Cuando los seres humanos bombean grandes volúmenes de líquido al suelo, pueden desencadenar terremotos potencialmente dañinos, dependiendo de la geología subyacente. Este ha sido el caso en ciertas regiones productoras de petróleo y gas, donde las aguas residuales, a menudo mezclado con aceite, se elimina inyectándolo de nuevo en el suelo, un proceso que ha desencadenado eventos sísmicos considerables en los últimos años.

Ahora los investigadores del MIT, trabajando con un equipo interdisciplinario de científicos de la industria y la academia, han desarrollado un método para gestionar dicha sismicidad inducida por humanos, y han demostrado que la técnica redujo con éxito el número de terremotos que ocurren en un campo petrolero activo.

Sus resultados, apareciendo hoy en Naturaleza , podría ayudar a mitigar los terremotos causados ​​por la industria del petróleo y el gas, no solo por la inyección de aguas residuales producidas con aceite, sino también el producido por fracturación hidráulica, o "fracking". El enfoque del equipo también podría ayudar a prevenir terremotos de otras actividades humanas, como el llenado de depósitos de agua y acuíferos, y el secuestro de dióxido de carbono en formaciones geológicas profundas.

"La sismicidad activada es un problema que va más allá de la producción de petróleo, "dice el autor principal del estudio, Bradford Hager, el profesor de Ciencias de la Tierra Cecil e Ida Green en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias. "Este es un gran problema para la sociedad que tendrá que enfrentarse si queremos inyectar dióxido de carbono en el subsuelo de manera segura. Demostramos el tipo de estudio que será necesario para hacer esto".

Los coautores del estudio incluyen a Rubén Juanes, profesor de ingeniería civil y ambiental en el MIT, y colaboradores de la Universidad de California en Riverside, la Universidad de Texas en Austin, Universidad Harvard, y Eni, una empresa multinacional de petróleo y gas con sede en Italia.

Inyecciones seguras

Tanto los terremotos naturales como los inducidos por el hombre ocurren a lo largo de fallas geológicas, o fracturas entre dos bloques de roca en la corteza terrestre. En periodos estables, las rocas a ambos lados de una falla se mantienen en su lugar por las presiones generadas por las rocas circundantes. Pero cuando se inyecta repentinamente un gran volumen de líquido a altas tasas, puede alterar el equilibrio de tensión de los fluidos de una falla. En algunos casos, esta inyección repentina puede lubricar una falla y hacer que las rocas de ambos lados se deslicen y provoquen un terremoto.

La fuente más común de este tipo de inyecciones de fluidos proviene de la eliminación de aguas residuales de la industria del petróleo y el gas que se extraen junto con el petróleo. Los operadores de campo eliminan esta agua a través de pozos de inyección que bombean continuamente el agua de regreso al suelo a altas presiones.

"Se produce mucha agua con el aceite, y esa agua se inyecta en el suelo, que ha provocado una gran cantidad de temblores, "Notas de Hager". por un momento, Las regiones productoras de petróleo en Oklahoma tuvieron más terremotos de magnitud 3 que California, por todas estas aguas residuales que se estaban inyectando ”.

En años recientes, un problema similar surgió en el sur de Italia, donde pozos de inyección en campos petroleros operados por Eni desencadenaron microsísmos en un área donde anteriormente habían ocurrido grandes terremotos naturales. La empresa, buscando formas de abordar el problema, buscó la consulta de Hager y Juanes, ambos destacados expertos en sismicidad y flujos subterráneos.

"Esta fue una oportunidad para que pudiéramos acceder a datos sísmicos de alta calidad sobre el subsuelo, y aprenda a aplicar estas inyecciones de forma segura, "Dice Juanes.

Plano sísmico

El equipo utilizó información detallada, acumulados por la compañía petrolera durante años de operación en el campo petrolífero de Val D'Agri, una región del sur de Italia que se encuentra en una cuenca tectónicamente activa. Los datos incluían información sobre el registro de terremotos de la región, que se remonta al siglo XVII, así como la estructura de rocas y fallas, y el estado del subsuelo correspondiente a las distintas tasas de inyección de cada pozo.

Los investigadores integraron estos datos en un modelo geomecánico y de flujo subterráneo acoplado, que predice cómo las tensiones y deformaciones de las estructuras subterráneas evolucionan a medida que el volumen de fluido poroso, como por la inyección de agua, cambios. Conectaron este modelo a un modelo de mecánica de terremotos para traducir los cambios en la tensión subterránea y la presión del fluido en una probabilidad de desencadenar terremotos. Luego cuantificaron la tasa de terremotos asociados con varias tasas de inyección de agua, e identificaron escenarios que probablemente no provocarían grandes terremotos.

Cuando ejecutaron los modelos utilizando datos de 1993 a 2016, las predicciones de actividad sísmica coincidentes con el registro de terremotos durante este período, validando su enfoque. Luego hicieron avanzar los modelos en el tiempo, hasta el año 2025, para predecir la respuesta sísmica de la región a tres tasas de inyección diferentes:2, 000, 2, 500, y 3, 000 metros cúbicos por día. Las simulaciones mostraron que se podrían evitar grandes terremotos si los operadores mantuvieran las tasas de inyección en 2, 000 metros cúbicos por día:un caudal comparable al de un pequeño hidrante público.

Los operadores del campo Eni implementaron la tasa recomendada por el equipo en el pozo de inyección de agua única del campo petrolero durante un período de 30 meses entre enero de 2017 y junio de 2019. En este tiempo, el equipo observó solo unos pequeños eventos sísmicos, que coincidió con breves períodos en los que los operadores superaron la tasa de inyección recomendada.

"La sismicidad en la región ha sido muy baja en estos dos años y medio, con alrededor de cuatro terremotos de magnitud 0,5, a diferencia de cientos de terremotos, de hasta 3 magnitudes, que ocurrieron entre 2006 y 2016, "Dice Hager.

Los resultados demuestran que los operadores pueden gestionar con éxito los terremotos ajustando las tasas de inyección, basado en la geología subyacente. Juanes dice que el enfoque de modelado del equipo puede ayudar a prevenir terremotos relacionados con otros procesos, como la construcción de reservorios de agua y el secuestro de dióxido de carbono, siempre que exista información detallada sobre el subsuelo de una región.

"Es necesario realizar un gran esfuerzo para comprender el entorno geológico, "dice Juanes, quien nota eso, si el secuestro de carbono se llevara a cabo en campos petrolíferos agotados, "tales embalses podrían tener este tipo de historia, información sísmica, e interpretación geológica que podría utilizar para construir modelos similares para el secuestro de carbono. Demostramos que al menos es posible gestionar la sismicidad en un entorno operativo. Y ofrecemos un plan de cómo hacerlo ".

Esta investigación fue apoyada, en parte, por Eni.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.