Les résultats, publiés dans la revue Science of the Total Environment , a révélé que le méthane commence à se diffuser à partir de la formation de schiste après la mise hors service d'un puits et que cela représente une source notable d'émissions de méthane, comparable aux émissions les plus importantes lors du forage et de l'exploitation du puits.

"Le gaz naturel est une ressource énergétique importante qui a aidé les États-Unis à réduire leurs émissions de dioxyde de carbone, mais nous comprenons également que le méthane peut constituer un danger potentiel", a déclaré Shimin Liu, professeur d'ingénierie énergétique et minérale à Penn State et co-auteur de l'étude. "Ce travail nous donne un moyen proactif de comprendre ce qui se passe dans le sous-sol."

Les formations de schiste ont une faible perméabilité, ce qui signifie que le gaz ne se déplace pas facilement à travers la roche. Les opérateurs forent sur des milliers de pieds, soit plus d'un mile, pour atteindre le schiste, puis forent des milliers de pieds plus horizontalement à travers la formation. Ils pompent un mélange de liquide et de sable à haute pression dans le schiste pour ouvrir de minuscules fractures et permettre au gaz de s'échapper de la roche.

Mais cela ne permettra peut-être de récupérer qu’une fraction – environ 20 % ou moins – de la ressource totale en gaz naturel. Le reste reste piégé dans de petits pores, et l'absence de système de pores interconnectés signifie que le gaz ne circule pas facilement à travers les schistes.

En analysant des échantillons de schiste, les scientifiques ont pu créer un modèle mathématique pour prédire le flux (ou mouvement) du méthane qui reste dans la formation en fonction de la structure des pores. Appelé modèle unifié de transport de gaz, l'outil intègre la façon dont tous les gaz présents dans les schistes se déplacent et la structure des schistes pour prédire le comportement du flux de méthane. L'équipe a validé son modèle par rapport à des expériences sur les schistes de Marcellus menées sur des équipements spécialisés dans le laboratoire de Liu à Penn State.

"Ce que l'industrie peut retenir, c'est qu'elle dispose de coupes de forage ou d'échantillons de schiste, et qu'elle peut calculer le flux d'émissions de méthane en fonction de ses informations sur les échantillons", a déclaré Yun Yang, auteur principal de l'étude qui a mené la recherche alors qu'elle terminait son doctorat. à Penn State et en tant que boursier postdoctoral à l'Université de Calgary, qui est maintenant boursier postdoctoral au Laboratoire national de Los Alamos. "Ils peuvent l'utiliser comme guide pour évaluer le potentiel de fuite de méthane après l'abandon d'un puits."

Les émissions de méthane ont un potentiel de réchauffement climatique plus important que celui du dioxyde de carbone, et l'atténuation des émissions est une priorité pour les États-Unis et leurs partenaires internationaux grâce à des efforts tels que la Global Mthane Initiative, ont déclaré les scientifiques.

Cela pourrait être particulièrement important dans des régions comme la Pennsylvanie, où plus de 20 000 puits de gaz de schiste ont été forés depuis le début du boom du gaz de schiste à Marcellus en 2005.

"L'un des problèmes majeurs est que les fuites de méthane ont un potentiel de réchauffement climatique plus élevé que celui du dioxyde de carbone", a déclaré Haoming Ma, chercheur postdoctoral à l'Université du Texas à Austin et co-auteur. Ma a mené les travaux alors qu'il était associé de recherche à l'Université de Calgary. "Les États-Unis et d'autres pays se sont engagés à réduire les émissions mondiales de méthane d'environ 30 % d'ici 2030, soulignant l'urgence de les atténuer."

Étant donné que le méthane se diffuse lentement à partir des schistes, les scientifiques ont déclaré que des exigences réglementaires devraient être mises en œuvre pour assurer une surveillance à long terme des émissions de méthane provenant des puits de gaz de schiste abandonnés.

Les chercheurs ont découvert que lorsqu’un puits cesse de produire et que la pression à l’intérieur du réservoir chute, la diffusion du méthane à travers le système microporeux complexe des matrices de schiste augmente. La diffusion est un processus plus lent et contribue à un flux durable de méthane de la formation vers le puits abandonné, ont indiqué les scientifiques.

Les émissions de méthane dues à la diffusion sont comparables aux émissions du fluide de reflux, le liquide et le sable injectés dans le sol lors de la fracturation hydraulique qui retournent à la surface, selon les chercheurs.

Des études antérieures se sont concentrées sur l'évaluation des émissions libérées par la fracturation hydraulique, l'achèvement et l'exploitation des puits, mais comprendre le potentiel des émissions une fois qu'ils ne sont plus actifs est une pièce manquante importante, ont déclaré les scientifiques.

"Dans ce travail, nous avons constaté qu'après la mise hors service d'un puits, si vous ne mettez pas en œuvre des techniques de bouchage appropriées (si vous laissez le puits ouvert à la surface), les émissions de méthane s'accumuleront avec le temps", a déclaré Yang. "Et si vous attendez suffisamment de temps, le flux d'émission sera le même que celui observé lors des opérations de reflux."

Étant donné que la diffusion augmente à mesure que la pression du réservoir diminue dans l'étude, maintenir cette pression même après qu'un puits cesse de produire pourrait être une stratégie efficace pour réduire le potentiel d'émission de méthane des puits de gaz de schiste abandonnés, ont déclaré les scientifiques.