La profondeur d'un puits de fracturation hydraulique en Oklahoma, entre autres facteurs, augmente la probabilité que la fracturation entraîne une activité sismique, selon un nouveau rapport dans le Bulletin de la Société sismologique d'Amérique .

Les chercheurs espèrent que leurs découvertes, publié dans le cadre d'un prochain numéro spécial du BSSA sur les observations, mécanismes et aléas de la sismicité induite, aidera les opérateurs pétroliers et gaziers et les régulateurs de l'État à affiner les stratégies de forage pour éviter les tremblements de terre dommageables.

Lors de la fracturation hydraulique, les opérateurs de puits injectent un liquide sous pression dans une couche rocheuse après avoir foré verticalement et souvent horizontalement à travers la roche. Le liquide brise – fracture – la couche rocheuse et permet au gaz naturel ou au pétrole de s'écouler plus librement. Un nombre croissant d'études suggèrent que ce processus peut induire une activité sismique suffisamment importante pour que les gens la ressentent, éventuellement en augmentant les pressions de fluide dans la roche qui soulagent les failles et leur permettent de glisser.

Dans une couche rocheuse examinée dans l'étude BSSA, la probabilité que la fracturation hydraulique ait déclenché une activité sismique est passée de 5 à 50 pour cent, tandis que les opérations sont passées de 1,5 à 5,5 kilomètres (0,9 à 3,4 miles) de profondeur, les chercheurs ont trouvé.

Bien que les mécanismes exacts liant la profondeur du puits et la probabilité sismique soient encore à l'étude, Michael Brudzinski et ses collègues suggèrent que la surpression des fluides piégés à l'intérieur de la roche peut être importante.

"Plus les couches rocheuses sont profondes, le plus de roche qui se trouve au sommet d'un puits, et cela va potentiellement augmenter les pressions des fluides en profondeur, " dit Brudzinski, l'auteur correspondant de l'étude de l'Université de Miami en Ohio.

L'Oklahoma a été au centre d'une augmentation spectaculaire de l'activité sismique au cours de la dernière décennie, principalement causée par les sociétés pétrolières et gazières qui injectent des eaux usées produites par le forage dans des couches rocheuses plus profondes. Cependant, une étude de 2018 a identifié des endroits dans l'État où des quantités importantes d'activité sismique étaient liées à près de 300 puits de fracture hydraulique.

La fracturation hydraulique est associée à un séisme de magnitude 4,6 au Canada et à un séisme de magnitude 5,7 en Chine, bien que les tremblements de terre induits par la fracturation hydraulique aient tendance à être de magnitude inférieure à ceux causés par l'évacuation des eaux usées. Par conséquent, les opérateurs pétroliers et gaziers et les régulateurs aimeraient en savoir plus sur les raisons pour lesquelles certains puits déclenchent une activité sismique, et comment ajuster leurs opérations pour éviter des tremblements de terre dommageables.

Brudzinski et ses collègues ont trouvé le lien entre la profondeur et la probabilité sismique dans leur examen des données de 929 puits de fracturation hydraulique horizontaux et 463 verticaux en Oklahoma. Les scientifiques ont utilisé des données accessibles au public sur le volume injecté sur les sites de puits, le nombre de puits sur une plate-forme de forage, quel type de fluide a été injecté, et la profondeur verticale du puits, entre autres fonctionnalités.

Le volume total de liquide injecté dans les puits de l'Oklahoma n'a pas affecté la probabilité d'activité sismique à proximité des puits, une découverte surprenante qui diffère des autres études sur la sismicité induite. Certaines études antérieures de fracturation hydraulique (et d'évacuation des eaux usées) montrent une augmentation de l'activité sismique avec l'augmentation du volume.

La plupart des puits de l'étude actuelle sont des puits uniques, cependant, et non plusieurs puits regroupés sur une plate-forme de forage, a noté Brudzinski. Dans certains endroits de l'ouest du Canada et du Texas, lorsqu'il existe un lien entre le volume injecté et la sismicité, plusieurs puits sur un bloc sont plus fréquents.

"C'est donc là que nous avons commencé à penser que c'est peut-être la différence entre ce que nous voyons dans notre étude par rapport à d'autres études, " a déclaré Brudzinski. " Nous proposons que plusieurs puits s'injectant les uns à côté des autres peuvent être la raison pour laquelle le volume importe dans ces cas, même si nous devons l'étudier davantage."

"Il se peut que le volume compte encore, mais plus de manière cumulative que pour un puits donné, " Il a ajouté. " Un puits isolé avec un grand volume peut ne pas avoir autant de risque [sismique] qu'un puits de grand volume qui est à proximité d'autres puits de grand volume. "

Les chercheurs ont également comparé la probabilité d'activité sismique dans les puits où le liquide injecté était un gel par rapport à « l'eau glissante », c'est-à-dire de l'eau additionnée de produits chimiques pour augmenter le débit. Ils ont trouvé un niveau de sismicité inférieur dans les opérations de gel par rapport à l'eau de nappe, bien que la différence ne soit pas aussi statistiquement significative que les autres tendances.

Des études de simulation suggèrent que le gel le plus visqueux peut ne pas s'écouler aussi loin que l'eau glissante, limiter ses effets sur les défauts, dit Brudzinski.