Uma equipe de pesquisadores de geociências do Virginia Tech College of Science desenvolveu uma nova teoria para explicar como e por que terremotos induzidos por injeção continuam a ocorrer mesmo quando as taxas de injeção diminuem.

Os especialistas sabem desde 1960 que, quando as águas residuais do campo petrolífero são bombeadas para o solo com poços de injeção profundos, podem ocorrer terremotos. Na última década, terremotos induzidos por injeção tornaram-se ocorrências regulares em bacias de petróleo e gás em todo o mundo, particularmente na região central dos Estados Unidos, e potencialmente na China e no Canadá, também.

A produção de petróleo e gás é frequentemente acompanhada por águas subterrâneas altamente salobras, também conhecido como salmoura de campo petrolífero. Esses fluidos podem ser cinco a seis vezes mais salgados do que a água do mar, portanto, são tóxicos para os ecossistemas terrestres e têm pouco uso benéfico. Como resultado, A salmoura do campo petrolífero é considerada um resíduo que é eliminado por bombeamento de volta para as formações geológicas profundas.

Quando os fluidos são bombeados para poços de injeção profundos, eles alteram a pressão do fluido que ocorre naturalmente em formações geológicas profundas. Essas mudanças de pressão do fluido podem desestabilizar falhas, levando a terremotos, como o evento prejudicial magnitude-5,8 em Pawnee, Oklahoma, em setembro de 2016.

Entre as questões científicas mais incômodas sobre terremotos induzidos por injeção está por que eles parecem estar se aprofundando em lugares como Oklahoma e Kansas, onde as taxas de injeção têm diminuído devido a uma combinação de medidas de mitigação de terremotos e diminuição da produção de petróleo e gás.

Em um estudo publicado em 5 de agosto em Energia e Ciência Ambiental , Ryan M. Pollyea, professor assistente no Departamento de Geociências, e uma equipe de estudantes pesquisadores propôs uma nova teoria de que as águas residuais em si desempenham um papel importante nos processos que causam terremotos induzidos por injeção.

"Sabemos que os terremotos estão se aprofundando em Oklahoma, "disse Pollyea, que dirige o Laboratório de Geofluidos Computacionais na Virginia Tech, "então estamos tentando descobrir quais condições tornam isso possível. Nossa pesquisa sugere que isso é causado pela combinação da geologia, fluidos naturais nas rochas do porão, e as próprias águas residuais. "

Embora os pesquisadores saibam há décadas que injeções de fluidos profundos podem desencadear terremotos, Pollyea disse que pesquisas anteriores omitem alguns detalhes importantes sobre como eles ocorrem. Especificamente, ele apontou que a salmoura do campo petrolífero tem propriedades muito diferentes, como densidade e viscosidade, do que água pura, e essas diferenças afetam os processos que fazem com que a pressão do fluido desencadeie terremotos.

"A ideia básica é que a salmoura do campo petrolífero tem muito material sólido dissolvido, o que torna as águas residuais mais pesadas do que os fluidos de ocorrência natural em formações geológicas profundas, "disse Richard S. Jayne, um co-autor do estudo e ex-Ph.D. estudante da Virginia Tech, que agora é hidrogeologista pesquisador no Sandia National Laboratory, "então o denso esgoto afunda, aumenta a pressão do fluido, e causa terremotos mais profundos do que seria previsto se os fluidos tivessem as mesmas propriedades materiais. "

Usando supercomputadores na divisão Advanced Research Computing da Virginia Tech, Pollyea e sua equipe testaram sua ideia produzindo mais de 100 modelos de eliminação de águas residuais de campos petrolíferos usando várias combinações de propriedades geológicas, temperatura da água residual, e densidade de águas residuais. Com esta abordagem computacional, a equipe isolou as condições e os processos físicos que alteram a pressão do fluido nas formações geológicas.

"Descobrimos que existem realmente dois processos diferentes que conduzem a pressão do fluido para o porão, onde ocorrem terremotos, "saidys Pollyea." O primeiro é chamado de difusão de pressão, que ocorre quando as águas residuais são forçadas a entrar em formações geológicas que já estão cheias de água. Este processo é conhecido há muito tempo, mas o segundo processo ocorre quando a água residual de alta densidade afunda e empurra os fluidos de baixa densidade para fora do caminho. "

De acordo com esta nova teoria, a diferença de densidade entre as águas residuais e os fluidos do porão profundo é muito mais importante para a ocorrência de terremotos induzidos do que se conhecia anteriormente. “Esta é uma das áreas que tem sido negligenciada na pesquisa de sismicidade induzida, "disse Megan Brown, um professor assistente de geologia que se especializou em sismicidade desencadeada por fluidos na Northern Illinois University e não esteve envolvido neste estudo. "Os transientes de pressão acionados por densidade são uma consequência intuitiva de um diferencial de densidade entre os fluidos injetados e os fluidos de formação."

Embora a ocorrência de terremotos tenha diminuído na região central dos EUA desde os anos de pico de 2014 e 2015, esta nova teoria não apenas explica por que os terremotos estão se aprofundando em Oklahoma, mas também explica por que vários terremotos de magnitude 5+ atingiram Oklahoma em 2016, quando as taxas de injeção estavam diminuindo em todo o estado.

"Um aspecto fascinante do nosso estudo é que o afundamento das plumas de águas residuais não requer bombeamento para migrar para o subsolo, "disse Pollyea, "na verdade, eles continuarão afundando sob seu próprio peso por décadas após o fim das injeções, e nosso estudo mostra que a água residual não precisa ser muito mais pesada para que isso ocorra. "

Em termos de mitigação de terremotos e práticas regulatórias, este estudo tem implicações de longo alcance:A equipe de pesquisa apontou que salmouras de alta densidade ocorrem em muitas bacias de petróleo e gás nos EUA. Mas eles também argumentaram que usar este estudo na prática requer muito mais informações sobre os fluidos. "Este estudo enfatiza a necessidade de dados específicos do local e aumento da amostragem, "disse Brown, porque "diferenças de densidade como um fator determinante de transientes de pressão de campo próximo também podem levar a ações de mitigação pré-injeção."

Pollyea disse que sua equipe de pesquisa está continuando a trabalhar em sua nova teoria para os processos hidrogeológicos que causam terremotos induzidos. "Estamos realmente interessados ​​em saber como nossas ideias sobre a química dos fluidos afetam as operações de injeção regionalmente expansivas em lugares como Oklahoma e Texas, "disse Pollyea." E um dos nossos recentes M.S. graduados, Graydon Konzen (um co-autor do estudo), fez um trabalho novo e empolgante nesta área. "