Hydraulisch breken voor olie- en gasproductie kan aardbevingen veroorzaken, groot en klein. Een nieuwe benadering om het risico van deze aardbevingen te beheersen, kan operators en regelgevers helpen vroeg genoeg op de rem te gaan om overlast te voorkomen en de kans op materiële schade en letsel te verkleinen.

De aanpak, ontwikkeld door vier onderzoekers van Stanford University en gepubliceerd op 28 april in de Bulletin van de Seismologische Vereniging van Amerika , draait om een ​​berekening van het risico dat het schudden veroorzaakt door een bepaald project zal worden gevoeld in omliggende gemeenschappen - lang voordat aardbevingen groot genoeg worden om schade aan te richten.

hydraulisch breken, of fracken, houdt in dat vloeistoffen onder hoge druk worden gepompt in putten die duizenden meters onder de grond in en over rotsformaties zijn geboord. De druk zorgt voor kleine aardbevingen die de rots breken, bestaande breuken te forceren of nieuwe te creëren. Aardolie stroomt dan gemakkelijker uit de gebarsten rotsen en in de put. "Het doel is om veel kleine aardbevingen te maken, maar soms zijn ze groter dan gepland, " zei co-auteur van de studie William Ellsworth, een professor in geofysica aan Stanford's School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth).

Door het lokale risico van hinderlijk schudden als uitgangspunt te nemen, de nieuwe strategie staat in contrast met de huidige gangbare praktijk voor het beheren van fracking-gerelateerde aardbevingen op basis van grootte. Onder een systeem dat bekend staat als een verkeerslichtprotocol, operators hebben groen licht om door te gaan zolang aardbevingen relatief klein blijven. Grotere aardbevingen kunnen een operator nodig hebben om het werk aan te passen of te stoppen. Het systeem wordt veel gebruikt om de gevaren van fracking voor olie en gas in de Verenigde Staten te beheersen, Canada, China en Europa, en ook voor de ontwikkeling van geothermische energie in Zuid-Korea, Europa en de Verenigde Staten.

"Impliciet, Ik denk dat regelgevers risico's in hun achterhoofd hebben gehad, " zei studie co-auteur Greg Beroza, een professor in de geofysica aan de Stanford. "Maar op risico's gebaseerde frameworks zijn nog niet eerder gebruikt, misschien omdat het een beetje extra analyse vereist."

De grootte van de aardbeving biedt een ruwe indicatie voor hoeveel schade kan worden verwacht, en het is een maatregel die regelgevers en operators in realtime kunnen controleren. Het probleem is dat aardbevingen van dezelfde grootte zeer verschillende risico's kunnen opleveren van de ene locatie naar de andere vanwege verschillen in bevolkingsdichtheid. "Een project in een vrijwel onbewoond gebied van West-Texas zou een veel lager risico opleveren dan een soortgelijk project in de buurt van een stad, ’ legde Elsworth uit.

In aanvulling, geologische factoren, waaronder aardbevingsdiepte, breukgeometrie en lokale bodemgesteldheid kunnen van invloed zijn op hoe de energie van een aardbeving - en het potentieel om schade aan te richten - wordt versterkt of uitdooft terwijl deze ondergronds reist. Al deze context is de sleutel tot het aanscherpen van een aanvaardbare hoeveelheid schudden en het dienovereenkomstig vaststellen van verkeerslichtdrempels.

"Gebieden zoals Oklahoma, met gebouwen die niet zijn ontworpen om sterke schokken te weerstaan, of gebieden die anticiperen op versterkt schudden als gevolg van zachte bodems, met deze aanpak rekening kunnen houden met hun gemeenschapsbehoeften, " zei co-auteur Jack Baker, een professor in civiele en milieutechniek die samen met Beroza het Stanford Center for Induced and Triggered Seismicity leidt, Ellsworth en Stanford geofysicus Mark Zoback.

De Stanford-onderzoekers ontwikkelden wiskundige technieken om rekening te houden met het web van risicofactoren die de kans bepalen dat een aardbeving merkbare of schadelijke trillingen op een specifieke locatie veroorzaakt. Ze bouwden voort op deze technieken om een ​​vertaling te maken naar de omvang van de aardbeving. Hierdoor konden ze richtlijnen opstellen voor het bedenken van nieuwe verkeerslichtprotocollen die nog steeds de aardbevingsgrootte gebruiken om duidelijk af te bakenen tussen de groene, gele en rode zones, maar met veel meer afstemming op lokale problemen en geologie.

"Als je me vertelt welke blootstelling je hebt in een bepaald gebied - bevolkingsdichtheid, siteversterking, afstand tot steden of kritieke infrastructuur - onze analyse kan cijfers opleveren voor groen-, drempels voor geel en rood licht die redelijk goed op de hoogte zijn van reële risico's, " zei hoofdonderzoeksauteur Ryan Schultz, een doctoraat student geofysica.

De analyse maakt het ook mogelijk, hij voegde toe, om te beginnen met een bepaald niveau van risico dat aanvaardbaar wordt geacht, zeg, een kans van 50 procent op hinderlijk schudden bij het dichtstbijzijnde huishouden - en bereken de maximale aardbevingsmagnitude die het risico op of onder dat niveau zou houden. "Het gaat erom duidelijker te maken welke keuzes worden gemaakt, "Schultz zei, "en het faciliteren van een gesprek tussen operators, regelgevers en het publiek."

In het algemeen, de auteurs raden aan om geel-lichtdrempels in te stellen die ongeveer twee magnitude-eenheden onder het rode licht liggen. Volgens hun analyse dit zou ertoe leiden dat 1 procent van de gevallen van de groene zone rechtstreeks naar rood springt. "Als u de operatie stopt op of voor de schadedrempel, je gaat ervan uit dat je perfecte controle hebt, en vaak is dat niet de realiteit, "Zei Schultz. "Vaak, de grootste aardbevingen gebeuren nadat je de pompen hebt uitgeschakeld."