Eξόρυξη πετρελαίου και επαγόμενη σεισμικότητα

Για την εξόρυξη πετρελαίου υπάρχουν διάφορες μηχανικές μέθοδοι, που ποικίλλουν ως προς το κόστος και την αποδοτικότητα. Η πρωτογενής παραγωγή αναφέρεται στο πετρέλαιο που αποκτάται από ένα φυσικό πηγάδι, ενώ για εξαγωγή μεγαλύτερης ποσότητας πετρελαίου από τα πηγάδια χρησιμοποιούνται επιπρόσθετες μηχανικές τεχνικές. Η έγχυση νερού, γνωστότερη ως τεχνική πλημμυρίσματος νερού (waterflooding) είναι μια δευτερογενής διαδικασία παραγωγής. Η μέθοδος έγχυσης νερού περιλαμβάνει γεώτρηση σε υπόγειο ταμιευτήρα και εισαγωγή νερού για την αύξηση της ποσότητας του ανακτώμενου πετρελαίου (αυξάνοντας την πίεση του πετρελαίου μέσα στο φλοιό της Γής, το τελευτίο αναγκάζεται να ανέλθει) (Εικ. 1). Συνήθως, η πιο οικονομική και προσβάσιμη πηγή νερού είναι το θαλασσινό νερό, το οποίο είναι διαθέσιμο σε μεγάλες ποσότητες τόσο σε υπεράκτιες (off-shore) εγκαταστάσεις, όσο και σε παράκτιες εγκαταστάσεις. Παρόλο που η αποδοτικότητα της έγχυσης νερού έχει διακυμάνσεις ανάλογα με τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του ταμιευτήρα, συνεχίζει να αποτελεί μια οικονομικά αποδοτική μέθοδο (Εικ. 1). Εκτός της έγχυσης νερού υπάρχουν και άλλες μέθοδοι που συμβάλλουν στην αύξηση του κέρδους και της παραγωγικότητας, όπως οι πλημμυρίσεις ατμού ή χημικών ουσιών, π.χ. χρήση πολυμερών για την αύξηση του ιξώδους του νερού, με σκοπό τη διευκόλυνση της μετακίνησης του πετρελαίου εντός του κοιτάσματος.

Εικόνα 1: Εξόρυξη πετρελαίου με τη μέθοδο της έγχυσης υγρού (πηγή: Schlumberger)

Η έγχυση υγρών για την υδραυλική διάρρηξη των πετρωμάτων μπορεί να προκαλέσει εκτεταμένη μικροσεισμική δραστηριότητα, μερικές φορές ακόμα και σε απροσδόκητα μεγάλες αποστάσεις. Για τον περιορισμό αυτών των συνεπειών, απαιτείται η λεπτομερής μελέτη και κατανόηση της σεισμικότητας της περιοχής όπου πρόκειται να γίνει η έγχυση. Οι Goebel & Brodsky (2018), στηριζόμενοι στη μελέτη των Wilson et al. (2017), αναλύουν την εξασθένηση της σεισμικότητας με την απόσταση για 18 διαφορετικές περιπτώσεις, στις οποίες υπάρχει σαφής συσχέτιση μεταξύ συγκεκριμένων γεωτρήσεων και σεισμών.

Εικόνα 2: Απότομη (μπλε καμπύλη) και σταθερή (κόκκινη καμπύλη) χωρική εξασθένηση της επαγόμενης σεισμικότητας (πηγή: Goebel & Brodsky, 2018).

Για τη μείωση της επαγόμενης σεισμικότητας, οι εγχύσεις υγρών γίνονται συνήθως σε ιζηματογενή πετρώματα κοντά και όχι μέσα στο ιδιο το κοίτασμα. Ωστόσο, οι ερευνητές υποστηρίζουν πως τέτοιες μέθοδοι μπορεί να οδηγήσουν σε σεισμούς μεγαλύτερου μεγέθους καθώς και σε αύξηση της απόστασης εκδήλωσής τους. Οι συγγραφείς εξέτασαν τη συμπεριφορά της επαγόμενης σεισμικότητας συναρτήσει της απόστασης και κατέληξαν σε δύο κύρια μοτίβα εξασθένησης (Εικ. 2):

  1. Σεισμικές ακολουθίες με εκτεταμένη δραστηριότητα γύρω από την περιοχή όπου έγινε η έγχυση υγρού για την εξόρυξη πετρελαίου, με απότομη εξασθένηση της σεισμικότητας σε απόσταση λιγότερη του 1 km (μπλε καμπύλη) και
  2. Σεισμικές ακολουθίες με σταθερή εξασθένηση σε αποστάσεις μεγαλύτερες των 10 km (κόκκινη καμπύλη).

Εικόνα 3: Α. Σχηματική αναπαράσταση έγχυσης υγρού για εξόρυξη σε περιοχή με δίκτυο ρηγμάτων (γκρι γραμμές) Β. Η πιθανότητα εκδήλωσης σεισμού συναρτήσει της απόστασης, με την έγχυση υγρού να γίνεται εντός του κοιτάσματος (μπλε) C. Η πιθανότητα εκδήλωσης σεισμού συναρτήσει της απόστασης, με την έγχυση υγρού να γίνεται στα επικείμενα ιζηματογενή πετρώματα (κόκκινο).(πηγή: Goebel & Brodsky, 2018)

Οι συγγραφείς επίσης εξέτασαν τις διαφορές στα μέγιστα μεγέθη των σεισμικών γεγονότων, που και αυτά φαίνεται να ελέγχονται από τον τρόπο με τον οποίον η έγχυση υγρών κατανέμεται στον χώρο. Ειδικότερα, τα μέγιστα μεγέθη είναι μεγαλύτερα στις περιοχές με σταθερή εξασθένηση της σεισμικότητας με την απόσταση (κόκκινη καμπύλη). Παράλληλα, εξέτασαν πιθανά φυσικά αίτια για τη συμπεριφορά εντός των δύο ομάδων. Τα αίτια αυτά περιλαμβάνουν πιθανές διαφορές στις ποροελαστικές ιδιότητες μεταξύ ιζηματογενών πετρωμάτων και των πετρωμάτων μέσα στα οποία βρίσκεται το κοίτασμα, και τη θερμοκρασία του κοιτάσματος, το βάθος και τη διάρκεια της έγχυσης του υγρού, και τις τάσεις που αναπτύσσονται. Η κυριότερη παράμετρος που ξεχωρίζει τις δυο μορφές κατανομής (της απότομης και της σταθερής), είναι το σημείο στο οποίο γίνεται η έγχυση. Η απότομη εξασθένηση εντοπίζεται στις περιπτώσεις όπου ή έγχυση υγρού γίνεται κάτω από την επιφάνεια του κοιτάσματος, όπου οι πιέσεις λόγω της έγχυσης του υγρού κυριαρχούν, ενώ η σταθερή εξασθένιση της σεισμικότητας εντοπίζεται σε περιοχές όπου ή έγχυση έγινε σε ιζηματογενή πετρώματα πάνω από το κοίτασμα, όπου κυριαρχούν οι ελαστικές τάσεις του φλοιού της Γης (Εικ. 3).

Το κύριο συμπέρασμα της εργασίας των Goebel & Brodsky (2018) είναι πως η εξόρυξη πετρελαίου με τη χρήση της μεθόδου έγχυσης υγρού σε ιζηματογενείς περιοχές πάνω από το κοίτασμα είναι πιθανό να προκαλέσει σεισμικότητα με σημαντικά μεγέθη και σε σημαντικές αποστάσεις από το σημείο εξόρυξης. Τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής συστήνεται να ληφθούν υπόψη στην επιλογή της στρατηγικής που θα ακολουθηθεί για τη μείωση των συνεπειών από τέτοιες μεθόδους εξόρυξης.

Πηγές
Goebel, T.H.W and Brodsky, E.E. (2018). The spatial footprint of injection wells in a global compilation of induced earthquake sequences. Science, 361 (6405): 899 DOI: 10.1126/science.aat5449

Wilson, M.P., Foulger, G.R., Gluyas, J.G., Davies, R.J., and Julian, B.R. (2017). HiQuake: The Human-Induced Earthquake Database. Seismological Research Letters, 88 (6), 1560–1565, DOI: 10.1785/0220170112

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ