Sains & Teknologi

Memprediksi Bahaya Gempa Bumi dari Injeksi Air Limbah

Produk sampingan dari produksi minyak dan gas adalah sejumlah besar air limbah beracun yang disebut air garam (brine). Pengebor sumur membuang air garam dengan menyuntikkannya ke dalam formasi batuan yang dalam, di mana injeksi dapat menyebabkan gempa bumi. Sebagian besar gempa relatif kecil, tetapi beberapa di antaranya besar dan merusak.

Namun memprediksi jumlah aktivitas seismik dari injeksi air limbah sulit karena melibatkan banyak variabel. Ini termasuk jumlah air asin yang disuntikkan, seberapa mudah air asin dapat bergerak melalui batu, adanya patahan geologis yang ada, dan tekanan regional pada patahan tersebut.

Sekarang tim geoscientists yang dipimpin Arizona State University, bekerja di dengan dana hibah Departemen Energi, telah mengembangkan metode untuk memprediksi aktivitas seismik dari pembuangan air limbah.  Area studi tim adalah di Oklahoma, negara bagian di mana banyak kegiatan fracking telah dilakukan dengan banyak injeksi air limbah, dan di mana telah terjadi beberapa gempa bumi yang dipicu yang menyebabkan kerusakan.

Makalah tim yang melaporkan temuan mereka muncul di Prosiding National Academy of Sciences pada 29 Juli 2019.

“Secara keseluruhan, bahaya gempa bumi meningkat dengan latar belakang aktivitas seismik , dan itu merupakan hasil dari perubahan stres kerak,” kata Guang Zhai, seorang ilmuwan penelitian postdoctoral di Sekolah Eksplorasi Bumi dan Luar Angkasa ASU dan asisten peneliti tamu di University of California, Berkeley . “Fokus kami adalah membuat model fisika dari perubahan yang dihasilkan dari injeksi air limbah.”

Zhai adalah penulis utama untuk makalah ini, dan ilmuwan lainnya adalah Manoochehr Shirzaei, associate professor di School, ditambah Michael Manga, dari UC Berkeley, dan Xiaowei Chen, dari University of Oklahoma.

“Aktivitas seismik melonjak di satu daerah selama beberapa tahun setelah injeksi air limbah sangat berkurang,” kata Shirzaei. “Itu memberitahu kita bahwa metode prediksi yang ada tidak memadai.”

Model ini menunjukkan kurva probabilitas gempa untuk pusat Oklahoma meningkat hingga 2015 karena injeksi air asin. Setelah injeksi berkurang dan diasumsikan berakhir pada 2017, air garam terus berdifusi di batu, dan kurva mundur ke tingkat latar belakang. Model baru ini memungkinkan operator untuk menghitung probabilitas gempa untuk berbagai skenario injeksi, memaksimalkan injeksi sekaligus meminimalkan bahaya. Kredit: Guang Zhai / ASU

Kembali ke dasar

Untuk mengatasi masalah ini, timnya kembali ke dasar-dasar keilmuan, melihat bagaimana berbagai jumlah air garam yang disuntikkan mengganggu tekanan kerak bumi dan bagaimana ini menyebabkan gempa bumi karena patahan yang ditimbulkan.

“Cairan seperti air asin (dan air tanah alami) dapat disimpan dan bergerak melalui batuan yang keropos,” kata Zhai.

Kuncinya adalah membangun model berbasis fisika yang menggabungkan kemampuan batu untuk mengangkut air garam yang disuntikkan, dan respons elastis batu terhadap tekanan cairan. Shirzaei menjelaskan, “Model kami mencakup catatan yang dikumpulkan selama 23 tahun terakhir dari air garam yang disuntikkan di lebih dari 700 sumur Oklahoma ke dalam formasi Arbuckle.

Dia menambahkan bahwa untuk membuat skenario realistis, model ini juga mencakup sifat mekanik batuan di Oklahoma. Hasilnya adalah bahwa model tersebut berhasil memprediksi perubahan dalam tekanan kerak yang berasal dari injeksi air garam.

Untuk langkah terakhir, Shirzaei mengatakan, “Kami menggunakan model fisika yang mapan tentang bagaimana gempa bumi dimulai sehingga kami dapat menghubungkan gangguan tekanan dengan jumlah dan ukuran gempa bumi.”

Tim menemukan bahwa kerangka kerja berbasis fisika melakukan pekerjaan yang baik untuk mereproduksi distribusi gempa bumi aktual berdasarkan frekuensi, besarnya, dan waktu.

“Temuan yang menarik,” kata Zhai, “adalah bahwa perubahan kecil pada respons elastis batuan terhadap perubahan tekanan fluida dapat memperbesar jumlah gempa bumi beberapa kali. Ini adalah faktor yang sangat sensitif.”

Produksi minyak dan gas membutuhkan pembuangan air limbah, yang disuntikkan ke formasi batuan jauh di bawah tanah melalui sumur-sumur seperti ini. Untuk meminimalkan bahaya gempa bumi dari proses ini, tim yang dipimpin ASU telah menciptakan model baru untuk perkiraan seismisitas yang diinduksi dari injeksi air limbah. Kredit: KFOR-TV, Kota Oklahoma

Membuat produksi lebih aman

Sementara injeksi air limbah dapat menyebabkan gempa bumi, semua  produksi minyak dan gas utama menghasilkan sejumlah besar air limbah yang perlu dibuang, dan injeksi adalah metode yang digunakan industri.

“Jadi untuk membuat ini lebih aman di masa depan,” kata Shirzaei, “pendekatan kami menawarkan cara untuk meramalkan gempa bumi yang disebabkan oleh suntikan. Ini memberikan industri suatu alat untuk mengelola injeksi air garam setelah operasi fracking (fracking adalah proses menyuntikkan cairan pada tekanan tinggi ke batuan bawah tanah, lubang bor, dll. sehingga memaksa membuka celah yang ada dan mengekstrak minyak atau gas) .”

Dengan mengetahui volume air garam yang akan disuntikkan dan lokasi pembuangan dengan baik, pihak berwenang dapat memperkirakan probabilitas bahwa gempa bumi dengan ukuran yang diberikan akan terjadi. Probabilitas semacam itu dapat digunakan untuk penilaian bahaya gempa jangka pendek.

Sebagai alternatif, tim mengatakan, mengingat probabilitas bahwa gempa dengan ukuran tertentu akan terjadi, operator minyak dan gas dapat mengelola volume air garam yang diinjeksi untuk menjaga kemungkinan gempa besar di bawah nilai yang dipilih.

Hasil akhirnya, kata Zhai, “adalah bahwa proses ini akan memungkinkan praktik yang lebih aman, menguntungkan masyarakat umum dan industri energi.”

Artikel Terkait:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *