Глубина скважины для гидроразрыва пласта в Оклахоме, среди прочих факторов, увеличивает вероятность того, что гидроразрыв приведет к землетрясению, согласно новому отчету в Бюллетене сейсмологического общества Америки.
Исследователи надеются, что их результаты, опубликованные в рамках предстоящего специального выпуска BSSA о наблюдениях, механизмах и опасностях наведенной сейсмичности, помогут нефтегазовым компаниям и регулирующим органам в штате усовершенствовать стратегии бурения, чтобы избежать разрушительных землетрясений.
Во время гидравлического разрыва пласта операторы скважин закачивают жидкость под давлением в пласт породы после вертикального и часто горизонтального бурения через породу. Жидкость разрывает - разрывает - слой породы и позволяет природному газу или нефти течь более свободно. Растущее число исследований предполагает, что этот процесс может вызвать сейсмическую активность, достаточно сильную для того, чтобы ее могли почувствовать люди, возможно, за счет увеличения давления флюидов в породе, что снижает нагрузку на разломы и позволяет им проскальзывать..
В одном слое горных пород, исследованном в исследовании BSSA, вероятность того, что гидравлический разрыв вызвал сейсмическую активность, увеличилась с 5 до 50 процентов, а глубина операций увеличилась с 1,5 до 5,5 километров (от 0,9 до 3,4 мили), как обнаружили исследователи.
Хотя точные механизмы, связывающие глубину скважины и сейсмическую вероятность, все еще изучаются, Майкл Брудзински и его коллеги предполагают, что избыточное давление флюидов, запертых внутри породы, может быть важным.
«Чем глубже слои породы, тем больше породы находится на вершине скважины, и это может потенциально увеличить давление флюидов на глубине», - сказал Брудзински, соответствующий автор исследования из Университета Майами в г. Огайо.
Оклахома оказалась в центре резкого увеличения сейсмической активности за последнее десятилетие, в основном из-за того, что нефтяные и газовые компании закачивали сточные воды, образующиеся при бурении, в более глубокие слои горных пород. Однако исследование 2018 года выявило места в штате, где значительная сейсмическая активность была связана с почти 300 скважинами гидроразрыва пласта.
Гидравлический разрыв связан с землетрясением магнитудой 4,6 в Канаде и землетрясением магнитудой 5,7 в Китае, хотя землетрясения, вызванные гидроразрывом пласта, как правило, меньше по магнитуде, чем землетрясения, вызванные сбросом сточных вод. В результате нефтегазовые операторы и регулирующие органы хотели бы знать больше о том, почему некоторые скважины вызывают сейсмическую активность, и как скорректировать свою работу, чтобы предотвратить разрушительные землетрясения.
Брудзински и его коллеги обнаружили связь между глубиной и сейсмической вероятностью при изучении данных из 929 горизонтальных и 463 вертикальных скважин гидроразрыва пласта в Оклахоме. Ученые использовали общедоступные данные об объеме закачки на буровых площадках, количестве скважин на буровой площадке, типе закачиваемого флюида, вертикальной глубине скважины и других характеристиках.
Общий объем закачиваемой жидкости в скважинах Оклахомы не повлиял на вероятность сейсмической активности вблизи скважин - неожиданный вывод, отличающийся от результатов других исследований наведенной сейсмичности. Некоторые предыдущие исследования гидроразрыва пласта (и удаления сточных вод) показывают увеличение сейсмической активности с увеличением объема.
Большинство скважин в текущем исследовании, однако, представляют собой одиночные скважины, а не несколько скважин, сгруппированных на буровой площадке, отметил Брудзински. В некоторых местах на западе Канады и Техаса, где существует связь между объемом закачки и сейсмичностью, более распространено несколько скважин на кустовой площадке.
«Именно поэтому мы начали думать, что, возможно, это разница между тем, что мы видим в нашем исследовании, и другими исследованиями», - сказал Брудзински. «Мы предполагаем, что закачка нескольких скважин рядом друг с другом может быть причиной того, что объем имеет значение в этих случаях, хотя нам нужно больше изучить это».
«Возможно, объем все еще имеет значение, но в большей степени в совокупности, чем для любой конкретной скважины», - добавил он. «Изолированная скважина большого объема может иметь не такой большой [сейсмический] риск, как скважина большого объема, расположенная в непосредственной близости от других скважин большого объема».
Исследователи также сравнили вероятность сейсмической активности в скважинах, где закачиваемая жидкость представляла собой гель, и «сликвотер» - воду с добавлением химикатов для увеличения потока. Они обнаружили более низкий уровень сейсмичности при операциях с гелем по сравнению со сликвотером, хотя разница не была столь статистически значимой, как другие тенденции.
Моделирование показывает, что более вязкий гель может не течь так далеко, как гладкая вода, что ограничивает его влияние на разломы, сказал Брудзински.