Investigadores: los cambios en la cuenca del Pérmico conducen a crecientes riesgos geológicos

Jul 30, 2023

Un nuevo estudio publicado este mes examina cómo la industria petroquímica en la Cuenca Pérmica ha deformado el paisaje al provocar que algunas áreas se hundan mientras que otras suben.

Si bien los cambios pueden no ser fácilmente perceptibles, especialmente en áreas escasamente pobladas como la Cuenca Pérmica, los investigadores dicen que pueden dañar la infraestructura.

El estudio realizado por investigadores de la Universidad Metodista del Sur fue publicado en la edición de agosto de la Revista Internacional de Observación Aplicada de la Tierra y Geoinformación.

En su investigación, los investigadores de la Universidad Metodista del Sur intentaron mapear la deformación de la superficie en la Cuenca Pérmica y cuantificar la relación entre las operaciones de petróleo y gas y los cambios en la superficie.

Descubrieron que, en promedio, el suelo de la Cuenca Pérmica se hunde a un ritmo de tres a cuatro centímetros al año, aunque hay varias zonas con tasas de hundimiento mayores.

Los investigadores escriben en el estudio que, en las últimas décadas, el aumento de la extracción de petróleo y gas ha "contribuido al aumento alarmante de los riesgos geológicos, alterando a veces permanentemente el ecosistema local, y es una preocupación creciente para las comunidades y los responsables políticos de todo el mundo".

Dicen que es importante comprender "la dinámica de los riesgos geológicos en las distintas etapas de la producción".

La Cuenca Pérmica es un área importante para estudiar porque alrededor del 40 por ciento de la producción de petróleo de Estados Unidos se produce allí.

El Dr. Zhong Lu, profesor de la Universidad Metodista del Sur que ha estado estudiando la deformación del suelo en la región, dijo en una respuesta por correo electrónico a preguntas de NM Political Report que la geología de la Cuenca Pérmica es relativamente estable y, en condiciones normales, el paisaje no experimentaría lo que se conoce como hundimiento o hundimiento de la superficie del suelo debido a cambios en las condiciones del subsuelo.

“La Cuenca Pérmica, junto con el resto del continente medio de Estados Unidos, se ha considerado durante mucho tiempo geológicamente estable, sin movimientos tectónicos a gran escala, vulcanismo o actividades sísmicas. Por lo tanto, los riesgos geológicos naturales son relativamente poco comunes”, dijo Lu.

Pero aproximadamente 100 años de industria extractiva en la Cuenca Pérmica han cambiado eso.

Ahora la cuenca está experimentando sumideros, hundimientos y levantamientos como consecuencia directa de las actividades de petróleo y gas.

Estos cambios en el paisaje no ocurren a un ritmo uniforme. Eso significa que una parcela de terreno nivelado puede cambiar de modo que un área sea más alta que un área adyacente. Esto puede tener diversos efectos en la infraestructura, la arquitectura e incluso las fuentes de agua.

El primer autor del estudio, Vamshi Karanam, estudiante de doctorado en la Universidad Metodista del Sur, dio algunos ejemplos de cómo estos cambios en la forma de la tierra pueden afectar a los humanos.

Los cambios desiguales en la superficie pueden dañar las tuberías o incluso interrumpir el flujo dentro de esas tuberías, dijo.

En Pecos, Texas, y otras comunidades de la Cuenca Pérmica, los residentes han visto sus hogares y negocios dañados por los cambios de tierra.

Como muchos de los pozos petroleros abandonados tienen más de 50 años, se pueden formar grietas en el cemento y corrosión en las tuberías de petróleo. Esto puede provocar que las aguas residuales se filtren desde una formación previamente sellada y aislada hacia el agua subterránea o incluso hacia la superficie, dijo.

Karanam dijo que las actividades de petróleo y gas también aumentan la actividad sísmica en la cuenca y pueden inducir la formación de sumideros.

No es una noticia nueva que los campos petrolíferos de la Cuenca Pérmica tengan un problema de sumideros. En 2020, Undark publicó una historia sobre los sumideros en la Cuenca Pérmica de Nuevo México. Pero la investigación que está realizando el equipo de la Universidad Metodista del Sur proporciona una mejor comprensión de cómo la industria del petróleo y el gas en la Cuenca Pérmica está cambiando el panorama y a qué ritmo.

Para investigar los cambios en la superficie, los investigadores utilizaron una técnica de detección remota conocida como interferometría de dispersión persistente, así como modelos numéricos.

El artículo reciente no es el primer estudio que los investigadores de la Universidad Metodista del Sur publican desde que comenzaron a investigar la deformación.

La investigación comenzó en 2015 tras el lanzamiento del satélite Sentinel-1 de la Agencia Espacial Europea. Al principio, los investigadores centraron su atención en un sumidero en Texas e intentaron utilizar datos de Sentinel-1 para investigar la estabilidad del suelo. Esto luego se amplió para observar el impacto de las operaciones de petróleo y gas en toda la Cuenca Pérmica.

El estudio publicado este mes utiliza datos adquiridos de Sentinel-1 de 2016 a 2021. Al utilizar la interferometría de dispersión persistente, los investigadores pudieron crear una serie temporal de deformación con una precisión milimétrica.

También utilizaron datos sobre las tasas de extracción e inyección en los pozos de la Cuenca Pérmica. Estos datos provienen de la Comisión de Ferrocarriles de Texas, que supervisa la industria del petróleo y el gas allí, y del Departamento de Energía, Minerales y Recursos Naturales de Nuevo México.

Sus resultados indican que hay entre tres y cuatro centímetros de deformación al año y que la región incluye dos grandes focos de deformación.

La investigación no se ha centrado únicamente en los pozos activos. Lu también ha participado en un trabajo que documenta cómo los pozos abandonados que no han sido tapados pueden influir en la inestabilidad del suelo y provocar peligros geológicos como sumideros.

Lu y su equipo de investigadores recibieron una subvención de la NASA para investigar la estabilidad del suelo en toda la Cuenca Pérmica en relación con el petróleo y el gas.

Karanam se unió al equipo en 2021 después de matricularse en la Universidad Metodista del Sur. Comenzó a trabajar en el procesamiento de imágenes de radar para investigar cómo se está deformando la superficie terrestre de la Cuenca Pérmica.

Este estudio reciente es sólo uno de una serie de investigaciones que están realizando los investigadores. Estas investigaciones continuarán durante los próximos años.

Karanam dijo que la mayoría de las características de deformación que observaron tienen explicaciones geológicas y geofísicas. Pero un levantamiento muy grande al oeste de la cuenca de Delaware (una subcuenca del Pérmico) y fuera de los campos petroleros llamó la atención de los investigadores.

Los levantamientos generalmente están asociados con la inyección de fluidos en el subsuelo, pero tienden a ser localizados. Eso significa que la deformación causada por un pozo de petróleo o de inyección ocurrirá a unas pocas millas del pozo mismo.

El levantamiento al oeste de la cuenca de Delaware se extiende a lo largo de un área de miles de kilómetros cuadrados y no hay pozos de inyección activos cerca.

"Es posible que los años de producción en la cuenca de Delaware hayan provocado una pérdida de masa y que la superficie esté rebotando lentamente", planteó la hipótesis. "Este fenómeno es similar al efecto rebote postglacial".

Pero, dijo Karanam, para confirmar esa hipótesis se necesitarán más estudios utilizando modelos geofísicos detallados.

El equipo de la Universidad Metodista del Sur planea ampliar su investigación actual sobre la Cuenca Pérmica, para poder responder esa pregunta en el futuro.

Karanam dijo que el equipo espera eventualmente mapear la deformación a lo largo del tiempo a partir de principios de la década de 1990 utilizando datos satelitales y cuantificar cómo las operaciones de hidrocarburos impactan la deformación de la superficie.

"Esto puede ayudarnos a comprender la historia de la deformación en la cuenca y también puede proporcionar información sobre el efecto retardado del hundimiento", dijo.

La geología misma cambia la cantidad de deformación que se producirá.

Por ejemplo, si hay mucha sal en la geología del subsuelo, el contacto con los fluidos puede hacer que la sal se disuelva y esto puede provocar que el nivel del suelo se hunda, dijo Lu.

La profundidad de los pozos también puede afectar la deformación, afirmó, añadiendo que se producirá una mayor deformación en áreas más grandes con pozos más profundos.

Otros factores geológicos, como qué tan porosas o permeables son las rocas y cómo responde el subsuelo a la presión o compresión, también pueden determinar cuánto se deforma la superficie.

El tipo de proceso de petróleo y gas también puede tener un impacto. La extracción puede provocar que los niveles de tierra se hundan y la inyección puede crear un área elevada cerca del pozo.

Karanam dijo que inyectar algo así como agua producida agrega volumen al subsuelo, lo que requiere que la tierra se levante para acomodar ese mayor volumen.

"El agua inyectada también puede cambiar el régimen de tensiones en el subsuelo y provocar deslizamientos de fallas que provoquen terremotos", dijo.

La mejor manera de reducir la cantidad de deformación del terreno es reducir las actividades de extracción e inyección, pero, reconoció Karanam, esa podría no ser una solución económicamente viable.

Tanto Nuevo México como Texas dependen en gran medida de las industrias del petróleo y el gas, particularmente en la Cuenca Pérmica.

Karanam dijo que una solución viable podría ser planificar cuidadosamente las operaciones de hidrocarburos centrándose en controlar los daños a la geología y la infraestructura. En otras palabras, centrarse en el hundimiento planificado, que permite que el suelo se hunda de forma predecible y controlada. Dijo que las operaciones mineras suelen emplear este concepto. Por ejemplo, la declaración final de impacto ambiental publicada en 2019 para la ahora cerrada mina San Juan del noroeste de Nuevo México busca formas de minimizar el hundimiento asociado con la minería subterránea.

"Esto puede ayudar a las agencias pertinentes a reducir el impacto del hundimiento en la infraestructura", dijo.

Para hacer esto, se requiere un mapeo detallado de las formaciones del subsuelo y las estructuras de fallas, así como modelos hidrogeológicos que ayuden a las personas a comprender cómo se mueven los fluidos en la geología del subsuelo.

Después de leer el estudio, la Comisionada de Tierras de Nuevo México, Stephanie García Richard, consultó con su personal sobre los impactos. Su principal preocupación es la seguridad de las tuberías y dijo que los resultados del estudio son algo que las agencias reguladoras deberían considerar al tomar decisiones.

"Un hundimiento de tres a cuatro centímetros por año parece significativo", dijo, y agregó que es "un poco aterrador contemplar" el impacto que la actividad del petróleo y el gas tiene en el terreno.

Dijo que la Oficina de Tierras del Estado cree que alrededor de 230.000 acres de tierras estatales se ven afectadas por el hundimiento.

"Ya sabemos que debido a las formaciones de sal en esta zona existe la posibilidad de que se produzcan sumideros", dijo.

García Richard destacó como ejemplo un socavón que se formó en Carlsbad.

“Ese no está en terrenos estatales, pero tenemos otros casos de hundimiento que estamos vigilando y monitoreando”, dijo.

Para García Richard, el estudio planteó más preguntas que le gustaría ver respondidas. Por ejemplo, quiere más información sobre cómo las diferentes técnicas de extracción de petróleo y gas impactan los niveles de deformación y cómo las diferencias en las regulaciones en Nuevo México y Texas pueden cambiar el impacto de las tierras por las actividades de petróleo y gas.

El estudio observa algunas diferencias en los dos estados, incluido el hecho de que la mayor parte de la inyección se produce en Texas. Esto se debe en parte a las políticas estatales. García Richard explicó que los operadores de petróleo y gas en Nuevo México no pueden inyectar en pozos poco profundos. En cambio, deben inyectar en formaciones profundas.

Pero, dijo, la inyección de agua salada es algo a lo que la gente debe prestar atención no sólo porque puede provocar el levantamiento de la superficie sino también porque se ha relacionado con una mayor actividad sísmica.

El estudio también señala que algunas de las áreas de hundimiento en Nuevo México están relacionadas con la minería de potasa, lo que también destacó García Richard. Según el estudio, los impactos de la minería de potasa están disminuyendo. Entre 2007 y 2011, la extracción de potasa provocó una tasa de hundimiento de unos 100 centímetros por año. Eso disminuyó a 4 centímetros por año durante el tiempo que los investigadores realizaron el estudio. Los investigadores vincularon la disminución del hundimiento minero con un exceso de oferta de potasa en los mercados internacionales, lo que llevó a una reducción de las operaciones mineras en Nuevo México.

García Richard también expresó interés en aprender más sobre los posibles cambios que podrían haber ocurrido cuando las compañías de petróleo y gas pasaron de la perforación vertical a la perforación horizontal.

Muchas de las medidas que se podrían tomar para abordar el hundimiento, como exigir un hundimiento planificado, están fuera de la jurisdicción de la Oficina de Tierras del Estado. Esto podría lograrse mediante un proceso de elaboración de normas en la División de Conservación de Petróleo o mediante legislación a nivel estatal.

Pero, dijo García Richard, es importante tener en cuenta los impactos de la industria del petróleo y el gas en las tierras estatales.

“Existimos para ganar dinero para las escuelas públicas. Pero si las actividades que estamos realizando en estas tierras están poniendo en peligro a los nuevomexicanos, entonces nuestro trabajo no tiene sentido”, dijo.