Este modelo hidrológico simplificado muestra el subsuelo de Oklahoma. Arbuckle Group es el área donde se inyectan la mayoría de las aguas residuales. Esta capa permite que el fluido se mueva fácilmente a áreas distantes. El agua agregada causa estrés a medida que viaja y puede causar terremotos cuando se encuentra con fallas preexistentes. Crédito:Universidad de Oklahoma
Xiaowei Chen, profesor asistente del Mewbourne College of Earth and Energy de la Universidad de Oklahoma y un grupo de geocientíficos de la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de California, Berkeley, han creado un modelo para pronosticar la actividad sísmica inducida por la eliminación de aguas residuales después de la producción de petróleo y gas.
"En esta región del país, por cada barril de aceite producido de la tierra, Por lo general, también se extraen entre ocho y nueve barriles de agua de muchos pozos, "dijo Chen.
La gran cantidad de agua genera un problema para los productores de petróleo:¿qué hacer con ella?
También se llama salmuera, estas aguas residuales contienen sal, minerales y trazas de aceite, haciéndolo inutilizable para el consumo o con fines agrícolas y su tratamiento tiene un costo prohibitivo. Se elimina inyectándolo de nuevo en la tierra, profundamente en formaciones rocosas porosas.
La inyección de aguas residuales puede provocar terremotos, explicó Chen, y aunque la mayoría de los terremotos recientes en Oklahoma han sido pequeños, varios han superado el 3,0 en la escala de Richter.
Chen y un equipo de investigadores, dirigido por Guang Zhai y Manoochehr Shirzaei de ASU, y Michael Manga de UC Berkeley, se propuso encontrar una manera de hacer que los terremotos inducidos en Oklahoma fueran predecibles y pequeños.
Su método, explicó Chen, era "crear un modelo que correlacione el volumen de aguas residuales inyectadas con los cambios de tensión en las fallas cercanas y el número de terremotos en esa área".
Encontrar la fórmula
Pronosticar la cantidad de actividad sísmica de la inyección de aguas residuales es difícil porque implica tener en cuenta numerosas variables:
El equipo abordó cada problema.
Chen y sus colegas investigadores estudiaron los parámetros hidrológicos del subsuelo:qué tan rápido se mueve el fluido dentro de las rocas porosas y qué tan rápido el fluido introducido cambia la tensión en el sótano del subsuelo. Esto es importante porque el sótano subterráneo es la ubicación de los terremotos inducidos de Oklahoma.
Si bien el equipo de ASU utilizó datos satelitales para determinar los parámetros hidrológicos del subsuelo, Chen se centró en la distribución espacial y temporal de los terremotos, y determinó los parámetros hidrológicos al observar qué tan rápido se alejan los terremotos de las zonas de inyección. Al comparar ambos conjuntos de datos, los investigadores aumentaron aún más la precisión de su modelo.
Como resulta, el Grupo Arbuckle, una capa sedimentaria que se asienta en la parte superior del sótano subterráneo en las profundidades de la tierra, es especialmente permeable, permitiendo salmuera, y por lo tanto terremotos, para difundir fácilmente.
"Cuando inyectamos salmuera en el Grupo Arbuckle a una profundidad de 1 a 3 kilómetros, puede transportarse a través de las rocas porosas, modificar tensiones y causar terremotos en fallas de sótanos, "dijo Chen.
Próximo, los investigadores pueden introducir la cantidad de líquido en el modelo. Al agregar el volumen de fluido inyectado en un área particular en su modelo, pueden determinar el estrés que ejercerá sobre esa región a medida que se propague.
Teniendo en cuenta las variables de la salmuera, Luego, los investigadores agregaron información sobre fallas preexistentes en los cálculos regionales. Cuanto más sepan los investigadores sobre un área en particular, más precisos serán los datos.
"Si vamos a operar en un área donde no tenemos ninguna sismicidad previa, será un poco difícil pronosticar con precisión, ", dijo Chen." Pero al operar en una nueva área y tomar parámetros en tiempo real, los operadores e investigadores deberían poder predecir el comportamiento futuro ".
Resultados
Chen espera que, siguiendo los resultados de los modelos que ayudó a crear, Los operadores petroleros del estado pueden crear nuevos protocolos sobre cuántas aguas residuales inyectar y dónde.
Esto podría ayudar a prevenir grandes terremotos inducidos en Oklahoma. Chen no cree que los próximos protocolos terminen por completo con la sismicidad inducida, sino que ayudará a limitar el tamaño y la velocidad del terremoto con un control de inyección restringido. Este método puede pronosticar la sismicidad inducida en el futuro.
Chen prevé un protocolo similar a las alertas de tornados:una ventana de tiempo en la que se advierte a los habitantes de Oklahoma que pueden sentir temblores menores en una región del estado.
Según Chen, esta es un área donde los estrechos lazos de trabajo entre geocientíficos e ingenieros petroleros deberán ser aún más fuertes. Hasta aquí, su investigación ha despertado el interés de geocientíficos e ingenieros petroleros en la industria y el mundo académico.
