RISKMINIMERING
TEKNIK ▼
RISKMINIMERING
Ett EGS-system skapas genom att framkalla skjuvglidning i befintliga sprickor genom att injektera vatten vid tryck (”hydroshearing”) i en bergformation. Skjuvningen ökar permeabiliteten i sprickorna och genererar seismiska vibrationer, eller ”inducerad seismik”, som kan detekteras av seismometrar och användas för att kartlägga EGS-systemet tillväxt. De flesta inducerade seismiska händelser har en magnitud mindre än 2,0 och känns inte på ytan. Några EGS-projekt har dock genererat händelser som var tillräckligt stora för att kännas på ytan och dessutom orsaka mindre skador. Det är därför viktigt att EGS-projekt följer riktlinjer för att utvärdera, övervaka och minska risken för seismik som känns på ytan kännbara eller som är potentiellt skadlig.
International Energy Agency (IEA) utvecklade ett protokoll för inducerad seismik vid geotermiska projekt som antogs av US Department of Energy (DOE) för EGS projekt (Majer et al., 2008). AltaRock Energy Inc. anpassade detta protokoll till de geologiska och miljömässiga förhållandena som gällde vid demonstrationsprojektet Newberry-EGS och utvecklade platsspecifika kontroll- och begränsningsprocedurer. En genomförd uppdatering av IEA-protokollet, som då fanns i utkastform (Majer et al., 2011), lades också in i denna plan.
En viktig del för att begränsa inducerad seismik är tillgången till ett seismiskt övervakningssystem. Innan projektet påbörjades hade Pacific Northwest Seismic Network (PNSN) bara en regional seismisk mätstation inom en radie på 25 km. För att förbättra täckningen lade AltaRock till ytterligare två stationer. De installerade också ett lokalt mikroseismiskt nät (MSA) med sju seismiska stationer kring EGS-brunnen NWG 55‐29, för att samla data från naturlig bakgrundsseismik. AltaRock utformade också ett MSA för att tas i drift under och efter att EGS-systemet skapandes. De installerade också en seismometer för stora rörelser (SMS) vid Paulina Lake, ca 3 km sydost om NWG 55‐29, för att mäta om någon markacceleration (skakning) genererades av demonstrationen.
Förutom den seismiska övervakning som beskrivs ovan genomförde AltaRock detaljerade geologiska och geofysiska undersökningar av demonstrationsområdet. En utvärdering av spänningstillstånd, regionala sprickzoner och sprickmönster gav slutsatsen att det inte finns några bevis för nya sprickor eller någon annan deformation nära NWG 55‐29 (Cladouhos et al., 2011). Dessa resultat tydde på att hydroshearing av de små sprickor som genomborrats av borrhålet inte skulle utlösa någon rörelse vid någon närliggande spricka.
URS Corporation (URS), en oberoende teknisk konsult, utarbetade en riskanalys för inducerad seismik och seismiska faror vid Newberry EGS Demonstration (Wong et al., 2010). Baserat på fallhistorik över andra EGS-projekt antog URS ett intervall på 3,5–4,0 för största seismiska händelser som skulle kunna framkallas av EGS-demonstrationen. URS genomförde sedan en kumulativ probabilistisk seismisk riskanalys för att fastställa risken på grund av både naturlig och inducerad seismik.
Denna typ av analys relaterar omfattningen av en seismisk händelse till de skakningar som kan inträffa i närheten. I deras rapport drogs slutsatsen att ”resultaten av den probabilistiska seismiska riskanalysen tydde på att det inte fanns någon skillnad i risk vid La Pine, Sun River och projektplatsen (NWG 55‐29) mellan baslinjeförhållandena (som innefattar faran från både naturlig tektonisk och vulkanisk seismik) och EGS-inducerad seismik.”
URS-modellen av skakningar på Newberry, förutsatte en inducerad seismisk händelse med en magnitud (M) på 3,5 vid injektionshålet, NWG 55‐29, förutspådde 0,01 gravitation (g) som maximal markacceleration (PGA) i La Pine och 0,1 g PGA vid Paulina Lake. För naturliga jordbävningar uppfattas en PGA på 0,1 g av människor som stark skakning men risken för skador är liten (Wald et al., 1999). Det har dock konstaterats att upplevd skakning och skador på grund av EGS-inducerad seismik vanligtvis är lägre än för naturliga händelser (Majer et al., 2007).
För kontroll och begränsning av inducerad seismik definierar dokumentet gränser ”triggers” som, om de aktiveras, kommer att initiera begränsningsåtgärder eller stoppa injektionen och omedelbart flöda brunnen för att minska reservoartrycket. Dessa triggers övervakas under hydroshearing och skapandet av EGS-system och baseras på realtidsmätning av seismisk aktivitet på regionala seismiska nätverk, tillsammans med de lokala nätverk som installeras inför projekten.
Det fanns tre nivåer av begränsningar baserade på händelsestorlek eller skakning: (1) behåll flödeshastigheten och trycket konstant om en lokaliserbar seismisk händelse med 2,0 ≤ M ≤ 2,7 inträffade, (2) minska flödet och trycket om en seismisk händelse med 2,7 ≤ M ≤ 3,5, eller 0,014 g ≤ PGA ≤ 0,028 g på ”strong motion sensorn” inträffar och (3) stoppa injekteringen och minska reservoartrycket om en seismisk händelse med M ≥ 3,5 eller PGA ≥ 0,028 g på ”strong motion sensorn” inträffar.
Förutbestäm maximal magnitud
Maximal magnitud (MMAX) och jordbävningsfrekvens är de två viktigaste delarna i seismiska riskanalyser. Omfattningen av en jordbävning står i proportion till den del av sprickzonen som glider i en seismisk händelse och mängden spänningar som frigörs (dvs. minskning av bergspänningar). Flera förutsättningar måste uppfyllas för att en potentiellt skadlig jordbävning ska inträffa. Det måste finnas en tillräckligt stor sprickzon, bergspänningarna måste vara tillräckligt höga för att orsaka glidning och zonen måste vara nära en rörelse. Egenskaperna hos inducerad seismik styrs av egenskaperna och fördelningen av befintliga sprickzoner och sprickor och det lokala bergspänningsfältet i bergvolymen som omger borrhålet där vätskan pumpas in (Majer et al., 2007).
Två grundläggande metoder användes för att uppskatta den potentiella MMAX vid Newberry, motsvarande värden från andra EGS-projekt/geotermiska projekt och teoretiska modeller. Eftersom få EGS-projekt hade genomförts över världen vid den tiden, var det svårt att hitta lämpliga analogier. Teoretiska tillvägagångssätt beror på en tidigare införskaffad kunskap om bristningskaraktäristiken vid användning av inducerad seismik, vilket krävde karakterisering av den bergvolymen som skulle påverkas runt borrhålet. Denna information fanns inte tillgänglig vid projektstart, men inhämtades allteftersom ytterligare undersökningar utfördes.
Även om antalet platser där EGS-anläggningar har tagits fram i liknade förhållanden som vid Newberry Volcano är begränsat ger observationer på platser i liknande geologiska och tektoniska förhållanden, indikationer att MMAX bör vara mindre än M 3.0 (Wong et al., 2010). I en bredare granskning av MMAX jämfört med andra EGS-anläggningar, har det högsta observerade värdet varit en M 3,7-händelse i Cooper Basin, Australien, där ingen skada rapporterades (Majer et al., 2007; bekräftad av Geodynamics reservoarutvecklingchef, Robert Hogarth, juni 2011). Den näst största händelsen var ett M 3.4 i Basel, Schweiz.
För att utveckla platsspecifika, teoretiska modeller av MMAX lät AltaRock ytterligare utvärdera bland annat LiDAR-data, som tillsammans med andra parametrar ledde till en modell med högt värmeflöde vid Newberry och troligen MMAX med varierande nivåer.
Man använde tre alternativa metoder för att utvärdera MMAX för Newberry baserade på fysiska egenskaper hos den omgivande bergmassan och föreslagen injektionsprocess. Dessa tillvägagångssätt gav envärda deterministiska uppskattningar av MMAX för specifika kombinationer av uppskattade fysiska parametrar för platsen.
Den första metoden, hämtad från Brune (1970), är baserad på dynamiskt spänningsfall, som styr den absoluta amplituden av utstrålade seismiska vågor och motsvarande markskakningar. För en inducerad händelse skapad genom en glidning i en sprickzon med en radie på 500 m (radien för den föreslagna maximala dimensionen på EGS-reservoaren) och ett spänningsfall på 3 MPa, en beräknades Mmax till 3,89.
Den andra metoden, baserad på McGarr (1976), relaterar summan av det seismiska momentet som lösgörs i jordbävningar till en volymförändring. Om vätska injekteras är det volymen som pumpas in i systemet som räknas. Med hjälp av en skorpstyvhet på 3,5 GPa och den planerade insprutade volymen på 30 000 m3 för en enda spricka beräknas en MMAX till 3,28.
Den tredje metoden, från Leonard (2010), är baserad på en uppsättning internt konsistenta skalningsrelationer mellan seismiskt moment och brottområde, längd, bredd och genomsnittlig förskjutning. Längden på sprickplanet för en MMAX-händelse begränsades till mållängden för EGS-reservoaren 1000 m. Felplanets vertikala utsträckning begränsades av djupet till övergången till den spröda duktilen under NWG 55‐29, vilket är extremt grunt, 3,5 km, på grund av det höga värmeflödet.
Med hjälp av dessa begränsningar på ett sprickplan med 50° lutning beräknas en MMAX till 3,98. De tre beräknade MMAX -värdena stödjer den tidigare uppskattningen av MMAX kring 3,5-4,0.
Den slutliga metoden som användes bygger på det ’seismogena indexet’ som utvecklats av Shapiro et al. (2010). Shapiro et al. (2007) observerade att antalet inducerade jordbävningar med en större storlek än ett givet värde ökar ungefär proportionellt med den injekterade fluidvolymen. Genom att använda seismicitetstakten för inducerade händelser och hastigheten på vätskeinsprutningen härledde Shapiro et al. (2010) ett seismogeniskt index. Denna parameter kan användas för att jämföra de inducerade seismicitetseffekterna av injektion genomförd vid olika projektplatser. Shapiro et al. (2010) analysen är tilltalande eftersom den ger en probabilistisk förutsägelse av maximal storlek baserat på en relativt blygsam mängd platsspecifik information.
Shapirometoden kalibrerades och testades med data från den första 14-dagars injektionssekvensen vid Paradox Valley och man fann att den observerade Mmax = 0,9 faller inom 95% konfidensregionen för den förutsagda Mmax <1,2 Medianprognosen för Mmax (4.39) och observerade Mmax (4.3), under en långvarig injektion som pågick i 4 år där mer än 2 miljoner M3 spillvatten dumpades överensstämmer också.
Shapirometoden tillämpades i Newberry och man fann att sannolikheten för att Newberryaktiviteten skulle inducera en händelse med M > 3.0 var mindre än 1% under en 50‐dagperiod som skulle inkludera injektion och tryckavledning (flow-back). Med 95% sannolikhet förutspåddes maximal inducerad händelse vara M <2,2. Median (sannolikhet = 0,5) Mmax för mest konservativa antaganden är mindre än M = 1,0.
Magnitud | Trolighet | Trolighet |
Minimum | Maximum | |
>1 | 0,7% | 40% |
>2 | 0,1% | 6% |
>3 | 0,01% | 0,8% |
>4 | 0,002% | 0,09% |