Komentarz na temat artykułu "Granice wysokości szczelinowania hydraulicznego a interakcje uskoków w formacjach ropy i gazu zamkniętego"

Autor: Bernd Wiese

Centre for Geological Storage, GFZ German Research Centre for Geosciences

Data publikacji:  Lipiec 30, 2014

Krótkie streszczenie artykułu:

Flewelling i inni, 2013, w celu określenia maksymalnie możliwej wysokości przy szczelinowaniu hydraulicznym w formacjach ropy i gazu zamkniętego, proponują podejście typu "scenariusz najgorszego wypadku". Analiza przeprowadzona jest w dwóch częściach:

1. Model "najgorszego wypadku" zastosowany jest przy określeniu wysokości szczelinowania w oparciu o objętość płynu wstrzykiwanego podczas szczelinowania hydraulicznego;
2. Analizowane jest przesunięcie nożycowe przy uskokach, obliczone na podstawie magnitudy zdarzeń mikrosejsmicznych.

W części pierwszej w celu zademonstrowania rozrostu szczeliny rozwinięto model "najgorszego wypadku". Założono, że objętość wstrzykiwanego płynu jest identyczna z objętościa początkową utworzonej szczeliny. Maksymalna wysokość szczeliny jest obliczana w oparciu o założenia dotyczące kształtu szczeliny i szerokości początkowej. Jest to podejście typu "scenariusz najgorszego wypadku" w tym sensie, że analiza nie uwzględnia ubytku płynu. Jednakże prawdziwy model oparty o "scenariusz najgorszego wypadku" uwzględniałby już istniejące szczeliny; a wymieniony tu model tego nie czyni. Symulowane wysokości szczelin porównane są z zaobserwowanymi wysokościami szczelin (Fisher i Warpiński, 2011). Cześć druga składa się z analizy zdarzeń mikrosejsmicznych oraz rozważa powiększanie się szczelin w już istniejących uskokach. Zakłada się, że istnieje pozytywna korelacja pomiędzy wysokością szczeliny a magnitudą zdarzenia sejsmicznego. Pionowy rozmiar szczeliny jest obliczany na podstawie zaobserwowanej magnitudy zdarzeń mikrosejsmicznych (w oparciu o dane zaczerpnięte z pracy Warpiński i inni, 2012).– W konkluzji autorzy stwierdzają, że jest fizycznie niewiarygodne, iż szczelinowanie mogłoby spowodować hydrauliczny związek pomiędzy głęboko położonymi warstwami czarnych łupków a płytko położoną warstwą wodonośną.

Można poczynić tu kilka krytycznych uwag w odniesieniu do niniejszego artykułu:

Część pierwsza: Założenia, na których oparte są wyniki nie są niewiarygodne, lecz do pewnego stopnia arbitralne. Zakłada się elipsoidalny ksztalt szczeliny o wysokości dwukrotnie wyższej niż długość, bez odnoszenia się do źródeł. Czynniki, które mogą doprowadzić do zaniżenia rozmiaru rozrostu pionowego szczeliny, n.p. różnorodne kształty szczelin, nie są rozważane. Nie przedstawiono również analizy wrażliwości podstawowych założeń. Kilka zaobserwowanych szczelin jest o 100 m wyższych niż to zostało przewidziane w tak zwanym "podejściu najgorszego wypadku". Autorzy przypisują to zawyżonej ocenie rozrostu szczeliny w zestawie danych, który spowodowany został przez przesunięcie nożycowe wzdłuż już istniejących ciosów, uskoków i płaszczyzn uwarstwienia. Jest to wiarygodne przy wystąpieniu pewnych założeń; jednakże nie zacytowano źródeł, ani nawet w rozstrzygający sposób nie zademonstrowano, że dane zawarte w pracy Fisher i Warpiński, 2011 rzeczywiście zawyżyły wysokość szczelin. W artykule oryginalnym rezultat ten nie został poruszony.

Autorzy twierdzą, że pojawia się brak zgodności pomiędzy danymi zaobserwowanymi a symulowanymi ponieważ ich podejście jest bardziej poprawne niż dane, na których testuje się to podejście (akapit 8). Jest to argumentacja błędnego koła, która zawiera w sobie podstawową sprzeczność.

Część druga: Autorzy obliczają również przesunięcie nożycowe w oparciu o momenty sejsmiczne oszacowane przez Warpińskiego i innych, w 2012 r. Największe zaobserwowane zdarzenia sejsmiczne nie zostały włączone do tej analizy. Analizowane dane zawierają magnitudy chwilowe poniżej -0,5, a więc znacznie niższe niż magnitudy zaobserwowane, które wynoszą 0,5 (jak podano w akapicie 11) i 0,86, jak podano w akapicie 3. Dlatego też jest bardzo prawdopodobne, że przesunięcie nożycowe jest wyższe niż szacowano. Ponadto zakłada się, że powierzchnia objęta przesunięciem nożycowym ma kształt okrągły, ale nie uważa się, że kształty wydłużone mogą powiększyć wysokość szczeliny. Wnioski artykułu sugerują jednak, że poślizg uskoku jest również częścią "scenariusza najgorszego wypadku" (ustęp 15, zdanie 4: "… potencjalny poślizg uskoku.").

W części pierwszej autorzy wyznaczają górny limit 10 m dla przesunięcia nożycowego. W części pierwszej autorzy sugerują też, że zdarzenia sejsmiczne mogą wystąpić na wysokości 100 m powyżej szczeliny hydraulicznej. Sprzeczność ta nie została wyjaśniona. W akapicie 10 autorzy stwierdzają, że nie należy się spodziewać pionowego wzrostu szczelin na płytkich głębokościach. Cytowane źródło (Fisher i Warpiński, 2011, Rys. 6) pokazuje jednak, że, mimo iż pionowy komponent szczeliny zmniejsza się wraz ze zmniejszaniem się głębokości, przeciętnie 50 % objętości nadal należy do szczelin pionowych. W kontraście do stwierdzenia autorów, liczne całkowicie pionowe, lub w większości pionowe, struktury istnieją na płytkich głębokościach.

Konkluzja

Artykuł przedstawia interesujący pogląd na związek rozrostu szczeliny z objętością wstrzykiwanego płynu. Teoretyczne rozważania są wiarygodne, ale niewystarczająco przedyskutowane w krytyczny sposób. Kilka z zaprezentowanych wartości pozostaje w sprzeczności ze sobą. Zamiast tego autorzy twierdzą, że ich podejście dostarcza bardziej poprawnych danych niż same dane, na których testowane jest to podejście (akapit 8). Jest w tym podstawowa sprzeczność logiczna. Autorzy konkludują, że jest fizycznie niewiarygodne, iż szczeliny mogłyby stworzyć hydrauliczny związek pomiędzy głęboko położonymi warstwami czarnych łupków a płytko położoną warstwą wodonośną. Konkluzja ta jest nieuzasadniona. Artykuł nie dostarcza dodatkowego wglądu w podstawowe zbiory danych.