Ein Jahrzehnt der Forschung bei Öl- und Gasbetrieben in den zentralen und östlichen Vereinigten Staaten hat bestätigt, dass die Flüssigkeitsinjektion aus dem hydraulischen Brechen und der Abwasserentsorgung Seismizität hervorrufen kann.
Nun deuten Daten aus hydraulischen Fracking-Bohrungen im Osten Ohios darauf hin, dass auch die Abbauaktivitäten die Seismizitätsrate beeinflussen können eine Präsentation bei der Seismological Society of America (SSA). Jahreshauptversammlung 2023.
Beim hydraulischen Brechen injizieren Bohrlochbetreiber eine unter Druck stehende Flüssigkeit in eine Gesteinsschicht, nachdem sie vertikal und oft horizontal durch das Gestein gebohrt haben. Die Flüssigkeit bricht – zerbricht – die Gesteinsschicht und lässt Erdgas oder Erdöl ungehinderter ausströmen. Dieser Prozess kann eine seismische Aktivität hervorrufen, die groß genug ist, damit Menschen sie fühlen können, möglicherweise durch Erhöhung des Flüssigkeitsdrucks im Gestein, der dazu beiträgt, Verwerfungen zu lösen und ihnen ein Abrutschen zu ermöglichen.
Als Seismologen im vergangenen Herbst im Osten Ohios eine Welle von Seismizität entdeckten, gab es jedoch keinen eindeutigen Zusammenhang mit der Injektion, sagte Michael Brudzinski von der Miami University.
„Die Menge an Seismizität sah aus wie Muster, die wir sehen würden, wenn eine Injektionsoperation im Gange wäre“, erklärte er. „Als wir die Aufsichtsbehörde jedoch fragten, welche Art von Aktivitäten im Gange seien, teilte er uns mit, dass nichts Neues im Gange sei.“
Verwirrt begannen Brudzinski und seine Kollegen, nach anderen Bohrprozessen zu suchen, die die Seismizität beeinflussen könnten. Eine Idee, die sie hatten, war, dass „Schwankungen in der Fördermenge aus dem Reservoir einen Einfluss darauf haben könnten, wann Seismizität auftritt“, sagte Brudzinski.
Da Fracturing in neueren Bohrlöchern so allgegenwärtig ist, erklärte er, ist die Menge an Öl und Gas, die gefördert werden kann, „anfangs groß, aber sie nimmt ziemlich schnell ab. und wenn sie es wieder starten, neigt es dazu, ein bisschen besser zu produzieren.“
Beim Vergleich seismischer Daten mit öffentlich zugänglichen Aufzeichnungen über den Öl- und Gasbetrieb der Bohrlöcher in Ohio stellten die Forscher fest, dass die ungewöhnliche Änderung der Seismizitätsraten mit diesem „Aufladeprozess“ zusammenhängt.
„Wenn eine bestimmte Bohrung vorübergehend wegen ihrer Förderung gestoppt wurde, sehen wir danach eine Zunahme der Seismizität“, sagte Brudzinski.
Die Forscher stellten auch eine Zunahme der Seismizitätsrate fest, die mit dem anfänglichen Rückfluss einhergeht, wenn die zum Brechen injizierte Flüssigkeit ihren Weg zurück an die Oberfläche findet, wenn die Extraktion nach dem Brechen beginnt.
Die mit der Förderung zusammenhängende Seismizität sei keine neue Erkenntnis, sagte Brudzinski und führte Studien zu Erdbeben bei der Förderung im Gasfeld Groningen in den Niederlanden als ein Beispiel an.
„Aber was für uns neu ist, ist, dass wir nicht wirklich darüber nachgedacht haben, dass der Extraktionsprozess in diesen Fällen, in denen die Injektion die Hauptursache für Seismizität war, einen Einfluss auf die Seismizität hat“, sagte er.
Die durch Abbauaktivitäten in dieser Region verursachten Erdbeben haben eine Stärke von 2,6 oder weniger – stark genug, um gefühlt zu werden, aber nicht schädlich. Die Magnitudenverteilung von extraktionsbedingten Erdbeben ist ähnlich der Verteilung von Erdbeben, die auftraten, als die Bohrlöcher anfänglich brachen.
Dies überraschte Brudzinski und Kollegen, die dachten, dass die Extraktionsbeben kleiner sein könnten. Aber es deutet darauf hin, dass der gleiche Fehler, der beim Brechen aktiviert wurde, während der Extraktion erneut aktiviert werden könnte, sagte er.
Die Welle der extraktionsbedingten Seismizität dauert nur wenige Tage und klingt dann über ein bis zwei Wochen ab, verglichen mit den mehreren Wochen bis Monaten der Injektion und der begleitenden seismischen Aktivität.
Eine der größeren Fragen, die Brudzinski und seine Kollegen beantworten wollen, ist, ob sie eine einzigartige Situation im östlichen Ohio entdeckt haben oder ob der Abbau, der die Seismizitätsraten beeinflusst, ein weiter verbreitetes Phänomen ist.
In anderen Teilen des Landes, wo sowohl das Fracking als auch die Abwasserentsorgung viel größer sind, könnte es schwierig sein, dieses seismische Signal der Extraktion zu erkennen, sagte er.
„Wenn wir feststellen würden, dass sie ein paar Prozent der Zeit Brunnen schließen und wieder in Betrieb nehmen, und es eine Zunahme der Seismizität gibt, würde das für mich nahelegen, dass wir sogar an Orten suchen müssen, an denen es häufiger Injektionen gibt um zu sehen, ob wir dieses Signal auch an diesen Orten empfangen können“, sagte Brudzinski.