Гидроразрыв пласта для добычи нефти и газа может вызвать землетрясения, большие и малые. Новый подход к управлению риском этих землетрясений может помочь операторам и регулирующим органам заблаговременно нажать на тормоза, чтобы предотвратить неудобства и уменьшить вероятность повреждения имущества и травм.
Подход, разработанный четырьмя исследователями Стэнфордского университета и опубликованный в апреле 28 в бюллетене Сейсмологического общества Америки , в центре внимания лежит расчет риска того, что сотрясение, вызванное тем или иным проектом, будет ощущаться в окружающих общинах – задолго до того, как землетрясения станут достаточно большими, чтобы причинить вред.
Гидравлический разрыв или трещиноватость включает закачку флюидов под высоким давлением в скважины, пробуренные в и через скальные образования тысячи футов под землей. Давление создает небольшие землетрясения, которые разрушают породу, открывая существующие трещины или создавая новые. Затем нефть легче вытекает из трещиноватых пород в скважину. «Цель состоит в том, чтобы сделать много крошечных землетрясений, но иногда они больше, чем планировалось», – сказал соавтор исследования Уильям Эллсворт, профессор геофизики в Стэнфордской школе наук о Земле, энергии и окружающей среде (Stanford Earth).
Принимая локальный риск сотрясения уровня помех в качестве отправной точки, новая стратегия контрастирует с существующей общей практикой для управления землетрясениями, связанными с добычей, в зависимости от размера. В рамках системы, известной как протокол светофора, у операторов есть зеленый свет, пока землетрясения остаются относительно небольшими. Сильные землетрясения могут потребовать от оператора корректировки или прекращения работ. Система широко используется для управления опасностями фрекинга нефти и газа в Соединенных Штатах, Канаде, Китае и Европе, а также для развития геотермальной энергетики в Южной Корее, Европе и Соединенных Штатах.
«Неявно, я думаю, у регуляторов был риск в глубине души», – сказал соавтор исследования Грег Бероза, профессор геофизики. в Стэнфорде. «Но основанные на риске структуры ранее не использовались – возможно, потому что это требует некоторого дополнительного анализа».
Размер землетрясения дает приблизительную оценку того, какой ущерб можно ожидать, и эта мера, которую регуляторы и операторы могут отслеживать в режиме реального времени. Проблема в том, что землетрясения одинакового размера могут представлять очень разные риски в разных местах из-за различий в плотности населения. «Проект, расположенный в практически необитаемом районе западного Техаса, представляет гораздо меньший риск, чем аналогичный проект, расположенный недалеко от города», – объяснил Эллсворт.
Кроме того, геологические факторы, включая глубину землетрясения, геометрию разлома и местные почвенные условия, могут влиять на то, как энергия землетрясения – и потенциал для нанесения ущерба – усиливается или ослабевает, когда перемещается под землей. Весь этот контекст является ключом к оттачиванию приемлемого количества встряхивания и установлению порогов светофора соответственно.
«Такие районы, как Оклахома, со зданиями, которые не были спроектированы, чтобы противостоять сильному тряске, или районы, которые ожидают усиленного тряски из-за мягких почв, могут учитывать потребности их сообщества при таком подходе», – сказал соавтор исследования Джек Бейкер Профессор гражданского и экологического инжиниринга, возглавляющий Стэнфордский центр сейсмичности с участием Берозы, Эллсворта и Стэнфордского геофизика Марка Зобака.
Стэнфордские исследователи разработали математические методы для учета сети факторов риска, которые определяют вероятность возникновения землетрясения, вызывающего заметное или разрушительное сотрясение в определенном месте. Они основывались на этих методах, чтобы сделать перевод на величину землетрясения. Это позволило им разработать руководящие принципы для разработки новых протоколов светофора, в которых все еще используется размер землетрясения, чтобы четко разграничить зеленую, желтую и красную зоны, но с гораздо большей адаптацией к местным проблемам и геологии.
“Если вы скажете мне, какое воздействие вы оказываете в определенной области – плотность населения, увеличение площадок, расстояние до городов или критическая инфраструктура – наш анализ может выявить цифры для порогов зеленого, желтого и красного света, которые достаточно хорошо осведомлены о реальных рисках», – сказал ведущий автор исследования Райан Шульц, доктор философии. студент геофизики.
Анализ также позволяет, добавил он, начать с некоторых уровень риска считается допустимым – скажем, 50 процентная вероятность встряхивания уровня помех в ближайшем домохозяйстве – и рассчитать максимальная сила землетрясения, которая будет держать риск на или ниже этого уровня. «Речь идет о том, чтобы прояснить, какой выбор делается, – сказал Шульц, – и облегчить разговор между операторами, регулирующими органами и общественностью».
Как правило, авторы рекомендуют устанавливать пороги желтого света примерно на две единицы величины ниже красного света. Согласно их анализу, это привело бы к тому, что 1% случаев перепрыгивал бы из зеленой зоны прямо в красную. «Если вы останавливаете операцию прямо на пороге или до порога ущерба, вы предполагаете, что обладаете идеальным контролем, и часто это не так», – сказал Шульц. «Часто самые большие землетрясения случаются после того, как вы выключили насосы».