September 26, 2021
Metode Baru untuk Mencegah Gempa Akibat Manusia yang Disebabkan oleh Industri Minyak dan Gas

Metode Baru untuk Mencegah Gempa Akibat Manusia yang Disebabkan oleh Industri Minyak dan Gas

Oleh

Para peneliti telah menemukan cara untuk mengurangi gempa bumi yang dipicu oleh injeksi air limbah setelah proses minyak dan gas seperti pengeboran dan fracking. Kredit: MIT

Diterapkan di lapangan, model baru mengurangi gempa dari proses minyak dan gas; dapat membantu mengelola peristiwa seismik dari penyerapan karbon.

Ketika manusia memompa volume besar cairan ke dalam tanah, mereka dapat memicu gempa bumi yang berpotensi merusak, tergantung pada geologi yang mendasarinya. Ini telah terjadi di daerah penghasil minyak dan gas tertentu, di mana air limbah, yang sering dicampur dengan minyak, dibuang dengan cara disuntikkan kembali ke tanah — sebuah proses yang telah memicu peristiwa seismik yang cukup besar dalam beberapa tahun terakhir.

Sekarang DENGAN peneliti, bekerja dengan tim ilmuwan interdisipliner dari industri dan akademisi, telah mengembangkan metode untuk mengelola seismisitas yang disebabkan oleh manusia, dan telah menunjukkan bahwa teknik tersebut berhasil mengurangi jumlah gempa bumi yang terjadi di ladang minyak aktif.

Hasil mereka, diterbitkan pada 28 Juli 2021, di Alam, dapat membantu mengurangi gempa bumi yang disebabkan oleh industri minyak dan gas, tidak hanya dari injeksi air limbah yang dihasilkan dengan minyak, tetapi juga yang dihasilkan dari rekahan hidrolik, atau “fracking.” Pendekatan tim juga dapat membantu mencegah gempa dari aktivitas manusia lainnya, seperti pengisian reservoir air dan akuifer, dan penyerapan karbon dioksida dalam formasi geologi yang dalam.

“Seismisitas yang dipicu adalah masalah yang jauh melampaui produksi minyak,” kata penulis utama studi Bradford Hager, Profesor Ilmu Bumi Cecil dan Ida Green di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer dan Planet MIT. “Ini adalah masalah besar bagi masyarakat yang harus dihadapi jika kita ingin menyuntikkan karbon dioksida ke bawah permukaan dengan aman. Kami mendemonstrasikan jenis studi yang diperlukan untuk melakukan ini.”

Rekan penulis studi ini termasuk Ruben Juanes, profesor teknik sipil dan lingkungan di MIT, dan kolaborator dari University of California di Riverside, University of Texas di Austin, Harvard University, dan Eni, sebuah perusahaan minyak dan gas multinasional yang berbasis di Italia. .

Injeksi yang aman

Baik gempa bumi yang disebabkan oleh alam maupun yang disebabkan oleh manusia terjadi di sepanjang patahan geologis, atau rekahan antara dua blok batuan di kerak bumi. Dalam periode stabil, batuan di kedua sisi patahan ditahan oleh tekanan yang dihasilkan oleh batuan sekitarnya. Tetapi ketika sejumlah besar cairan tiba-tiba disuntikkan dengan kecepatan tinggi, itu dapat mengganggu keseimbangan tegangan cairan yang salah. Dalam beberapa kasus, injeksi tiba-tiba ini dapat melumasi patahan dan menyebabkan batu di kedua sisinya tergelincir dan memicu gempa bumi.

Sumber yang paling umum dari injeksi cairan tersebut adalah dari pembuangan air limbah industri minyak dan gas yang dibawa bersama dengan minyak. Operator lapangan membuang air ini melalui sumur injeksi yang terus menerus memompa air kembali ke tanah pada tekanan tinggi.

“Ada banyak air yang dihasilkan dengan minyak, dan air itu disuntikkan ke tanah, yang telah menyebabkan sejumlah besar gempa,” catat Hager. “Jadi, untuk sementara, daerah penghasil minyak di Oklahoma mengalami gempa berkekuatan 3 lebih besar daripada California, karena semua air limbah yang disuntikkan ini.”

Dalam beberapa tahun terakhir, masalah serupa muncul di Italia selatan, di mana sumur injeksi di ladang minyak yang dioperasikan oleh Eni memicu mikroseisme di daerah di mana gempa bumi besar yang terjadi secara alami sebelumnya terjadi. Perusahaan, mencari cara untuk mengatasi masalah, mencari konsulat dari Hager dan Juanes, keduanya ahli terkemuka dalam seismisitas dan aliran bawah permukaan.

“Ini adalah kesempatan bagi kami untuk mendapatkan akses ke data seismik berkualitas tinggi tentang bawah permukaan, dan belajar bagaimana melakukan injeksi ini dengan aman,” kata Juanes.

cetak biru seismik

Tim memanfaatkan informasi rinci, yang dikumpulkan oleh perusahaan minyak selama bertahun-tahun beroperasi di ladang minyak Val D’Agri, wilayah Italia selatan yang terletak di cekungan tektonik aktif. Data tersebut mencakup informasi tentang catatan gempa di wilayah tersebut, yang berasal dari tahun 1600-an, serta struktur batuan dan patahan, dan keadaan bawah permukaan yang sesuai dengan berbagai tingkat injeksi masing-masing sumur.

Para peneliti mengintegrasikan data ini ke dalam aliran bawah permukaan yang digabungkan dan model geomekanis, yang memprediksi bagaimana tegangan dan regangan struktur bawah tanah berkembang seiring dengan perubahan volume cairan pori, seperti dari injeksi air. Mereka menghubungkan model ini ke model mekanika gempa untuk menerjemahkan perubahan tekanan bawah tanah dan tekanan fluida menjadi kemungkinan memicu gempa bumi. Mereka kemudian menghitung tingkat gempa yang terkait dengan berbagai tingkat injeksi air, dan mengidentifikasi skenario yang tidak mungkin memicu gempa besar.

Ketika mereka menjalankan model menggunakan data dari 1993 hingga 2016, prediksi aktivitas seismik cocok dengan catatan gempa selama periode ini, memvalidasi pendekatan mereka. Mereka kemudian menjalankan model ke depan dalam waktu, hingga tahun 2025, untuk memprediksi respons seismik di kawasan itu terhadap tiga tingkat injeksi yang berbeda: 2.000, 2.500, dan 3.000 meter kubik per hari. Simulasi menunjukkan bahwa gempa bumi besar dapat dihindari jika operator mempertahankan laju injeksi pada 2.000 meter kubik per hari — laju aliran yang sebanding dengan hidran kebakaran umum kecil.

Operator lapangan Eni menerapkan tingkat yang direkomendasikan tim di sumur injeksi air tunggal ladang minyak selama periode 30 bulan antara Januari 2017 dan Juni 2019. Saat ini, tim hanya mengamati beberapa peristiwa seismik kecil, yang bertepatan dengan periode singkat ketika operator melebihi tingkat injeksi yang direkomendasikan.

“Kegempaan di wilayah tersebut sangat rendah dalam dua setengah tahun ini, dengan sekitar empat gempa berkekuatan 0,5, dibandingkan dengan ratusan gempa, hingga 3 skala Richter, yang terjadi antara tahun 2006 dan 2016, ” kata Hager.

Hasilnya menunjukkan bahwa operator dapat berhasil mengelola gempa bumi dengan menyesuaikan tingkat injeksi, berdasarkan geologi yang mendasarinya. Juanes mengatakan pendekatan pemodelan tim dapat membantu untuk mencegah gempa bumi yang terkait dengan proses lain, seperti pembangunan waduk air dan penyerapan karbon dioksida – selama ada informasi rinci tentang bawah permukaan suatu wilayah.

“Banyak upaya perlu dilakukan untuk memahami pengaturan geologis,” kata Juanes, yang mencatat bahwa, jika penyerapan karbon dilakukan di ladang minyak yang habis, “reservoir semacam itu dapat memiliki jenis sejarah, informasi seismik, dan interpretasi geologis seperti ini. dapat Anda gunakan untuk membuat model serupa untuk penyerapan karbon. Kami menunjukkan setidaknya mungkin untuk mengelola kegempaan dalam pengaturan operasional. Dan kami menawarkan cetak biru bagaimana melakukannya.”

Referensi: “Pendekatan berbasis proses untuk memahami dan mengelola seismisitas yang dipicu” oleh Bradford H. Hager, James Dieterich, Cliff Frohlich, Ruben Juanes, Stefano Mantica, John H. Shaw, Francesca Bottazzi, Federica Caresani, David Castineira, Alberto Cominelli, Marco Meda, Lorenzo Osculati, Stefania Petroselli dan Andreas Plesch, 28 Juli 2021, Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03668-z

Penelitian ini sebagian didukung oleh Eni.