油气开采的注水井诱发地震的6个事实
过去6年,美国中部的地震活动急剧增加。1973-2008年,每年发生的3级和较大地震平均为24次,而2009-2014年,这一比率稳步上升,每年平均发生193次,其中2014年达到峰值,为688次。截至2015年5月底,美国中部地区已经发生了430次该种规模的地震。2015年7月,美国地质调查局(USGS)的科学家在《地震研究通讯》(Seismological Research Letters)发表了相关研究成果[1],解释了造成这些地震事件的原因,并澄清了一些常见的误解。
1、在美国,大部分的诱发地震不是水力压裂导致的,污水处理是最近美国中部地区地震增加的主要原因。污水处理井通常运行时间较长,比水力压裂注入的流体更多,更有可能诱发地震。提高采收率时会将流体注入到岩层中,而岩层中的石油和天然气已经被开采,但是,废水注入往往发生在以前从未触及的岩石中。因此,废水注入比提高采收率更能增加压力水平,从而增加诱发地震的可能性。
2、并不是所有的污水注入井都能引起有感地震。大多数注入井不会触发有感地震。多种因素的结合是注入井诱发有感地震的必要条件。这些因素包括:(1)注入率和注入总体积;(2)断层大到足以产生有感地震;(3)压力大到足以产生地震;(4)存在流体压力从注入点传递到断层的路径。
3、污水不只由水力压裂产生,几乎每一个石油和天然气井都会产生污水。目前,美国各地处理的大部分污水是卤水,而它是石油和天然气开采过程中的副产品。几乎每一个石油和天然气生产井都有卤水,不管是否采用水力压裂技术。
4、在废水处理井中注入的污水成分是高度可变的。在许多地方,污水与水力压裂关系甚微或无关。在俄克拉荷马州,注入到废水处理井中的水的不到10%曾被用作水力压裂流体。在俄克拉荷马州的某些地区,大量的废水被注入,根本没有水力压裂发生,所以废水是纯粹的卤水,是在石油的提取过程中出现的。相反,在俄亥俄州的Youngstown以及阿肯色州的Guy,所处理的废水主要由水力压裂液组成。
5、诱发地震可能发生在离注入井相当大的距离和不同深处。诱发地震可能发生在距离注入点10英里或更远的地方,并比注入点的深度更深。
6、不需要地面增压的井在注入污水时仍然可能诱发地震。在操作过程中,即使在流体注入时不施加压力,仍会增加地层内的流体压力,从而可能诱发地震。
(赵纪东)