Risikominimierung

Ein EGS-System wird durch Induzieren eines Scherschlupfes in vorhandenen Rissen durch Einspritzen von unter Druck stehendem Wasser ("Hydroscherung") in eine Gesteinsformation erzeugt. Die Scherung erhöht die Durchlässigkeit der Risse und erzeugt seismische Schwingungen oder "induzierte seismische", die von Seismometern erfasst und zur Abbildung des Wachstums des EGS-Systems verwendet werden können. Die meisten induzierten seismischen Ereignisse haben eine Stärke von weniger als 2,0 und sind an der Oberfläche nicht zu spüren. Einige EGS-Projekte haben jedoch Ereignisse hervorgerufen, die groß genug waren, um an der Oberfläche spürbar zu sein und auch geringfügige Schäden zu verursachen. Es ist daher wichtig, dass EGS-Projekte Richtlinien zur Bewertung, Überwachung und Verringerung des Risikos von Erdbeben folgen, die an der Oberfläche zu spüren sind oder potenziell schädlich sind.

Die Internationale Energieagentur (IEA) hat ein Protokoll für induzierte Erdbeben in geothermischen Projekten entwickelt, das vom US-Energieministerium (DOE) für EGS-Projekte verabschiedet wurde (Majer et al., 2008). AltaRock Energy Inc. hat dieses Protokoll an die geologischen und Umweltbedingungen des Newberry-EGS-Demonstrationsprojekts angepasst und standortspezifische Kontroll- und Begrenzungsverfahren entwickelt. Eine vollständige Aktualisierung des IEA-Protokolls, das damals als Entwurf vorliegt (Majer et al., 2011), war ebenfalls in diesem Plan enthalten.

Ein wichtiger Teil der Begrenzung der induzierten Erdbeben ist die Verfügbarkeit eines seismischen Überwachungssystems. Vor Beginn des Projekts verfügte das Pacific Northwest Seismic Network (PNSN) nur über eine regionale seismische Messstation im Umkreis von 25 km. Um die Abdeckung zu verbessern, fügte AltaRock zwei weitere Stationen hinzu. Sie installierten auch ein lokales mikroseismisches Netzwerk (MSA) mit sieben seismischen Stationen um das EGS-Bohrloch NWG 55-29, um Daten von seismischen natürlichen Hintergründen zu sammeln. AltaRock entwarf auch einen MSA, der während und nach der Erstellung des EGS-Systems in Betrieb genommen werden soll. Sie installierten auch ein großes Bewegungsseismometer (SMS) am Paulina-See, etwa 3 km südöstlich von NWG 55-29, um zu messen, ob durch die Demonstration eine Bodenbeschleunigung (Schütteln) erzeugt wurde.

Zusätzlich zu der oben beschriebenen seismischen Überwachung führte AltaRock detaillierte geologische und geophysikalische Untersuchungen des Demonstrationsgebiets durch. Eine Auswertung von Spannungszuständen, regionalen Bruchzonen und Bruchmustern ergab, dass es keine Hinweise auf neue Brüche oder andere Verformungen in der Nähe von NWG 55-29 gibt (Cladouhos et al., 2011). Diese Ergebnisse zeigten, dass das Hydroscheren der kleinen Risse, die vom Bohrloch durchbohrt wurden, keine Bewegung bei einem nahe gelegenen Riss auslösen würde.

Die URS Corporation (URS), ein unabhängiger technischer Berater, hat bei der Newberry EGS Demonstration (Wong et al., 2010) eine Risikoanalyse für induzierte seismische und seismische Gefahren erstellt. Basierend auf der Fallgeschichte anderer EGS-Projekte hat URS einen Bereich von 3,5 bis 4,0 für die größten seismischen Ereignisse festgelegt, die durch die EGS-Demonstration induziert werden könnten. URS führte dann eine kumulative probabilistische seismische Risikoanalyse durch, um das Risiko sowohl aufgrund natürlicher als auch induzierter seismischer Risiken zu bestimmen.

Diese Art der Analyse bezieht das Ausmaß eines seismischen Ereignisses auf das Zittern, das in der Nähe auftreten kann. Ihr Bericht kam zu dem Schluss, dass „die Ergebnisse der probabilistischen seismischen Risikoanalyse zeigten, dass es in La Pine, Sun River und am Projektstandort (NWG 55-29) keinen Unterschied im Risiko zwischen den Ausgangsbedingungen gab (die die Gefahr sowohl natürlicher tektonischer als auch vulkanischer Erdbeben beinhalten). ) und EGS-induzierte seismische. "

Das URS-Modell des Schüttelns bei Newberry nahm ein induziertes seismisches Ereignis mit einer Größe (M) von 3,5 am Injektionsloch NWG 55-29 an und sagte 0,01 Schwerkraft (g) als maximale Bodenbeschleunigung (PGA) in La Pine und 0 voraus 1 g PGA am Paulina Lake. Bei natürlichen Erdbeben wird ein PGA von 0,1 g vom Menschen als starkes Schütteln empfunden, das Verletzungsrisiko ist jedoch gering (Wald et al., 1999). Es wurde jedoch festgestellt, dass das wahrgenommene Schütteln und die Schädigung aufgrund von EGS-induzierter Erdbeben normalerweise geringer sind als bei Naturereignissen (Majer et al., 2007).

Zur Kontrolle und Begrenzung der induzierten Erdbebenbelastung definiert das Dokument Grenzwerte für "Auslöser", die bei Aktivierung Begrenzungsmaßnahmen einleiten oder die Injektion stoppen und das Bohrloch sofort fließen lassen, um den Reservoirdruck zu verringern. Diese Auslöser werden während des Hydroshearings und der Erstellung von EGS-Systemen überwacht und basieren auf einer Echtzeitmessung der seismischen Aktivität in regionalen seismischen Netzen zusammen mit den vor den Projekten installierten lokalen Netzen.

Es gab drei Begrenzungsstufen, die auf der Ereignisgröße oder dem Schütteln beruhten: (1) Halten Sie die Durchflussrate und den Druck konstant, wenn ein lokalisierbares seismisches Ereignis von 2,0 ≤ M ≤ 2,7 auftrat. (2) Reduzieren Sie den Durchfluss und den Druck eines seismischen Ereignisses von 2 , 7 ≤ M ≤ 3,5 oder 0,014 g ≤ PGA ≤ 0,028 g am „starken Bewegungssensor“ auftreten und (3) das Verfugen stoppen und den Reservoirdruck im Falle eines seismischen Ereignisses mit M ≥ 3,5 oder PGA ≥ 0,028 g verringern “ starker Bewegungssensor “auftritt.

Maximale Größe vordefinieren

Maximale Größe (M.MAX) und Erdbebenhäufigkeit sind die beiden wichtigsten Komponenten der seismischen Risikoanalyse. Die Stärke eines Erdbebens ist proportional zu dem Teil der Bruchzone, der bei einem seismischen Ereignis gleitet, und der Menge der freigesetzten Spannungen (dh Verringerung der Gesteinsspannungen). Für ein potenziell schädliches Erdbeben müssen mehrere Bedingungen erfüllt sein. Es muss eine ausreichend große Bruchzone vorhanden sein, die Gesteinsspannungen müssen hoch genug sein, um ein Verrutschen zu verursachen, und die Zone muss sich in der Nähe einer Bewegung befinden. Die Eigenschaften der induzierten seismischen Strahlung werden durch die Eigenschaften und die Verteilung bestehender Bruchzonen und Brüche sowie durch das lokale Gesteinsspannungsfeld im Gesteinsvolumen bestimmt, das das Bohrloch umgibt, in das die Flüssigkeit gepumpt wird (Majer et al., 2007).

Zwei grundlegende Methoden wurden verwendet, um das Potential M abzuschätzenMAX bei Newberry entsprechende Werte aus anderen EGS-Projekten / Geothermieprojekten und theoretischen Modellen. Da zu diesem Zeitpunkt weltweit nur wenige EGS-Projekte durchgeführt wurden, war es schwierig, geeignete Analogien zu finden. Theoretische Ansätze beruhen auf einer zuvor erworbenen Kenntnis der Brucheigenschaften bei Verwendung von induzierter seismischer Strahlung, die eine Charakterisierung des Gesteinsvolumens erforderte, das um das Bohrloch herum beeinflusst werden würde. Diese Informationen waren zu Beginn des Projekts nicht verfügbar, wurden jedoch bei weiteren Untersuchungen eingeholt.

Obwohl die Anzahl der Standorte, an denen EGS-Einrichtungen unter ähnlichen Bedingungen wie am Newberry Volcano entwickelt wurden, begrenzt ist, geben Beobachtungen an Standorten unter ähnlichen geologischen und tektonischen Bedingungen Hinweise darauf, dass M.MAX sollte kleiner als M 3,0 sein (Wong et al., 2010). In einer breiteren Überprüfung von M.MAX Im Vergleich zu anderen EGS-Einrichtungen war der höchste beobachtete Wert ein M 3,7-Ereignis im australischen Cooper Basin, bei dem keine Schäden gemeldet wurden (Majer et al., 2007; bestätigt durch den Entwicklungsleiter des Geodynamikreservoirs, Robert Hogarth, Juni 2011). Die zweitgrößte Veranstaltung war eine M 3.4 in Basel, Schweiz.

Entwicklung ortsspezifischer theoretischer Modelle von M.MAX AltaRock ließ unter anderem LiDAR-Daten weiter auswerten, was zusammen mit anderen Parametern zu einem Modell mit hohem Wärmefluss bei Newberry und wahrscheinlich M führteMAX mit unterschiedlichen Ebenen.

Drei alternative Methoden wurden verwendet, um M zu bewertenMAX für Newberry basierend auf den physikalischen Eigenschaften der umgebenden Gesteinsmasse und dem vorgeschlagenen Injektionsverfahren. Diese Ansätze lieferten eindeutige deterministische Schätzungen von M.MAX für bestimmte Kombinationen von geschätzten physikalischen Parametern des Standorts.

Die erste Methode aus Brune (1970) basiert auf dynamischen Spannungsabfällen, die die absolute Amplitude der abgestrahlten seismischen Wellen und der entsprechenden Bodenschwingungen steuern. Für ein induziertes Ereignis, das durch einen Schlupf in einer Bruchzone mit einem Radius von 500 m (dem Radius der vorgeschlagenen maximalen Abmessung des EGS-Reservoirs) und einem Spannungsabfall von 3 MPa erzeugt wurde, wurde ein Mmax auf 3,89 berechnet.

Die zweite Methode, die auf McGarr (1976) basiert, bezieht die Summe des bei Erdbeben freigesetzten seismischen Moments auf eine Volumenänderung. Wenn Flüssigkeit injiziert wird, zählt das Volumen, das in das System gepumpt wird. Mit Hilfe einer Krustensteifigkeit von 3,5 GPa und dem geplanten Einspritzvolumen von 30.000 m3 für einen einzelnen Riss wird ein M berechnetMAX bis 3.28.

Die dritte Methode von Leonard (2010) basiert auf einer Reihe von intern konsistenten Skalierungsbeziehungen zwischen seismischem Moment und Fehlerbereich, Länge, Breite und durchschnittlicher Verschiebung. Die Länge der Bruchebene eines M.MAXDas Ereignis war auf die Ziellänge des EGS-Reservoirs von 1000 m begrenzt. Die vertikale Ausdehnung der Verwerfungsebene wurde durch die Tiefe bis zum Übergang zum spröden Duktil unterhalb von NWG 55-29 begrenzt, das aufgrund des hohen Wärmeflusses mit 3,5 km extrem flach ist.

Unter Verwendung dieser Einschränkungen für eine Bruchebene mit einer Neigung von 50 ° wird ein M berechnetMAX bis 3,98. Die drei berechneten M.MAX Werte unterstützen die vorherige Schätzung von M.MAX um 3.5-4.0.

Die endgültige Methode basiert auf dem von Shapiro et al. (2010). Shapiro et al. (2007) beobachteten, dass die Anzahl der induzierten Erdbeben mit einer Stärke, die größer als ein gegebener Wert ist, ungefähr proportional zum injizierten Flüssigkeitsvolumen zunimmt. Unter Verwendung der Seismizitätsrate induzierter Ereignisse und der Rate der Flüssigkeitsinjektion haben Shapiro et al. (2010) ein seismogener Index. Dieser Parameter kann verwendet werden, um die induzierten seismischen Effekte der an verschiedenen Projektstandorten durchgeführten Injektion zu vergleichen. Shapiro et al. (2010) ist die Analyse ansprechend, da sie eine probabilistische Vorhersage der maximalen Größe auf der Grundlage einer relativ geringen Menge ortsspezifischer Informationen liefert.

Die Shapiro-Methode wurde kalibriert und mit Daten aus der ersten 14-tägigen Injektionssequenz im Paradox Valley getestet. Es wurde festgestellt, dass der beobachtete Mmax = 0,9 innerhalb des 95%-Konfidenzbereichs des vorhergesagten Mmax <1,2 liegt. Mediane Prognose für Mmax (4,39) und beobachteter Mmax (4,3) ), während einer längeren Injektion, die 4 Jahre dauerte, wobei mehr als 2 Millionen M.3 Abwasser abgelassen ist auch konsistent.

Die Shapiro-Methode wurde in Newberry angewendet und es wurde festgestellt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Newberry-Aktivität ein Ereignis mit M> 3,0 auslösen würde, während eines Zeitraums von 50 Tagen, der Injektion und Druckumleitung (Rückfluss) umfassen würde, weniger als 1% betrug. Mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% wurde vorausgesagt, dass das maximal induzierte Ereignis M <2,2 ist. Der Median (Wahrscheinlichkeit = 0,5) Mmax für die meisten konservativen Annahmen liegt unter M = 1,0.

Unten finden Sie eine Tabelle für die Wahrscheinlichkeit des Auftretens.

GrößeDURCHFÜHRBARKEITDURCHFÜHRBARKEIT
MinimumMaximal
> 10,7%40%
> 20,1%6%
> 30,01%0,8%
> 40,002%0,09%