Глубина слоя горных пород, который служит местом захоронения сточных вод, образующихся при нетрадиционной добыче нефти, играет значительную роль в том, вызовет ли это захоронение землетрясения в США, согласно новому исследованию, в котором широко рассматривается выпуск.
В исследовании, опубликованном в Seismological Research Letters, были рассмотрены данные о сбросе сточных вод с нефтяных месторождений в Оклахоме, восточной Монтане, западной части Северной Дакоты, Техасе и Нью-Мексико.
Уровни сейсмичности в Оклахоме выше, чем в других штатах, отчасти потому, что сточные воды в Оклахоме закачиваются глубже в землю, ближе к основной породе, по словам автора исследования Бриджит Скэнлон из Техасского университета в Остине и ее коллеги.
Совокупный объем сточных вод, закачиваемых в землю в Оклахоме, также выше, чем в других нефтедобывающих районах, и также может быть связан с повышенной сейсмичностью в штате, заключили исследователи..
Выводы отличаются от результатов более раннего исследования, основанного на данных в средней части континента, в которых не было обнаружено значительной корреляции между общим объемом сбрасываемых сточных вод или между глубиной закачки и повышенной сейсмичностью. Однако новое исследование содержит дополнительные данные за 3,5 года по объему закачки и сейсмичности в Оклахоме, а также использует новую карту глубины фундамента, сказал Скэнлон..
Нетрадиционная добыча нефти в США, при которой нефть добывается из сланцев и плотных пород с использованием гидравлического разрыва пласта и горизонтальных скважин, была связана с увеличением числа землетрясений, вызванных деятельностью человека, в средней части континента Соединенных Штатов в течение почти десятилетия. Основной движущей силой этого увеличения сейсмичности является закачка сточных вод, образующихся при добыче, что увеличивает поровое давление в горных породах и может влиять на напряжение вдоль разломов в слоях горных пород, выбранных для захоронения.
«Непроницаемость» пластов нефтеносных пород на этих участках означает, что сточные воды не могут быть закачаны обратно в те же пласты, поэтому вместо этого компании находят «более рыхлые» и более проницаемые пласты горных пород, в которых можно бурить. колодцы для утилизации.
Исследование, проведенное Скэнлоном и его коллегами, изучало скорость закачки сточных вод, совокупные региональные объемы закачки и близость закачки к породе фундамента для трудноизвлекаемых нефтяных месторождений в Оклахоме, месторождении Баккен (Монтана и Северная Дакота), месторождении Игл Форд (Техас). и пермская пьеса (Техас и Нью-Мексико).
Многие скважины для сброса сточных вод в Оклахоме пробурены в слой горных пород, называемый формацией Арбакл, который примыкает к фундаменту и находится намного глубже, чем слои горных пород, используемые для сброса на месторождениях Баккен, Игл Форд и Пермиан..
Скважины, пробуренные в Арбакле, отводят воду в пласт без необходимости создания давления на устье скважины, а зона горных пород обладает высокой проницаемостью, что делает ее привлекательным местом захоронения, сказал Кайл Мюррей, соавтор исследования. Исследование Геологической службы Оклахомы. В Арбакле также есть добывающие скважины только «на нескольких небольших участках, поэтому захоронение не уменьшает количество добывающих скважин».
Простота использования Арбакла в качестве места захоронения может быть одной из причин, по которой производители нефти выбрали более глубокие места захоронения в Оклахоме по сравнению с другими регионами, «но бурение более мелких скважин и захоронение в более мелких зонах в других месторождениях может быть связанных с экономикой. Более глубокие скважины намного дороже и не всегда успешны», - добавил он.
Мюррей сказал, что операторы нефтяных месторождений в этих других регионах также могут знать об исследованиях, связывающих повышение сейсмичности в Оклахоме с близостью закачки к породе фундамента, из-за чего они избегают глубокого захоронения на своих площадках.
Исследователи отметили, что их выводы согласуются со снижением сейсмичности, задокументированным в Оклахоме после директив Комиссии корпорации Оклахомы в 2014 и 2016 годах о снижении скорости закачки и региональных объемов закачки, а также о закрытии скважин для сброса, пробуренных в подвал. Эти директивы привели к 70-процентному сокращению числа землетрясений магнитудой 3,0 или более в штате в 2017 году по сравнению с 2015 годом.
Существует компромисс между закачкой сточных вод в неглубокие и глубокие слои горных пород, отмечают исследователи. Более мелкие скважины, которые часто стоят в два-три раза меньше, чем более глубокие скважины, и, по-видимому, вызывают более низкий уровень сейсмичности, могут загрязнять водоносные горизонты соленой водой или мешать работе скважин для добычи нефти.
Сканлон и его коллеги говорят, что одним из способов уменьшить общий объем закачки сточных вод может быть перепрофилирование сточных вод для гидроразрыва пласта. «Ценность повторного использования пластовой воды для гидроразрыва аналогична повторной закачке пластовой воды для заводнения в обычных нефтяных пластах для поддержания давления», - сказал Скэнлон. «Повторное использование пластовой воды для гидроразрыва пласта уменьшит проблемы с источниками воды и связанное с этим истощение воды, а также уменьшит сброс сточных вод и связанную с этим потенциальную сейсмичность."
Эта стратегия может работать лучше всего в местах, где количество образующихся сточных вод примерно равно количеству, необходимому для гидроразрыва пласта. В Оклахоме, например, на операции гидроразрыва пласта будет расходоваться всего 10 процентов объема добываемых сточных вод.