In een nieuw gepubliceerd artikel, Geowetenschappers van Virginia Tech hebben ontdekt dat ondiepe afvalwaterinjectie - niet diepe afvalwaterinjecties - wijdverspreide diepe aardbevingen in onconventionele olie- en gasproductievelden kan veroorzaken.

Pekel is een giftig afvalwater bijproduct van de olie- en gasproductie. Putboren verwijderen grote hoeveelheden pekel door deze in ondergrondse formaties te injecteren, waar de injectie aardbevingen kan veroorzaken, volgens Guang Zhai, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Geowetenschappen, onderdeel van het Virginia Tech College of Science, en een gastassistent-onderzoeker aan de Universiteit van Californië, Berkeley.

De bevindingen verschijnen in de 10 mei-editie van het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences . Samen met Zhai op het papier zijn Manoochehr Shirzaei, een universitair hoofddocent geowetenschappen aan Virginia Tech, en Michael Manga, een professor en voorzitter van Berkeley's Department of Earth and Planetary Science. In de door het Amerikaanse ministerie van Energie gefinancierde studie, het team richtte zich op het Delaware Basin in het westen van Texas, een van de meest productieve en onconventionele koolwaterstofvelden in de Verenigde Staten.

Sinds 2010, het bekken heeft een aanzienlijke toename van ondiepe afvalwaterinjectie en wijdverbreide diepe seismische activiteit ervaren, inclusief de recente 5.0 magnitude gebeurtenis in de buurt van Mentone, Texas. De meeste aardbevingen waren relatief klein, maar sommige zijn groot en algemeen gevoeld.

"Het is best interessant dat injectie boven de dikke, een algemeen laagdoorlatend schaliereservoir kan een aardbeving veroorzaken in de diepe kelder, ondanks een minimale hydraulische aansluiting, " zei Zhai. "Wat we hebben gevonden is dat de zogenaamde poro-elastische spanningen kelderfouten kunnen activeren, die afkomstig is van de vloeistofinjectie die rotsvervorming veroorzaakt."

Poro-elasticiteit is de resulterende interactie tussen vloeistofstroom en vaste vervormingen binnen een poreuze formatie, hier zandsteen. "Deze bevinding is belangrijk omdat het poro-elastische spanningen in de schijnwerpers plaatst als de belangrijkste oorzaak van aardbevingen in het bekken in het bekken, " zei Shirzaei, die ook een aangesloten faculteitslid is van het Virginia Tech Global Change Center.

Nog, het voorspellen van de hoeveelheid seismische activiteit van afvalwaterinjectie is problematisch omdat er veel variabelen bij betrokken zijn, een daarvan is de injectiediepte, zei Zhai. Hoewel het algemeen bekend is dat de toename van de vloeistofdruk als gevolg van diepe injectie de belangrijkste reden is voor de recente toename van de seismische activiteit in het midden en oosten van de Verenigde Staten, het is nog steeds de vraag hoe ondiepe injecties precies aardbevingen veroorzaken.

Tijdens de studie, het team keek naar hoe variërende hoeveelheden geïnjecteerde pekel de aardkorstspanningen diep onder het Delaware Basin verstoorden en hoe deze verstoringen leidden tot aardbevingen op een bepaalde fout. Zhai toegevoegd, "Vloeistoffen zoals pekel en natuurlijk grondwater kunnen zowel worden opgeslagen als door poreuze rotsen bewegen."

Het trio gebruikte data-analyse en computermodellering om de grote hoeveelheid vloeistofextractie uit schaliereservoirs van meer dan 1 na te bootsen. 500 schalieproductieputten in de periode 1993-2020, met 400 putten die pekel injecteren in zandsteenformaties van 2010 tot 2020. Om het scenario realistisch te maken, het model omvatte de mechanische eigenschappen van rotsen in het Delaware Basin, zei Shirzaei.

Het team ontdekte dat de aardbevingen in het hele bekken vooral optreden waar de diepe spanning toeneemt vanwege ondiepe injectie. Dit betekent dat er een causaal verband is tussen diepe aardbevingen en ondiepe vloeistofinjectie via elastische spanningsoverdracht.

"De diepe spanningsverandering is gevoelig voor ondiepe watervoerende lagen, vooral de hydraulische diffusie, die het gemak van vloeistofstroom in poreus medium beschrijft, " Zei Manga. "Een vraag om te stellen is waarom sommige gebieden met veel ondiepe injectie geen seismiciteit hebben. Onze aanpak biedt een manier om andere belangrijke factoren te onderzoeken die geïnduceerde aardbevingen beheersen."

Naast menselijk ingrijpen, de tektonische instellingen zelf helpen ook bij het vooraf bepalen van de omvang en waarschijnlijkheid van de aardbeving, zei Shirzaei. Deze studie en toekomstige werkzaamheden zullen een haalbare manier bieden om geïnduceerde seismische gevaren te beoordelen, combinatie van natuurlijke en menselijke factoren. Het uiteindelijke doel:de gevaren van het lozen van afvalwater tijdens de aardgasproductie tot op lange termijn minimaliseren, hernieuwbare energietechnologieën worden voor iedereen beschikbaar.

"Naarmate de toekomstige energievraag wereldwijd toeneemt, omgaan met de enorme hoeveelheid gecoproduceerd afvalwater blijft een uitdaging, en veilige ondiepe injectie voor verwijdering is kostenefficiënter dan diepe injectie of waterbehandeling, "Zei Zhai. "We hopen dat het mechanisme dat we in deze studie vinden, mensen kan helpen opnieuw na te denken over de manier waarop geïnduceerde aardbevingen worden veroorzaakt, uiteindelijk helpen met een beter begrip van hen en het verminderen van hun gevaren."