Spildevandslækage i West Texas afsløret af satellitradarbilleder og sofistikeret modellering

Geofysikere ved SMU siger, at beviser for lækage i en brønd til spildevandsbortskaffelse i West Texas mellem 2007 og 2011 burde give anledning til bekymring om det nuværende potentiale for forurenet grundvand og skader på omkringliggende infrastruktur.

SMU geofysiker Zhong Lu og resten af ​​hans team mener, at lækagen skete ved en spildevandsboring i Ken Regan-feltet i det nordlige Reeves County, som kunne have lækket giftige kemikalier ind i Rustler-akviferen. Det samme hold af geofysikere ved SMU har afsløret, at synkehuller udvider sig og dannes i det vestlige Texas med en overraskende hastighed.

Spildevand er et biprodukt af olie- og gasproduktion. Ved at bruge en proces kaldet horisontal boring, eller "fracking, "virksomheder pumper enorme mængder vand, sand og kemikalier langt ned i jorden for at hjælpe med at udvinde mere naturgas og olie. Med den gas og olie, imidlertid, kommer store mængder spildevand, der sprøjtes dybt ned i jorden gennem bortskaffelsesbrønde.

Føderale og statslige olie- og gasbestemmelser kræver, at spildevand bortskaffes på en dyb dybde, typisk fra omkring 1, 000 til 2, 000 meter dybt i denne region, så det ikke forurener grundvand eller drikkevand. Et lille antal undersøgelser tyder på, at arsen, benzen og andre toksiner, der potentielt findes i fracking-væsker, kan udgøre alvorlige risici for reproduktions- og udviklingssundheden.

Selvom lækagen menes at være sket mellem 2007 og 2011, fundet er stadig potentielt farligt, sagde Weiyu Zheng, en ph.d. studerende ved SMU (Southern Methodist University), der ledede forskningen.

"Rustler-akviferen, inden for området for den effektive injektionsdybde, bruges kun til kunstvanding og husdyr, men ikke drikkevand på grund af høje koncentrationer af opløste faste stoffer. Spildevand lækket ind i denne grundvandsmagasin kan muligvis forurene ferskvandskilderne, " forklarede Zheng.

"Hvis jeg boede i dette område, Jeg ville være lidt bekymret, " sagde Lu, professor i Shuler-Foscue Chair ved SMU's Roy M. Huffington Department of Earth Sciences og den tilsvarende forsker af resultaterne.

Han bemærkede også, at lækkende spildevand kan gøre massiv skade på omkringliggende infrastruktur. For eksempel, olie- og gasrørledninger kan blive brækket eller beskadiget under overfladen, og den resulterende svævende jord kan beskadige veje og bringe chauffører i fare.

SMU-geofysikere siger, at satellitradarbilleder indikerer, at en lækage i den nærliggende bortskaffelsesbrønd er sket på grund af ændringer, der har vist sig at ske i det nærliggende Ken Regan-felt:en stor del af jorden, fem fodboldbaner i diameter og omkring 230 fod fra brønden, blev hævet næsten 17 centimeter mellem 2007 og 2011. I geologiverdenen dette kaldes en opløftning, og det sker som regel, hvor dele af jorden er blevet tvunget opad af underjordisk tryk.

Lu sagde, at den mest sandsynlige forklaring på det løft er, at der skete lækage ved den nærliggende brønd.

"Vi har mistanke om, at spildevandet er samlet på en meget lav dybde, hvilket er ganske dramatisk forskelligt fra hvad rapportdataene siger om den brønd, " han sagde.

Kun én spildevandsboring er placeret i umiddelbar nærhed af det hævede område af Ken Regan-feltet. Selskabet, der ejer det, rapporterede indsprøjtningen af ​​1, 040 meter spildevand dybt ned i bortskaffelsesboringen i Ken Regan. Den brønd er ikke længere aktiv.

Men en kombination af satellitbilleder og modeller udført af SMU viser, at vandet sandsynligvis undslap på et lavere niveau, end brønden blev boret efter.

Og studiet, som blev offentliggjort i Nature-publikationen Videnskabelige rapporter , anslår, at omkring 57 procent af det injicerede spildevand gik til denne lavere dybde. På den lavere dybde, spildevandet - som typisk indeholder saltvand og kemikalier - kunne have blandet sig med grundvandet fra den nærliggende Rustler Akvifer. Drikkevand kommer ikke fra Rustler Akvifer, som strækker sig over syv amter. Men grundvandsmagasinet løber til sidst ud i Pecos-floden, som er en drikkekilde.

Forskerne fandt ud af lækagen efter at have analyseret radarsatellitbilleder fra januar 2007 til marts 2011. Disse billeder blev optaget af et udlæsningsradarinstrument kaldet Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar (PALSAR) monteret på Advanced Land Observing Satellit, som blev drevet af Japan Aerospace Exploration Agency

Med denne teknologi kaldet interferometrisk syntetisk blænde-radar, eller kort sagt InSAR, satellitradarbillederne gør det muligt for forskere at opdage ændringer, der ikke er synlige for det blotte øje, og som ellers kunne forblive uopdagede. Satellitteknologien kan fange jorddeformation med en præcision på sub-tommer eller bedre, med en rumlig opløsning på et par yards eller bedre over tusinder af miles, siger forskerne.

Lu og hans team brugte også data, som olie- og olieselskaber er forpligtet til at rapportere til Railroad Commission of Texas (Texas RRC), samt sofistikerede hydrogeologiske modeller, der kortlagde fordelingen og bevægelsen af ​​vand under jorden samt klipper i jordskorpen.

"Vi brugte InSAR til at detektere overfladeløftet og anvendte poroelastiske finite element-modeller til at simulere forskydningsfelter. Resultaterne indikerer, at den effektive injektionsdybde er meget lavere end rapporteret, " sagde Zheng. "Den mest rimelige forklaring er, at brønden oplevede lækage på grund af foringsfejl og/eller tætningsproblemer."

"Et problem er, at stålrørene kan nedbrydes, efterhånden som de ældes, og/eller brønde kan være utilstrækkeligt styret. Som følge heraf, spildevand fra defekte dele kan lække ud, " sagde Jin-Woo Kim, forsker ved Lu's SMU Radar Laboratory og medforfatter til denne undersøgelse.

Kombinationen af ​​InSAR-billeder og modellering udført af SMU gav forskerne et klart billede af, hvordan hævningsområdet i Regan-feltet udviklede sig.

Lu, som er verdenskendt for førende videnskabsmænd i at bruge InSAR-applikationer til at detektere overfladeændringer, sagde, at disse typer analyser er kritiske for fremtiden for olieproducerende West Texas.

"Vores forskning, der udnytter fjernmålingsdata og numeriske modeller, giver et fingerpeg om at forstå den hydrogeologiske proces under overfladen, der reagerer på olie- og gasaktiviteterne. Denne form for forskning kan yderligere betragtes som en indirekte lækageovervågningsmetode til at supplere nuværende sjældne lækagedetektion, " sagde Zheng.

"Det er meget vigtigt at opretholde økonomien i hele nationen. Men disse operationer kræver en vis kontrol for at sikre, at operationerne også er miljøvenlige, " sagde Lu.

Tidligere, Kim og Lu brugte satellitradarbilleder til at finde to gigantiske synkehuller nær Wink, Texas - to amter over fra Ken Regan-løftet - var sandsynligvis kun toppen af ​​isbjerget af jordbevægelse i det vestlige Texas. Ja, de fandt beviser for, at store dele af det vestlige Texas oliefelt slyngede og sank i alarmerende hastigheder. Årtiers olieproduktionsaktiviteter i det vestlige Texas ser ud til at have destabiliseret lokaliteter i et område på omkring 4, 000 kvadratkilometer befolket af små byer som Wink, veje og et stort netværk af olie- og gasrørledninger og lagertanke.