Un nuevo enfoque para prevenir los terremotos causados ​​por el hombre

Cuando los humanos bombean grandes cantidades de líquido al suelo, pueden causar terremotos devastadores, dependiendo de la geología subyacente. Este ha sido el caso en algunas regiones productoras de petróleo y gas, donde las aguas residuales, a menudo mezcladas con petróleo, se vierten inyectándolas de nuevo al suelo, un proceso que ha provocado importantes eventos sísmicos en los últimos años.

Ahora, los investigadores del MIT, en colaboración con un equipo interdisciplinario de científicos de la industria y la academia, han desarrollado un método para manejar estos terremotos causados ​​por el hombre y han demostrado que la técnica ha tenido éxito en reducir la cantidad de terremotos que ocurren en un petróleo activo. campo.

Sus hallazgos, que aparecen hoy en Nature, podrían ayudar a mitigar los terremotos causados ​​por la industria del petróleo y el gas, no solo por la inyección de aguas residuales generadas por petróleo, sino también por la fracturación hidráulica o “fracking”. El enfoque del equipo también podría ayudar a prevenir terremotos de otras actividades humanas, como llenar reservorios y acuíferos, y secuestrar dióxido de carbono en formaciones geológicas profundas.

“Los terremotos inducidos son un problema más allá de la producción de petróleo”, dice el autor principal del estudio Bradford Hager, profesor de ciencias de la tierra en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT, Bradford Hager, autor principal del estudio Bradford Hager. Este es un gran problema para la sociedad que debe enfrentarse si queremos inyectar dióxido de carbono en el suelo de manera segura. Hemos mostrado qué tipo de estudio sería necesario para hacer eso “.

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

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Inyección segura

Tanto los terremotos naturales como los provocados por el hombre ocurren a lo largo de fallas geológicas o grietas entre dos masas de roca en la corteza terrestre. En períodos estables, las rocas a ambos lados de la falla se mantienen en su lugar debido a las tensiones de las rocas circundantes. Pero cuando se inyecta repentinamente una gran cantidad de líquido a altas velocidades, puede causar el desequilibrio de presión del líquido causado por la falla. En algunos casos, esta inyección repentina puede ablandar la falla y hacer que las rocas se deslicen en ambos lados dando como resultado un terremoto.

La fuente más común de este tipo de inyección de fluido es la descarga de aguas residuales que la industria del petróleo y el gas traen con el petróleo. Los operadores de campo eliminan esta agua a través de pozos de inyección que bombean agua continuamente al suelo a altas presiones.

“Hay mucha agua que se produce con petróleo, y esa agua se inyecta en el suelo, lo que provoca muchos terremotos”, señala Hager. “Entonces, por un tiempo, las áreas productoras de petróleo de Oklahoma tuvieron 3 terremotos más que California, debido a todas esas aguas residuales que se inyectaron”.

En los últimos años, ha surgido un problema similar en el sur de Italia, donde los pozos de inyección en los campos petroleros operados por Eni han provocado pequeños terremotos en un área donde anteriormente se producían de forma natural grandes terremotos. La empresa, que buscaba formas de abordar el problema, buscó el asesoramiento de Hager y Juanes, ambos destacados expertos en terremotos y flujos subterráneos.

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“Esta fue una oportunidad para que pudiéramos acceder a datos sísmicos de alta calidad sobre el interior de la Tierra y aprender a hacer estas inyecciones de manera segura”, dice Goans.

diagrama de terremoto

El equipo se benefició de la información detallada que la compañía petrolera había recopilado durante años de operación en el campo petrolífero Val d’Agri, un área en el sur de Italia ubicada en una cuenca tectónicamente activa. Los datos incluyeron información sobre el registro sísmico del área, que data del siglo XVII, así como la estructura y fallas de la roca, y el estado de la superficie del fondo correspondiente a las diferentes tasas de inyección de cada pozo.

Este video muestra el cambio de presión sobre las fallas geológicas del campo Val d’Agri de 2001 a 2019, según lo pronosticado por un nuevo modelo derivado del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Crédito de video: A. Plesch (Universidad de Harvard)
Terremoto
Este video muestra los pequeños terremotos que ocurrieron en la falla de Costa Molina dentro del campo Val d’Agri desde 2004 a 2016. Cada evento aparece durante un período de dos años desvaneciéndose desde el color brillante inicial hasta el color oscuro final. Crédito de video: A. Plesch (Universidad de Harvard)

Los investigadores combinaron estos datos en el modelo de flujo subterráneo acoplado y el modelo geomecánico, que predicen cómo evolucionarán las tensiones y deformaciones de las estructuras subterráneas a medida que cambia el volumen del fluido de los poros, como la inyección de agua. Vincularon este modelo al modelo de la mecánica de terremotos para traducir los cambios en la tensión subterránea y la presión de los fluidos en la probabilidad de terremotos. Luego midieron la tasa de sismicidad asociada con diferentes tasas de inyección de agua e identificaron escenarios que era poco probable que desencadenaran grandes terremotos.

Cuando ejecutaron modelos con datos desde 1993 hasta 2016, las predicciones de actividad sísmica coincidieron con el registro del terremoto durante este período, validando su enfoque. Luego, ejecutaron los modelos en el tiempo, hasta 2025, para predecir la respuesta sísmica del área a tres tasas de inyección diferentes: 2,000, 2,500 y 3,000 metros cúbicos por día. Las simulaciones mostraron que los grandes terremotos podrían evitarse si los operadores mantuvieran las tasas de inyección a 2.000 metros cúbicos por día, una tasa de flujo comparable a una pequeña boca de incendios general.

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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 momento, el equipo observó solo unos pocos eventos sísmicos pequeños, que coincidieron con períodos cortos en los que el los operadores estaban por encima de la tasa de inyección.

“La fuerza sísmica en la región ha sido muy baja en esos dos años y medio, con alrededor de cuatro terremotos de magnitud 0.5, en comparación con los cientos de terremotos de magnitud 3 que estaban ocurriendo entre 2006 y 2016, dice Hager.

Los resultados muestran que los operadores pueden gestionar con éxito los terremotos ajustando las tasas de inyección, según la geología subyacente. Goans dice que el enfoque de modelado del equipo puede ayudar a prevenir terremotos relacionados con otros procesos, como la construcción de depósitos de agua y la captura de dióxido de carbono, siempre que haya información detallada sobre el área del subsuelo.

“Es necesario realizar un gran esfuerzo para comprender el entorno geológico”, dice Goans, quien señala que si se secuestra carbono en los campos petrolíferos agotados, “los reservorios como estos pueden tener este tipo de historia, información sísmica e interpretación geológica que usted necesita. puede usar para construir modelos similares a la captura de carbono. Demostramos que al menos es posible gestionar la actividad sísmica en un entorno operativo. Y proporcionamos un plan de cómo hacerlo “.

Esta investigación fue apoyada, en parte, por Eni.

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