Nowe podejście dotyczące zapobiegania sejsmiczności indukowanej
Klucz do realizacji ambicji klimatycznych Europy może znajdować się pod ziemią. „Od odnawialnej energii geotermalnej po wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla, podziemne zasoby mają potencjał, by pomóc Europie w znacznym ograniczeniu emisji dwutlenku węgla”, mówi Víctor Vilarrasa, badacz z Hiszpańskiej Krajowej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Problem polega na tym, że dostęp do tych podziemnych zasobów wymaga od przemysłu zatłaczania płynów do lub wydobywania ich spod powierzchni Ziemi. Ponieważ działania te powodują zmianę ciśnienia porowego, temperatury, stanu naprężenia i składu geochemicznego formacji geologicznych, mogą one wywoływać sejsmiczność. O sejsmiczności indukowanej mówimy wtedy, gdy działalność człowieka wywołuje trzęsienia ziemi i wstrząsy, jak miało to miejsce w przypadku projektów geotermalnych w Korei Południowej i Szwajcarii oraz projektu podpowierzchniowego magazynowania energii w Hiszpanii. „Nie trzeba dodawać, że trzęsienie ziemi wywołane przez przedsięwzięcie geoenergetyczne nie jest korzystne dla opinii publicznej i doprowadziło do anulowania kilku inicjatyw”, dodaje Vilarrasa. Branża geoenergetyczna – obejmująca energię geotermalną, wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla oraz podpowierzchniowe magazynowanie energii – potrzebuje możliwości przewidywania i łagodzenia sejsmiczności indukowanej, a to właśnie zapewnia finansowany przez UE projekt GEoREST(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Dokładniejsze zrozumienie sejsmiczności indukowanej po zatłaczaniu
Projekt, który otrzymał wsparcie od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), znacznie poszerzył naszą wiedzę na temat tego, co wywołuje sejsmiczność indukowaną po zatłaczaniu. „Zwykło się uważać, że kontrolowanie ciśnienia porowego może zmniejszyć ryzyko sejsmiczności indukowanej”, wyjaśnia Vilarrasa. „Jest tak jednak wyłącznie w przypadku zatłaczania do pojedynczej szczeliny lub uskoku, podczas gdy większość dzisiejszych przedsięwzięć geoenergetycznych na dużą skalę polega na zatłaczaniu do sieci szczelin i uskoków”. Tak więc, choć w przypadku niektórych uskoków stabilność ulega poprawie podczas zatłaczania – w wyniku pękania i rozszerzania się nienaruszonej skały pod wpływem ciśnienia – stabilność ta jest jedynie tymczasowa. Po zaprzestaniu zatłaczania ciśnienie porowe wokół odwiertu gwałtownie spada, powodując osłabienie naprężeń mechanicznych w porach, które niweluje wszelkie efekty stabilizujące i prawdopodobnie reaktywuje uskoki ustabilizowane podczas zatłaczania.
Zaawansowany model numeryczny umożliwiający przewidywanie sejsmiczności indukowanej
W związku z tym w projekcie opracowano model numeryczny, który uwzględnia nie tylko zmiany ciśnienia porowego, ale także czynniki takie jak naprężenia mechaniczne w porach, zmiany naprężeń wywołane chłodzeniem, przenoszenie naprężeń statycznych i zmiany ciśnienia porowego wywołane deformacją. Innowacyjny model prognozowania przetestowano w retroaktywnym badaniu sejsmiczności indukowanej, która wystąpiła w podziemnym magazynie gazu w Hiszpanii. Ustalono, że do trzęsień ziemi prowadziła kombinacja mechanizmów, obejmujących wyporność zatłoczonego gazu, zmiany naprężeń mechanicznych w porach i przenoszenie naprężeń statycznych w wyniku asejsmicznego poślizgu uskoku, który uszczelniał formację magazynującą. „Opracowując hybrydowy model prognostyczny, który wykorzystuje zmiany naprężeń efektywnych obliczone numerycznie w celu oszacowania wskaźnika sejsmiczności i wykorzystując sejsmologię statystyczną, zidentyfikowaliśmy protokoły stymulacji pozwalające zapobiec trzęsieniom ziemi o największej magnitudzie po zatrzymaniu zatłaczania”, zauważa Vilarrasa. Vilarrasa dodaje, że operatorzy i decydenci mogą korzystać z modelu prognozowania GEoREST, aby zmaksymalizować efektywność przedsięwzięć geoenergetycznych przy jednoczesnym zminimalizowaniu ryzyka indukowanych trzęsień ziemi. Zostało to już przetestowane w szwajcarskiej Bazylei, gdzie model numeryczny projektu posłużył do zidentyfikowania najbardziej dogodnego protokołu stymulacji w systemie geotermalnym.
