Wetenschap
Poriëndrukdiffusie leidde tot microseismiciteit op de koolstofvastleggingslocatie in het Illinois-bekken, zo blijkt uit modelstudies
Poriëndrukdiffusie gegenereerd door kooldioxide dat ondergronds wordt geïnjecteerd op een koolstofopslaglocatie in het Illinois Basin is volgens een nieuwe analyse de waarschijnlijke oorzaak van honderden micro-aardbevingen die tussen 2011 en 2012 op de locatie hebben plaatsgevonden.
Het modelleringsonderzoek gepubliceerd in het Bulletin of the Seismological Society of America geeft aan dat drukdiffusie langs bestaande breuken in het keldergesteente de breuken waar de microseismiciteit – variërend van Mw -2 tot 1 – optrad, had kunnen destabiliseren, aldus Ruben Juanes van MIT en collega's.
Er zijn enkele overeenkomsten tussen CO2 injectie en afvalwaterinjectie van olie- en gasactiviteiten, hoewel de hoeveelheden geïnjecteerd afvalwater wereldwijd tot nu toe groter zijn dan die van geïnjecteerd CO2 . De injectie van afvalwater heeft echter over de hele wereld kleine tot middelgrote aardbevingen veroorzaakt, waardoor het belangrijk is te bestuderen hoe CO2 injectie seismiciteit veroorzaakt en of dit ook grotere aardbevingen kan veroorzaken.
De nieuwe bevindingen bevestigen het belang van het karakteriseren van ondergrondse breuken op plaatsen die zijn geselecteerd voor CO2 sekwestratie, merken de onderzoekers op.
De eerste injectieperiode bij het Illinois Basin-Decatur Project (IBDP) liep van november 2011 tot november 2014, gedurende welke tijd een miljoen ton CO2 werden geïnjecteerd tot een diepte van 2 kilometer onder de grond. De onderzoekers concentreerden zich op het eerste jaar van CO2 injectie bij het project.
De IBDP-injectielaag wordt gescheiden van het keldergesteente door een zandsteenlaag die niet erg poreus of doorlaatbaar is, waardoor onderzoekers zich afvragen hoe CO2 injectie had de kelder kunnen bereiken en seismiciteit kunnen veroorzaken.
Het model van Juanes en collega's laat zien dat veranderingen in de poriedruk van het gesteente als gevolg van de injectie zich langs breuken voortbewegen die de injectielaag met de kelder met elkaar verbonden.
"Tijdens vloeistofinjectie neemt de poriëndruk toe bij de injectieput en diffundeert weg van de put vanwege vloeistofmigratie. Dit is analoog aan hoe de temperatuur 'wegdiffundeert' van warme gebieden naar koude gebieden", legt Juanes uit.
"Als gevolg van deze drukverhoging zal de effectieve spanning op een breuk afnemen, wat resulteert in de destabilisatie van de breuk."
Vloeistofinjectie kan gesteente ook doen uitzetten, via een mechanisme dat poro-elastische spanning wordt genoemd. Het vervormende gesteente kan leiden tot spanningsveranderingen die breuken destabiliseren of stabiliseren. In het IBDP-geval stabiliseerde het poro-elastische effect de fouten, ontdekten Juanes en collega's.
Hun analyse suggereert ook dat de fouten die de micro-aardbevingen veroorzaakten, vóór CO2 bijna kapot waren. injectie. Het karakteriseren van deze kleine fouten – waar ze zich bevinden en hoe dicht ze op het punt staan te mislukken – vormt een aanzienlijke uitdaging voor projecten voor koolstofvastlegging, merkte Juanes op.
"De belangrijkste uitdaging is dat methoden voor teledetectie grotendeels afhankelijk zijn van de voortplanting van seismische golven door het oppervlak", zegt Josimar Silva, eerste auteur van de studie en postdoc bij MIT tijdens het project. "Seismische golven worden snel zwakker over afstanden van de bron, en hebben daarom een beperkte resolutie wanneer ze de diepte bereiken die van belang is."
Eén manier om kleinere breuken op een koolstofopslaglocatie te verlichten zou kunnen zijn om te beginnen met kleinschalige injectie, voegde hij eraan toe.
"CO2 injectie bij Decatur is een goed voorbeeld. De eerste injectieperiode, die we in het artikel analyseerden, leidde tot honderden micro-aardbevingen. De tweede periode van injectie, die plaatsvond op een kleinere diepte en niet zo dicht bij de beschadigde kelder, resulteerde in vrijwel geen seismiciteit", aldus Juanes.
Injectiesnelheden in CO2 projecten zijn "veel, veel lager" geweest dan de injectiepercentages voor afvalwater in de jaren 2000 en 2010, zei Juanes, wat zou kunnen verklaren waarom geïnduceerde seismiciteit van gemiddelde omvang niet is waargenomen bij projecten voor koolstofvastlegging.
"Maar een andere verklaring is dat er over het algemeen een betere karakterisering van de ondergrond is uitgevoerd voor CO2 opslag voorafgaand aan de injectie dan in de begindagen van de geologische afvoer van afvalwater, waar het gebruikelijk was om te injecteren in, of heel dicht bij, het aangetaste keldergesteente," voegde hij eraan toe.