Ce modèle hydrologique simplifié montre le sous-sol de l'Oklahoma. Le groupe Arbuckle est la zone où la plupart des eaux usées sont injectées. Cette couche permet au fluide de se déplacer facilement vers des zones éloignées. L'eau ajoutée provoque un stress lors de son déplacement et peut provoquer des tremblements de terre lorsqu'elle rencontre des failles préexistantes. Crédit :Université de l'Oklahoma
Xiaowei Chen, professeur adjoint au Mewbourne College of Earth and Energy de l'Université d'Oklahoma et un groupe de géoscientifiques de l'Arizona State University et de l'Université de Californie, Berkeley, ont créé un modèle pour prévoir l'activité sismique induite par l'élimination des eaux usées après la production de pétrole et de gaz.
« Dans cette région du pays, pour chaque baril de pétrole produit à partir du sol, généralement entre huit et neuf barils d'eau sont également extraits de nombreux puits, " dit Chen.
La grande quantité d'eau pose un problème aux producteurs de pétrole :qu'en faire ?
Aussi appelée saumure, ces eaux usées contiennent du sel, minéraux et traces d'huile, le rendant inutilisable pour la consommation ou à des fins agricoles et dont le coût de traitement est prohibitif. Il est éliminé en le réinjectant dans la terre, profondément dans les formations rocheuses poreuses.
L'injection d'eaux usées peut provoquer des tremblements de terre, a expliqué Chen, et bien que la plupart des tremblements de terre récents en Oklahoma aient été de faible intensité, plusieurs ont dépassé 3,0 sur l'échelle de Richter.
Chen et une équipe de chercheurs, dirigé par Guang Zhai et Manoochehr Shirzaei de l'ASU, et Michael Manga de UC Berkeley, a entrepris de trouver un moyen de rendre les tremblements de terre induits en Oklahoma prévisibles et faibles.
Leur méthode, a expliqué Chen, était de "créer un modèle qui corrèle le volume d'eaux usées injecté avec les changements de contrainte sur les failles voisines et le nombre de tremblements de terre dans cette zone".
Trouver la formule
Prévoir la quantité d'activité sismique provenant de l'injection d'eaux usées est difficile car cela implique de prendre en compte de nombreuses variables :
L'équipe s'est attaquée à chaque problème.
Chen et ses collègues chercheurs ont étudié les paramètres hydrologiques du sous-sol :la vitesse à laquelle le fluide se déplace dans les roches poreuses et la rapidité avec laquelle le fluide introduit modifie la contrainte dans le sous-sol du sous-sol. Ceci est important car le sous-sol souterrain est l'emplacement des tremblements de terre induits par l'Oklahoma.
Alors que l'équipe de l'ASU utilisait des données satellitaires pour déterminer les paramètres hydrologiques souterrains, Chen s'est concentré sur les distributions spatiales et temporelles des tremblements de terre, et déterminé les paramètres hydrologiques en examinant la vitesse à laquelle les séismes s'éloignent des zones d'injection. En comparant les deux ensembles de données, les chercheurs ont encore augmenté la précision de leur modèle.
Comme il s'avère, le groupe Arbuckle, une couche sédimentaire qui se trouve au-dessus du sous-sol souterrain profondément dans la terre, est particulièrement perméable, permettre la saumure, et donc des tremblements de terre, se répandre facilement.
"Lorsque nous injectons de la saumure dans le groupe Arbuckle à une profondeur de 1 à 3 kilomètres, il peut transporter à travers les roches poreuses, modifier les contraintes et provoquer des séismes sur les failles du socle, " dit Chen.
Prochain, les chercheurs peuvent brancher la quantité de fluide dans le modèle. En ajoutant le volume de fluide injecté dans une zone particulière dans leur modèle, ils peuvent déterminer le stress qu'il exercera sur cette région au fur et à mesure qu'il se propage.
Avec les variables de saumure prises en compte, les chercheurs ont ensuite ajouté des informations sur les failles préexistantes dans les calculs régionaux. Plus les chercheurs connaissent un domaine particulier, plus les données seront précises.
"Si nous allons opérer dans une zone où nous n'avons aucune sismicité préalable, il sera un peu difficile de prévoir avec précision, " a déclaré Chen. " Mais en opérant dans une nouvelle zone et en prenant des paramètres en temps réel, les opérateurs et les chercheurs devraient être en mesure de prévoir le comportement futur."
Résultats
Chen espère qu'en suivant les résultats des modèles qu'elle a contribué à créer, les opérateurs pétroliers de l'État peuvent créer de nouveaux protocoles pour déterminer la quantité d'eaux usées à injecter et où.
Cela pourrait aider à prévenir de grands tremblements de terre induits en Oklahoma. Chen ne pense pas que les protocoles à venir mettront fin à la sismicité induite complètement, mais aidera plutôt à limiter la taille et la fréquence des tremblements de terre avec un contrôle d'injection restreint. Cette méthode permet de prévoir la future sismicité induite.
Chen prévoit un protocole similaire aux montres de tornade - une fenêtre de temps où les habitants de l'Oklahoma sont avertis qu'ils peuvent ressentir des tremblements mineurs dans une région de l'État.
Selon Chen, c'est un domaine où les liens de travail étroits entre les géoscientifiques et les ingénieurs pétroliers devront être encore plus forts. Jusque là, ses recherches ont suscité l'intérêt de géoscientifiques et d'ingénieurs pétroliers dans l'industrie et le milieu universitaire.
