Kommentar zu 'Maximale Risshöhe und Störungsinteraktion von Hydraulic Fracturing in Tight Gas- und Ölformationen'

Autor: Bernd Wiese

Zentrum für Geologische Speicherung, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Publiziert:  30. Juli 2014

Kurzzusammenfassung des Manuskriptes:

Flewelling et al., 2013 präsentieren eine worst-case Ansatz, mit der die maximal mögliche Höhe von hydraulisch induzierten Rissen bestimmt werden soll. Das Manuskript besteht aus zwei Teilen:

1. Einem worst-case Modell mit dem auf Basis einer Volumenbilanz die maximale Risshöhe bestimmt wird.
2. Betrachtung von Scherverschiebungen an Rissen, die aus der Magnitude von induzierter Seismizität bestimmt wird.

Hydraulic Fracturing bedeutet, Fluid in den Untergrund zu pressen. Dieses Fluid bricht das Gestein auf, es entstehen Hohlräume in Form von Rissen. In Teil 1 des vorliegenden Artikels wird angenommen, dass das Volumen dieses Risses genau so groß ist wie das Volumen des eingepressten Fluids. Das ist ein worst case Ansatz, da häufig ein Teil des Frackfluids in das angrenzende Gestein fließt. Es werden nur neu entstehende Risse beschrieben, die mögliche Reaktivierung von bestehenden Risssystemen wird nicht betrachtet. Die simulierten Risshöhen stimmen generell gut mit der Datengrundlage (Fisher und Warpinski, 2011) überein. In Teil 2 werden Scherverschiebungen durch seismische Ereignisse betrachtet, hier werden auch bestehende Systeme berücksichtigt. Die vertikale Ausdehnung der Verschiebung wird aus der Magnitude der seismischen Ereignisse bestimmt (auf Datenbasis von Warpinski et al., 2012).

Kritische Anmerkungen:

Teil1: Die Annahmen auf deren Grundlage die Ergebnisse basieren sind nicht unplausibel, aber in gewisser Weise beliebig. Die Form des gebildeten Risses ist ein Elipsoid mit einem Verhältnis von Höhe zu Länge von 2, ohne Zitat. Der Ansatz beinhaltet aber nicht alle Prozesse, die das Risswachstum begünstigen, z.B. eine andere Form des Elipsoids oder eine andere Geometrie des Risses. Es gibt keine Sensitivitätsanalyse der Annahmen. Einige Daten zeigen seismische Aktivitäten die bis zu 100 m höher sind als das sogenannte Worst-Case Modell voraussagt. Die Autoren führen das auf Scherverschiebungen entlang bestehender Störungen zurück. Das ist im Prinzip plausibel, allerdings wird nicht diskutiert oder zitiert, dass solche Effekte die zugrundeliegenden Daten tatsächlich beeinflussen, im Originalartikel ist hierzu nichts zu finden. Die Autoren behaupten, dass das Worst-Case Modell genauer als die zugrundeliegenden Daten ist und erklären so bestehende Differenzen. Das ist ein Zirkelschluss und ein grundsätzlicher logischer Fehler bei der Modellkalibierung.

Teil 2: Die Autoren berechnen die Scherverschiebung auf Grundlage von seismischen Ereignissen (Warpinski et al., 2012). Allerdings werden die größten seismischen Ereignisse nicht ausgewertet. Es werden Daten mit einer Magnitude von kleiner als -0.5 einbezogen, was deutlich unterhalb von gemessenen Magnituden von 0.5 (Absatz 11) und 0.86 (Absatz 3) liegt. Die realen Scherverschiebungen dürften deshalb wesentlich größer sein als berechnet. Außerdem wird eine Kreisförmige Scherfläche angenommen, bei einer ovalen Form ergeben sich wesentlich größere Risshöhen. Die Autoren bezeichnen den Ansatz zur Scherverschiebung dennoch als Worst-Case Ansatz.

In Absatz 10 behaupten die Autoren, dass in Oberflächennähe kein vertikales Risswachstum stattfindet. Das Zitat hierzu (Fisher und Warpinski, 2011) zeigt in Abbildung 6 hingegen dass auch nahe der Oberfläche mindestens 50% des Rissvolumens vertikalen Rissen zugeordnet werden kann. Im Widerspruch zur Behauptung bestehen zahlreiche Risse mit vertikaler Ausrichtung.

Schlussfolgerungen

Das Manuskript hat den interessanten Ansatz, die maximale Rissgröße mit der Menge des verpressten Fluides abzuschätzen. Die Theorie ist plausibel, wird aber nicht kritisch diskutiert. Es gibt im Manuskript zahlreiche Widersprüche der verwendeten Zahlenwerte. Einige dieser Widersprüche werden dadurch erklärt, dass das Modell eine höhere Genauigkeit als die Messdaten besitzt (Absatz 8). Das ist ein grundsätzlicher logischer Widerspruch.
Die Autoren schlussfolgern, dass Risswachstum keine hydraulische Verbindung zwischen Shale Gas Horizonten und flachem Grundwasser öffnen kann. Diese Schlussfolgerung ist aus diesem Manuskript unzulässig. Sie lässt sich zwar aus dem zugrundeliegenden Datensatz ziehen, darüber hinaus bietet das Manuskript keine zuverlässige Analyse.