Помимо добычи нефти и газа, энергетика производит много воды, в среднем около 10 баррелей воды на баррель нефти. Новое исследование, проведенное Техасским университетом в Остине, показало, что место хранения пластовой воды под землей влияет на риск индуцированных землетрясений.
Помимо подтверждения связи между водоотведением и индуцированной сейсмичностью, исследование также описывает факторы, которые могут помочь снизить риск землетрясений.
«Если мы хотим управлять сейсмичностью, нам действительно нужно понимать механизмы контроля», - говорит ведущий автор Бриджит Скэнлон, старший научный сотрудник Бюро экономической геологии UT.
Исследование было опубликовано 31 октября в журнале Seismological Research Letters. Среди соавторов Мэтью Вайнгартен, доцент Университета штата Сан-Диего; Кайл Мюррей, адъюнкт-профессор Университета Оклахомы; и Роберт Риди, научный сотрудник Бюро экономической геологии. Бюро является исследовательским подразделением Школы наук о Земле Джексона UT.
Исследователи обнаружили, что повышенное давление, вызванное хранением пластовой воды внутри геологических формаций, повышает риск индуцированной сейсмичности. Риск возрастает с увеличением объема закачиваемой воды, как в скважинном, так и в региональном масштабе, а также скорости закачки.
Исследователи специально изучили воду, хранящуюся вблизи труднопроницаемых нефтяных месторождений, включая Баккен, Игл-Форд и пермские сланцевые месторождения, а также Оклахому в целом, которая имеет высокий уровень индуцированной сейсмичности в концентрированных районах. Исследователи обнаружили заметные различия в степени сейсмической активности, связанные с запасами подземных вод.
Например, исследование показало, что в Оклахоме 56 процентов колодцев, используемых для утилизации пластовой воды, потенциально связаны с землетрясениями. Следующим по величине является сланец Игл Форд в Южном Техасе, где 20 процентов потенциально связаны с землетрясениями.
В исследовании сообщается, что различные уровни индуцированной сейсмической активности связаны, среди прочего, с тем, как осуществляется управление водой и где она хранится под землей. В Оклахоме тенденция хранить воду в глубоких геологических формациях, которые часто связаны с разломами, которые могут вызывать землетрясения при нагрузке, увеличила риск наведенной сейсмичности. В других районах вода хранится на меньшей глубине, что ограничивает подверженность потенциально опасным разломам.
При традиционном производстве энергии вода обычно закачивается обратно в пласт, из которого были получены нефть и газ, что стабилизирует давление в пласте. Однако вода, полученная во время гидравлического разрыва пласта - метода, используемого для доступа к энергии в плотных нефтяных месторождениях, - не может быть возвращена, потому что поры породы слишком малы, чтобы вода могла быть закачана обратно в породу. Эта вода обычно закачивается в близлежащие геологические формации, что может увеличить давление на окружающую породу.
Выводы согласуются с директивами, изданными Комиссией корпорации Оклахомы (OCC) в 2015 году по снижению сейсмичности, которые включали снижение скорости закачки и региональных объемов закачки на 40 процентов в глубоких скважинах. Это исследование подтвердило, что изменения привели к 70-процентному сокращению числа землетрясений магнитудой более 3,0 в 2017 году по сравнению с пиковым 2015 годом.
«Все, что они (OCC) сделали, подтверждается тем, что у нас есть в этой статье», - сказал Мюррей. «Принятые ими решения, издаваемые ими директивы подтверждаются обнаруженными нами статистическими ассоциациями».
Сокращение землетрясений в Оклахоме показывает, что методы управления недрами могут влиять на сейсмический риск. Однако Скэнлон сказал, что изменения могут сопровождаться компромиссами. Например, неглубокое захоронение может помочь снизить риск землетрясений, но меньшая глубина хранения может увеличить риск загрязнения пластовой водой вышележащих водоносных горизонтов.
«Бесплатных обедов не бывает», - сказал Скэнлон. «Вы продолжаете повторять и делать что-то, но вы должны продолжать наблюдать за тем, что происходит».
Исследование финансировалось Фондом Альфреда П. Слоана, Фондом Синтии и Джорджа Митчелл, Школой наук о Земле Джексона и Стэнфордским центром индуцированной и вызванной сейсмичности.