University of Oklahoma Mewbourne College of Earth and Energy assistent-professor Xiaowei Chen en een groep geowetenschappers van de Arizona State University en de University of California, Berkeley, hebben een model gecreëerd om de activiteit van veroorzaakte aardbevingen door de afvoer van afvalwater na olie- en gasproductie te voorspellen.

"In deze regio van het land, voor elk vat olie dat uit de grond wordt gewonnen, meestal worden er ook tussen de acht en negen vaten water gewonnen uit veel putten, " zei Chen.

De grote hoeveelheid water leidt tot een probleem voor olieproducenten - wat ermee te doen?

Ook wel pekel genoemd, dit afvalwater bevat zout, mineralen en sporen van olie, waardoor het onbruikbaar wordt voor consumptie of agrarische doeleinden en onbetaalbaar om te behandelen. Het wordt verwijderd door het terug in de aarde te injecteren, diep in poreuze rotsformaties.

Afvalwaterinjectie kan aardbevingen veroorzaken, legde Chen uit, en hoewel de meeste recente aardbevingen in Oklahoma klein waren, verschillende zijn meer dan 3,0 op de schaal van Richter geweest.

Chen en een team van onderzoekers, geleid door Guang Zhai en Manoochehr Shirzaei van ASU, en Michael Manga van UC Berkeley, gingen op zoek naar een manier om geïnduceerde aardbevingen in Oklahoma voorspelbaar en klein te maken.

hun methode, legde Chen uit, was om "een model te maken dat het geïnjecteerde afvalwatervolume correleert met spanningsveranderingen op nabijgelegen fouten en het aantal aardbevingen in dat gebied."

De formule vinden

Het voorspellen van de hoeveelheid seismische activiteit van afvalwaterinjectie is moeilijk omdat er rekening moet worden gehouden met tal van variabelen:

• Hoe gemakkelijk pekel in een bepaalde regio door de rots kan bewegen?
• Waar en hoeveel pekel wordt geïnjecteerd
• De regionale nadruk op die fouten
• De aanwezigheid van bestaande geologische breuken

Het team pakte elk probleem aan.

Chen en haar collega-onderzoekers bestudeerden ondergrondse hydrologische parameters - hoe snel vloeistof beweegt in poreuze rotsen en hoe snel geïntroduceerde vloeistof de spanning in de ondergrondse kelder verandert. Dit is belangrijk omdat de ondergrondse kelder de locatie is van de door Oklahoma veroorzaakte aardbevingen.

Terwijl het ASU-team satellietgegevens gebruikte om de parameters van de ondergrondse hydrologie te bepalen, Chen concentreerde zich op ruimte- en tijdverdelingen van aardbevingen, en bepaalde hydrologische parameters door te kijken hoe snel aardbevingen zich van injectiezones verwijderen. Door beide datasets te vergelijken, onderzoekers verhoogden de nauwkeurigheid van hun model verder.

Zoals het blijkt, de Arbuckle-groep, een sedimentaire laag die bovenop de ondergrondse kelder diep in de aarde zit, is bijzonder doorlatend, pekel toestaan, en daardoor aardbevingen, gemakkelijk te verspreiden.

"Als we pekel injecteren in de Arbuckle Group op een diepte van 1-3 kilometer, het kan transporteren door de poreuze rotsen, het wijzigen van spanningen en het veroorzaken van aardbevingen op kelderfouten, " zei Chen.

Volgende, onderzoekers kunnen de hoeveelheid vloeistof in het model pluggen. Door het volume vloeistof dat in een bepaald gebied is geïnjecteerd toe te voegen aan hun model, ze kunnen de stress bepalen die het op die regio zal leggen terwijl het zich verspreidt.

Met de pekelvariabelen in aanmerking genomen, onderzoekers voegden vervolgens informatie over reeds bestaande fouten toe aan regionale berekeningen. Hoe meer onderzoekers weten over een bepaald gebied, hoe nauwkeuriger de gegevens zullen zijn.

"Als we gaan opereren in een gebied waar we geen eerdere seismische activiteit hebben, het zal een beetje een uitdaging zijn om nauwkeurig te voorspellen, " zei Chen. "Maar door in een nieuw gebied te opereren en realtime parameters te nemen, operators en onderzoekers moeten toekomstig gedrag kunnen voorspellen."

Resultaten

Chen hoopt dat door de resultaten te volgen van de modellen die ze heeft helpen creëren, olie-exploitanten in de staat kunnen nieuwe protocollen maken voor hoeveel afvalwater ze moeten injecteren en waar.

Dit kan grote geïnduceerde aardbevingen in Oklahoma helpen voorkomen. Chen gelooft niet dat aanstaande protocollen de geïnduceerde seismische activiteit helemaal zullen beëindigen, maar zal eerder helpen de omvang en snelheid van aardbevingen te beperken met beperkte injectiecontrole. Deze methode kan toekomstige geïnduceerde seismische activiteit voorspellen.

Chen voorziet een protocol dat vergelijkbaar is met tornado-horloges - een tijdsperiode waarin Oklahoma's worden gewaarschuwd dat ze lichte trillingen kunnen voelen in een deel van de staat.

Volgens Chen, dit is een gebied waar de nauwe werkbanden tussen geowetenschappers en petroleumingenieurs nog sterker moeten worden. Tot dusver, haar onderzoek heeft de interesse gewekt van zowel geowetenschappers als petroleumingenieurs in de industrie en de academische wereld.