Os poços perfurados na formação Arbuckle de Oklahoma injetam águas residuais (1) que se dispersam pela rocha. À medida que se espalha, as águas residuais podem desencadear terremotos em zonas de falha (2), mas seu tamanho depende da quantidade injetada e das propriedades da rocha. O novo modelo pode prever as probabilidades de terremotos pela quantidade de água residual injetada. Crédito:Guang Zhai, Manoochehr Shirzaei / ASU
Um subproduto da produção de petróleo e gás é uma grande quantidade de água residual tóxica chamada salmoura. Os perfuradores de poços descartam a salmoura, injetando-a em formações rochosas profundas, onde sua injeção pode causar terremotos. A maioria dos terremotos são relativamente pequenos, mas alguns deles foram grandes e prejudiciais.
No entanto, prever a quantidade de atividade sísmica da injeção de águas residuais é difícil porque envolve inúmeras variáveis. Isso inclui a quantidade de salmoura injetada, a facilidade com que a salmoura pode se mover através da rocha, a presença de falhas geológicas existentes, e as tensões regionais nessas falhas.
Agora, uma equipe de geocientistas liderados pela Arizona State University, trabalhando sob uma concessão do Departamento de Energia, desenvolveu um método para prever a atividade sísmica da eliminação de águas residuais. A área de estudo da equipe é em Oklahoma, um estado onde muita atividade de fraturamento hidráulico foi realizada com muita injeção de água residual, e onde ocorreram vários terremotos induzidos que causaram danos.
O artigo da equipe relatando suas descobertas apareceu no Proceedings of the National Academy of Sciences em 29 de julho, 2019.
"Geral, os riscos de terremotos aumentam com a atividade sísmica de fundo, e isso resulta de mudanças no estresse crustal, "diz Guang Zhai, um cientista pesquisador de pós-doutorado na Escola de Exploração da Terra e do Espaço da ASU e um pesquisador assistente visitante na Universidade da Califórnia, Berkeley. "Nosso foco tem sido modelar a física de tais mudanças que resultam da injeção de águas residuais."
Zhai é o autor principal do artigo, e os outros cientistas são Manoochehr Shirzaei, professor associado da escola, além de Michael Manga, da UC Berkeley, e Xiaowei Chen, da Universidade de Oklahoma.
"A atividade sísmica disparou em uma área por vários anos depois que a injeção de águas residuais foi bastante reduzida, "disse Shirzaei." Isso nos disse que os métodos de previsão existentes eram inadequados. "
O modelo mostra curvas de probabilidade de terremotos para o centro de Oklahoma aumentando até 2015 devido à injeção de salmoura. Após a injeção ser reduzida e presumida para terminar em 2017, a salmoura continua a se difundir na rocha, e as curvas recuam para níveis de fundo. O novo modelo permite que os operadores calculem a probabilidade de terremotos para vários cenários de injeção, maximizando a injeção enquanto minimiza os riscos. Crédito:Guang Zhai / ASU
Voltar à rotina
Para resolver o problema, sua equipe voltou ao básico, ver como diferentes quantidades de salmoura injetada perturbaram as tensões da crosta terrestre e como isso levou a terremotos em uma determinada falha.
"Fluidos como salmoura (e água subterrânea natural) podem ser armazenados e se mover através de rochas porosas, "diz Zhai.
A chave era construir um modelo baseado na física que combinasse a capacidade da rocha de transportar salmoura injetada, e a resposta elástica da rocha à pressão do fluido. Explica Shirzaei, "Nosso modelo inclui os registros coletados nos últimos 23 anos de salmoura injetada em mais de 700 poços de Oklahoma na formação Arbuckle."
Ele acrescenta que, para tornar o cenário realista, o modelo também inclui as propriedades mecânicas das rochas em Oklahoma. O resultado foi que o modelo previu com sucesso mudanças no estresse crustal que vem da injeção de salmoura.
Para a etapa final, Shirzaei diz, "Usamos um modelo físico bem estabelecido de como os terremotos começam para que pudéssemos relacionar as perturbações de estresse ao número e tamanho dos terremotos."
A equipe descobriu que a estrutura baseada na física faz um bom trabalho ao reproduzir a distribuição de terremotos reais por frequência, magnitude, e tempo.
"Um achado interessante, "diz Zhai, "foi que uma pequena mudança na resposta elástica das rochas às mudanças na pressão do fluido pode amplificar o número de terremotos em várias vezes. É um fator muito sensível."
A produção de petróleo e gás requer o descarte de águas residuais, que é injetado em formações rochosas muito subterrâneas por meio de poços como este. Para minimizar os riscos de terremotos desse processo, uma equipe liderada pela ASU criou um novo modelo para prever a sismicidade induzida da injeção de águas residuais. Crédito:KFOR-TV, Cidade de Oklahoma
Tornando a produção mais segura
Embora a injeção de águas residuais possa causar terremotos, toda a grande produção de petróleo e gás cria uma grande quantidade de água residual que precisa ser descartada, e injeção é o método que a indústria usa.
"Então, para tornar isso mais seguro no futuro, "diz Shirzaei, "nossa abordagem oferece uma maneira de prever terremotos causados por injeção. Isso fornece à indústria uma ferramenta para gerenciar a injeção de salmoura após as operações de fraturamento hidráulico."
Saber o volume de salmoura a ser injetado e a localização do poço de descarte, as autoridades podem estimar a probabilidade de que ocorrerá um terremoto de determinado tamanho. Essas probabilidades podem ser usadas para avaliação de risco de terremoto de curto prazo.
Alternativamente, a equipe diz, dada a probabilidade de que um terremoto de certo tamanho aconteça, Os operadores de petróleo e gás podem gerenciar o volume de salmoura injetado para manter a probabilidade de grandes terremotos abaixo de um valor escolhido.
O resultado final, diz Zhai, "é que esse processo vai permitir uma prática mais segura, beneficiando o público em geral e a indústria de energia. "
