Местоположение закачки сточных вод определяет индуцированную сейсмичность на нефтяных месторождениях США

Глубина геологического пласта, используемого для захоронения сточных вод при добыче нефти нетрадиционными методами, играет ключевую роль в том, спровоцирует ли это захоронение землетрясения. К такому выводу пришло новое масштабное исследование, опубликованное в Seismological Research Letters и охватившее данные по месторождениям в Оклахоме, восточной Монтане, западной Северной Дакоте, Техасе и Нью-Мексико.

Уровень сейсмической активности в Оклахоме выше, чем в других штатах, отчасти потому, что сточные воды закачиваются там глубже — ближе к фундаментальным породам. Кроме того, совокупный объем закачанных в недра Оклахомы сточных вод также больше, что также связано с повышенной сейсмичностью. Эти выводы расходятся с более ранней работой, не обнаружившей значимой корреляции между объемом закачки, глубиной и сейсмичностью. Новое исследование использует дополнительные 3,5 года данных по Оклахоме и уточненную карту глубины залегания фундаментальных пород.

Основной причиной роста антропогенных землетрясений в регионе является закачка попутно добываемой воды, которая повышает поровое давление в породах и влияет на напряжения вдоль разломов. Поскольку нефтеносные сланцы и плотные коллекторы сами по себе непригодны для закачки, компании бурят нагнетательные скважины в более проницаемые пласты.

Многие скважины в Оклахоме используют для захоронения пласт Арбакл, который залегает непосредственно над фундаментом и гораздо глубже, чем аналогичные пласты в других регионах. Этот высокопроницаемый пласт привлекателен для захоронения, так как принимает воду без необходимости создания давления на устье скважины. Бурение более глубоких скважин, как в Оклахоме, дороже, и операторы в других регионах, возможно, избегают его, зная о связи сейсмичности с близостью закачки к фундаменту.

Снижение сейсмичности в Оклахоме после директив 2014 и 2016 годов о сокращении объемов закачки и ликвидации скважин в фундаменте подтверждает выводы исследования. Количество землетрясений магнитудой 3,0 и выше в штате сократилось на 70% в 2017 году по сравнению с 2015 годом. У закачки на мелкую и большую глубину есть свои компромиссы: мелкие скважины дешевле и, вероятно, менее сейсмически опасны, но могут загрязнять пресные водоносные горизонты.

Одним из способов снизить общий объем закачки может быть повторное использование сточных вод для гидроразрыва пласта. «Повторное использование попутной воды для ГРП аналогично ее закачке для поддержания пластового давления на традиционных месторождениях, — отметила Бриджет Скэнлон. — Это решило бы проблемы с водоснабжением, истощением водных ресурсов, а также сократило захоронение стоков и связанные с ним риски сейсмичности». Однако эта стратегия наиболее эффективна там, где объем образующейся воды примерно равен потребности для ГРП. В Оклахоме, например, на ГРП ушло бы лишь 10% от общего объема сточных вод.