ObjecAve NegaAve impact on shallow groundwater may occur, - PDF document

1/15/2014 ¡ IntroducAon ¡ Developing ¡a ¡groundwater ¡quality ¡ monitoring ¡program ¡for ¡ ¡ Shale ¡gas ¡development ¡in ¡Canada ¡(and ¡elsewhere) ¡is ¡ ¡ shale ¡gas ¡plays ¡ ¡ oEen ¡affected ¡by ¡the ¡public ¡controversy ¡between ¡the ¡ ¡ ¡ rapidly ¡expanding ¡exploitaAon ¡of ¡unconvenAonal ¡ ¡ ¡ oil ¡and ¡gas ¡resources ¡by ¡industry ¡facilitated ¡by ¡ ¡ Bernhard ¡Mayer ¡ horizontal ¡drilling ¡and ¡hydraulic ¡fracturing ¡and ¡the ¡ ¡ ¡ ¡ fear ¡of ¡landowners ¡and ¡parts ¡of ¡the ¡public ¡ ¡ Applied ¡Geochemistry ¡Group, ¡ ¡ that ¡these ¡acAviAes ¡may ¡have ¡a ¡negaAve ¡impact ¡on ¡the ¡ ¡ Department ¡of ¡Geoscience ¡ University ¡of ¡Calgary, ¡ ¡ quality ¡of ¡groundwater ¡in ¡shallow ¡aquifers. ¡ ¡ Alberta, ¡Canada ¡ ¡ ¡ IntroducAon ¡ ObjecAve ¡ NegaAve ¡impact ¡on ¡shallow ¡groundwater ¡may ¡occur, ¡ ¡ among ¡others, ¡from: ¡ to ¡discuss ¡the ¡key ¡components ¡of ¡potenAal ¡ • stray ¡gases ¡(methane ¡etc.) ¡ ¡groundwater ¡monitoring ¡programs ¡ • formaAon ¡waters ¡(flow-­‑back ¡water) ¡ that ¡are ¡suitable ¡to ¡generate ¡scienAfically ¡ • fracking ¡chemicals ¡used ¡during ¡hydraulic ¡fracturing ¡ defendable ¡data ¡for ¡tesAng ¡ ¡of ¡impacts, ¡ ¡ There ¡is ¡an ¡astounding ¡lack ¡of ¡high-­‑quality ¡scienAfic ¡data ¡ ¡ or ¡the ¡lack ¡thereof, ¡ ¡ in ¡the ¡peer-­‑reviewed ¡scienAfic ¡literature ¡on ¡groundwater ¡ ¡ quality ¡in ¡the ¡vicinity ¡of ¡oil ¡and ¡gas ¡wells ¡ ¡ of ¡shale ¡gas ¡development ¡on ¡the ¡ ¡ ¡ Closing ¡this ¡science ¡gap ¡could ¡be ¡highly ¡beneficial ¡for ¡the ¡ ¡ quality ¡of ¡groundwater ¡in ¡shallow ¡aquifers ¡ responsible ¡development ¡of ¡shale ¡gas ¡plays ¡ Key ¡QuesAons ¡ EssenAal ¡Components ¡ ¡ of ¡a ¡Robust ¡Groundwater ¡Monitoring ¡Program ¡ 1. Which ¡samples ¡should ¡be ¡obtained? ¡ 2. How ¡should ¡the ¡samples ¡be ¡obtained? ¡ 1. to ¡generate ¡a ¡scienAfically ¡defendable ¡baseline ¡prior ¡ 3. Who ¡should ¡obtain ¡samples? ¡ to ¡drilling ¡and ¡hydraulic ¡fracturing ¡against ¡which ¡ ¡ 4. What ¡parameters ¡should ¡be ¡analyzed ¡? ¡ future ¡impacts ¡can ¡be ¡compared; ¡ 5. Where ¡to ¡obtain ¡samples? ¡ 6. How ¡oEen ¡should ¡samples ¡be ¡obtained? ¡ 2. to ¡conAnue ¡groundwater ¡quality ¡monitoring ¡during ¡ … ¡to ¡monitor ¡for ¡potenAal ¡impacts ¡on ¡shallow ¡groundwater ¡from: ¡ and ¡regularly ¡aEer ¡hydraulic ¡fracturing ¡to ¡test ¡for ¡ • stray ¡gases ¡(methane ¡etc.) ¡ potenAal ¡detrimental ¡impact ¡on ¡shallow ¡groundwater ¡ • formaAon ¡waters ¡(flow-­‑back ¡water) ¡ • fracking ¡chemicals ¡used ¡during ¡hydraulic ¡fracturing ¡ ¡ 1 ¡

1/15/2014 ¡ Which ¡Samples? ¡ Which ¡Samples ¡and ¡Who ¡Takes ¡Them? ¡ a. Free ¡gas ¡samples ¡ 1. Water ¡samples ¡for ¡analyses ¡ -­‑ ¡targeted ¡towards ¡risk ¡of ¡explosions ¡in ¡houses ¡etc. ¡ ¡ -­‑ ¡different ¡sampling ¡setups ¡may ¡yield ¡different ¡yields/results ¡ 2. Gas ¡samples ¡for ¡analyses ¡ Fig.: ¡Sampling ¡at ¡shallow ¡groundwater ¡well ¡ ¡ (picture ¡provided ¡by ¡Don ¡Jones, ¡AITF) ¡ -­‑ ¡different ¡consultants ¡may ¡generate ¡different ¡yields/results ¡ -­‑ ¡ensuring ¡comparability ¡of ¡results ¡requires ¡great ¡care ¡ 50 CH 4 ¡concentraAon ¡[mg/L] ¡ over-­‑saturated ¡ ¡ a. Free ¡gas ¡samples ¡ 40 Free Gas b. Dissolved ¡gas ¡samples ¡ 50 ¡ CH 4 ¡[mg/L] ¡ 30 40 -­‑ ¡easier ¡to ¡sample ¡by ¡trained ¡staff ¡ Free Gas b. Dissolved ¡gas ¡samples ¡ sub-­‑saturated ¡ a6er ¡ 30 20 -­‑ ¡analyAcally ¡more ¡challenging ¡ fracturing ¡ 20 Dissolved Gas -­‑ ¡results ¡may ¡be ¡more ¡comparable ¡ Dissolved Gas 10 10 Under ¡some ¡circumstances, ¡ baseline ¡ -­‑ ¡results ¡only ¡representaAve ¡for ¡ 0 0 5 10 15 20 sampling ¡for ¡both ¡may ¡ ¡ 0 0 5 10 15 20 Temperature ( o C) ¡ ¡samples ¡at ¡or ¡below ¡saturaAon ¡ Fig.: ¡Dissolved ¡gas ¡stability ¡field ¡ be ¡desirable ¡ Temperature ( o C) ¡for ¡methane ¡based ¡on ¡data ¡ ¡ Fig.: ¡Dissolved ¡gas ¡stability ¡field ¡for ¡methane ¡ based ¡on ¡data ¡from ¡Yalowski ¡& ¡He ¡(2003) ¡ from ¡Yalowski ¡& ¡He ¡(2003) ¡ Depth Integrated How ¡to ¡Obtain ¡Samples? ¡ How ¡to ¡Obtain ¡Samples? ¡ Widely ¡used ¡pracAce: ¡landowner ¡wells ¡ For ¡truly ¡scienAfic ¡purposes: ¡ RaAonale: ¡to ¡ensure ¡the ¡landowner ¡ that ¡the ¡groundwater ¡quality ¡is ¡not ¡ -­‑ mulA-­‑level ¡piezometers ¡in ¡shallow ¡ negaAvely ¡affected ¡ aquifers ¡appropriately ¡placed ¡based ¡ ¡ on ¡thorough ¡aquifer ¡characterizaAon ¡ Landowner ¡wells: ¡ ¡ ¡ -­‑ may ¡be ¡poorly ¡maintained ¡ -­‑ Where ¡possible, ¡observaAon ¡wells ¡ -­‑ may ¡have ¡long ¡screen ¡intervals ¡can ¡lead ¡ ¡ in ¡the ¡intermediate ¡zone ¡ ¡ to ¡mixing ¡of ¡groundwater ¡with ¡ ¡ (e.g. ¡Westbay ¡systems) ¡ different ¡chemical ¡composiAons ¡ -­‑ may ¡result ¡in ¡erroneous ¡data ¡ especially ¡for ¡redox-­‑sensiAve ¡species ¡ ¡ Figures ¡from: ¡ ¡Jackson, ¡Geofirma ¡ What ¡Parameters: ¡Water ¡ What ¡Parameters: ¡Water ¡ Chemical ¡composiAon ¡of ¡water ¡samples ¡from ¡selected ¡shale ¡gas ¡ ¡ Groundwater, ¡but ¡also ¡formaAon ¡water, ¡flow-­‑back ¡water ¡ plays ¡compared ¡to ¡“average” ¡Alberta ¡groundwater. ¡ Field ¡parameters: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡temperature, ¡pH, ¡electr. ¡conduct., ¡ Alberta ¡ Groundwater ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Eh, ¡dissolved ¡oxygen ¡(DO), ¡ 378 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡turbidity, ¡total ¡alkalinity ¡ 80 ¡ 26 ¡ ¡ 0.4 ¡ Laboratory ¡analyses: ¡ ¡ 0.1 ¡ 0.1 ¡ major ¡caAons: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ca, ¡Mg, ¡Na, ¡K, ¡NH 4 ¡ 0.5 ¡ 185 ¡ major ¡anions: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Cl, ¡HCO 3 , ¡SO 4 , ¡NO 3 , ¡F ¡ 735 ¡ 77 ¡ minor ¡ions ¡and ¡trace ¡metals: ¡Fe, ¡Mn, ¡As, ¡Ba, ¡B, ¡Cr, ¡Se, ¡U ¡etc. ¡ 1037 ¡ organics ¡+ ¡dissolved ¡gases: ¡BTEX, ¡C 1 ¡– ¡C 5 ¡ 1.00 ¡ <100 ¡ ¡ ¡ Calculated ¡parameters: ¡ ¡total ¡dissolved ¡solids, ¡ion ¡balance ¡ ¡ Due ¡to ¡the ¡oEen ¡much ¡higher ¡TDS ¡in ¡formaAon ¡waters, ¡its ¡ ¡ ¡ potenAal ¡impact ¡on ¡shallow ¡groundwater ¡is ¡easily ¡detectable ¡ ¡ ¡ 2 ¡