isotope stratigraphy: new data from the Münsterland Cretaceous Basin Germany. Earth Planet Sci Lett 253: 196-210.
51. Wedewardt M (1995) Hydrochemie und Genese der Tiefenwässer im Ruhr-Revier. DMT Berichte aus Forschung und Entwicklung 39: 250.