La profondeur de la couche rocheuse qui sert de site d'élimination des eaux usées produites lors de l'extraction de pétrole non conventionnel joue un rôle important dans le fait que cette élimination déclenche des tremblements de terre aux États-Unis, selon une nouvelle étude qui se penche sur la question.

La recherche publiée dans Lettres de recherche sismologique examiné les données sur l'élimination des eaux usées pour les sites pétroliers de l'Oklahoma, Est du Montana, l'ouest du Dakota du Nord, Texas et Nouveau-Mexique.

Les niveaux de sismicité sont plus élevés dans l'Oklahoma par rapport aux autres États en partie parce que les eaux usées sont injectées plus profondément dans le sol en Oklahoma, plus près du socle rocheux sous-jacent, selon l'auteur de l'étude Bridget Scanlon de l'Université du Texas à Austin et ses collègues.

Le volume cumulé d'eaux usées injectées dans la terre en Oklahoma est également plus élevé que dans les autres régions productrices de pétrole, et peut également être lié à des taux accrus de sismicité dans l'État, concluent les chercheurs.

Les résultats diffèrent d'une étude antérieure basée sur des données du milieu du continent, qui n'ont pas trouvé de corrélation significative entre le volume total d'eaux usées évacuées, ou entre la profondeur d'injection, et une sismicité accrue. La nouvelle étude contient 3,5 années supplémentaires de données sur le volume d'injection et la sismicité en Oklahoma, cependant, et utilise également une nouvelle carte de la profondeur de la roche du sous-sol, dit Scanlon.

Production de pétrole non conventionnel aux États-Unis, qui extrait le pétrole des schistes et des roches étanches à l'aide de la fracturation hydraulique et des puits horizontaux, a été liée à une augmentation des tremblements de terre d'origine humaine dans le centre du continent des États-Unis pendant près d'une décennie. Le principal moteur de cette augmentation de la sismicité est l'injection des eaux usées produites par l'extraction, ce qui augmente la pression interstitielle dans les roches et peut affecter les contraintes le long des failles dans les couches rocheuses sélectionnées pour le stockage.

L'« étanchéité » des couches rocheuses productrices de pétrole sur ces sites fait que les eaux usées ne peuvent pas être réinjectées dans les mêmes couches, les entreprises ont donc plutôt trouvé « plus lâche, " des couches rocheuses plus perméables dans lesquelles forer des puits de stockage.

L'étude de Scanlon et ses collègues a examiné les taux d'injection d'eaux usées, les volumes d'injection régionaux cumulés et la proximité d'injection de la roche du socle pour les gisements de pétrole de réservoirs étanches en Oklahoma, la pièce de Bakken (Montana et Dakota du Nord), le jeu Eagle Ford (Texas) et le jeu Permien (Texas et Nouveau-Mexique).

De nombreux puits d'évacuation des eaux usées de l'Oklahoma sont forés dans une couche rocheuse appelée la formation Arbuckle, qui jouxte le sous-sol et est beaucoup plus profond que les couches rocheuses utilisées pour le stockage dans le Bakken, Eagle Ford et Permian joue.

Les puits forés dans l'Arbuckle drainent l'eau dans la formation sans avoir besoin de pression à la tête de puits, et la zone rocheuse est très perméable, ce qui en fait un site d'élimination attractif, dit Kyle Murray, un co-auteur de l'étude de l'Oklahoma Geological Survey. L'Arbuckle ne possède également des puits d'extraction que « dans quelques petites zones, donc l'élimination ne diminue pas la production de puits."

La facilité d'utilisation d'Arbuckle comme site d'élimination pourrait être l'une des raisons pour lesquelles les producteurs de pétrole ont choisi des sites d'élimination plus profonds dans l'Oklahoma par rapport aux autres régions, « mais le forage de puits moins profonds et l'élimination dans des zones moins profondes dans d'autres zones peuvent être liés à l'économie. Les puits plus profonds sont beaucoup plus chers et ne réussissent pas toujours, " il ajouta.

Murray a déclaré que les exploitants de champs pétrolifères dans ces autres régions pourraient également être au courant des études liant l'augmentation de la sismicité en Oklahoma à la proximité de l'injection avec la roche du sous-sol, les obligeant à éviter une élimination profonde sur leurs sites.

Les chercheurs ont noté que leurs résultats sont conformes à la sismicité réduite documentée dans l'Oklahoma après les directives de l'Oklahoma Corporation Commission en 2014 et 2016 pour réduire les taux d'injection et les volumes d'injection régionaux, ainsi que pour boucher les puits d'élimination forés dans le sous-sol. Ces directives ont conduit à une réduction de 70 % du nombre de séismes de magnitude 3,0 ou plus dans l'État en 2017, par rapport à 2015.

Il existe des compromis entre l'injection d'eaux usées dans des couches rocheuses peu profondes et profondes, notent les chercheurs. Puits moins profonds, qui coûtent souvent deux à trois fois moins que les puits plus profonds et sembleraient déclencher des niveaux de sismicité plus faibles, pourrait contaminer les aquifères avec de l'eau salée ou interférer avec les puits de production de pétrole.

Scanlon et ses collègues disent qu'un moyen de réduire la quantité globale d'injection d'eaux usées pourrait être de réutiliser les eaux usées pour la fracturation hydraulique. "La valeur de la réutilisation de l'eau produite pour la fracturation hydraulique est similaire à la réinjection de l'eau produite pour l'inondation de l'eau dans les réservoirs de pétrole conventionnels, maintenir la pression, " Scanlon a déclaré. " La réutilisation de l'eau produite pour la fracturation hydraulique réduirait les problèmes d'approvisionnement en eau et l'épuisement de l'eau lié à cela, et réduirait également l'élimination des eaux usées et la sismicité potentielle associée. »

Cette stratégie pourrait fonctionner mieux dans les endroits où les eaux usées produites sont à peu près similaires aux quantités nécessaires pour la fracturation hydraulique, toutefois. En Oklahoma, par exemple, les opérations de fracturation hydraulique n'utiliseraient que 10 pour cent de la quantité d'eaux usées produites.