Seepage pathway assessment for natural gas to shallow groundwater during well stimulation, production and after abandonment

Maurice Dusseault, Richard Jackson

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Mineral and Gas I

ABSTRACT: Hydraulic fracture stimulation (HFS) of unconventional oil and gas reservoirs has become the focus of public concern with respect to fugitive gas emissions, fracture height growth, induced seismicity and groundwater pollution. We evaluate the potential pathways of fugitive gas seepage during stimulation and production and conclude that the quality of surface casing and deeper casing installations is a major concern with respect to future gas migration. The pathway outside the casing is of greatest concern, and likely leads to many wells leaking natural gas upwards from intermediate, non-depleted thin gas zones, rather than from the deeper target reservoirs which are depleted during production. We substantiate this argument with isotopic data from the Western Canada Sedimentary Basin. These paths must be understood and the probability of leakage addressed by mitigating methods such as casing perforation and squeeze, expanding packers of long life and controlled leak-off into saline aquifers. With a few exceptions, hydraulic fracture stimulation itself appears not to be a significant risk. These exceptions include situations involving fluids during the high pressure stage of HFS when (1) old well casings are intersected by fracturing fluids and (2) when these fluids pressurize nearby offset wells that have not been shut in, and particularly offset wells in the same formation that are surrounded by a region of pressure depletion where the horizontal stresses have also been diminished..

RÉSUMÉ: Stimulation de fracture hydraulique (HFS) des réservoirs de pétrole et de gaz non conventionnel est devenu le centre des préoccupations du public en ce qui concerne les émissions fugitives de gaz, la croissance de la hauteur de fracture, sismicité induite et de la pollution des eaux souterraines. Nous évaluons les voies potentielles d'infiltration d'eau de gaz fugitif pendant la stimulation et de la production et de conclure que la qualité du tubage de surface et profondes installations boîtier est une préoccupation majeure en ce qui concerne la migration de gaz avenir. La voie de l'extérieur du boîtier est de grande préoccupation, et entraîne probablement des nombreux puits qui fuient vers le haut à partir de gaz naturel, les zones de gaz minces non-épuisement des intermédiaires plutôt que de profonds réservoirs cibles. Nous avons l'appui de cette thèse avec des données isotopiques du bassin sédimentaire de l'Ouest canadien. Ces chemins doivent être comprises et la probabilité de fuite abordés par des méthodes d'atténuation telles que boîtier perforation et compression, l'expansion emballeurs de longue durée de vie et induit de fuite dans des aquifères salins. Stimulation de fracture hydraulique lui-même ne semble pas être un risque important à quelques exceptions près. Il s'agit notamment de situations impliquant des fluides pendant la phase haute pression de HFS lorsque (1) vieux tubages de puits sont traversés par des fluides de fracturation et (2) lorsque ces fluides sous pression les environs compensés puits qui n'ont pas été fermés dans et en particulier compensés puits dans la même formation qui sont entourées par une région de déplétion de la pression lorsque les contraintes horizontales ont également été diminué.

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