Hvilke faktorer påvirker sandsynligheden for fracking-relateret seismicitet i Oklahoma?

Dybden af ​​en hydraulisk frakturbrønd i Oklahoma, blandt andre faktorer, øger sandsynligheden for, at fracking vil føre til jordskælvsaktivitet, ifølge en ny rapport i Bulletin fra Seismological Society of America .

Forskerne håber, at deres resultater, udgivet som en del af et kommende BSSA-specialnummer om observationer, mekanismer og farer ved induceret seismicitet, vil hjælpe olie- og gasoperatører og regulatorer i staten med at forfine borestrategier for at undgå skadelige jordskælv.

Under hydraulisk frakturering, brøndoperatører injicerer en væske under tryk i et klippelag efter at have boret lodret og ofte vandret gennem klippen. Væsken bryder - sprækker - klippelaget og tillader naturgas eller petroleum at strømme mere frit. Et stigende antal undersøgelser tyder på, at denne proces kan inducere seismisk aktivitet, der er stor nok til, at folk kan føle, muligvis ved at øge væsketrykket inde i klippen, som aflaster forkastninger og lader dem glide.

I et klippelag undersøgt i BSSA-undersøgelsen, sandsynligheden for, at hydraulisk frakturering udløste seismisk aktivitet steg fra 5 til 50 procent, mens brøndoperationerne flyttede sig fra 1,5 til 5,5 kilometers (0,9 til 3,4 miles) dyb, fandt forskerne.

Selvom de nøjagtige mekanismer, der forbinder brønddybde og seismisk sandsynlighed, stadig undersøges, Michael Brudzinski og kolleger foreslår, at overtrykket af væsker fanget inde i klippen kan være vigtigt.

"Jo dybere klippelagene er, jo mere sten, der sidder på toppen af ​​en brønd, og det vil potentielt øge væsketrykket i dybden, sagde Brudzinski, undersøgelsens tilsvarende forfatter fra Miami University i Ohio.

Oklahoma har været i centrum for en dramatisk stigning i jordskælvsaktivitet i løbet af det sidste årti, hovedsageligt forårsaget af olie- og gasselskaber, der injicerer spildevand produceret ved at bore tilbage i dybere klippelag. Imidlertid, en undersøgelse fra 2018 identificerede steder i staten, hvor betydelige mængder af seismisk aktivitet var forbundet med næsten 300 hydrauliske frakturbrønde.

Hydraulisk frakturering er forbundet med et jordskælv med en styrke på 4,6 i Canada og et jordskælv på 5,7 i Kina. selvom fracking-inducerede jordskælv har en tendens til at være mindre i omfang end dem, der forårsages af spildevandsbortskaffelse. Som resultat, olie- og gasoperatører og regulatorer vil gerne vide mere om, hvorfor nogle brønde udløser seismisk aktivitet, og hvordan man justerer deres operationer for at forhindre skadelige jordskælv.

Brudzinski og kolleger fandt sammenhængen mellem dybde og seismisk sandsynlighed i deres undersøgelse af data fra 929 vandrette og 463 lodrette hydrauliske fraktureringsbrønde i Oklahoma. Forskerne brugte offentligt tilgængelige data om injiceret volumen på brøndsteder, antallet af brønde på en borepude, hvilken slags væske blev injiceret, og brøndens lodrette dybde, blandt andre funktioner.

Det samlede volumen af ​​injiceret væske ved Oklahoma-brøndene påvirkede ikke sandsynligheden for seismisk aktivitet nær brøndene - et overraskende fund, der adskiller sig fra andre undersøgelser af induceret seismicitet. Nogle tidligere undersøgelser af hydraulisk frakturering (og spildevandsbortskaffelse) viser en stigning i seismisk aktivitet med stigende volumen.

De fleste af brøndene i den aktuelle undersøgelse er enkeltbrønde, imidlertid, og ikke flere brønde samlet på en borepude, Brudzinski bemærkede. Nogle steder i det vestlige Canada og Texas, hvor der er en sammenhæng mellem det injicerede volumen og seismicitet, flere brønde på en pude er mere almindelige.

"Så det var der, vi begyndte at tro, at det måske er forskellen mellem det, vi ser i vores undersøgelse versus andre undersøgelser, " sagde Brudzinski. "Vi foreslår, at flere brønde, der injicerer ved siden af ​​hinanden, kan være grunden til, at volumen betyder noget i disse tilfælde. selvom vi er nødt til at studere det mere."

"Det kan være, at volumen stadig betyder noget, men mere på en kumulativ måde end for nogen given brønd, " tilføjede han. "En isoleret brønd med et stort volumen har måske ikke nær så stor en [seismisk] risiko som en brønd med stort volumen, der er i umiddelbar nærhed af andre store volumenbrønde."

Forskerne sammenlignede også sandsynligheden for seismisk aktivitet i brønde, hvor den injicerede væske var en gel versus 'slickwater' - vand med kemikalier tilsat for at øge flowet. De fandt et lavere niveau af seismicitet i geloperationer sammenlignet med slickwater, selvom forskellen ikke var så statistisk signifikant som de andre tendenser.

Simuleringsundersøgelser tyder på, at den mere tyktflydende gel måske ikke flyder så langt som det glatte vand, begrænse dens virkning på fejl, sagde Brudzinski.