Offen

Aug 18, 2023

Der LLNL-Computergeowissenschaftler Chris Sherman (links) und die Seismologin Kayla Kroll demonstrieren das Operational FoRecasting for Induced Seismicity (ORION)-Toolkit, das vom Department of Energy Office of Fossil Energy and Carbon Management im Rahmen der National Risk Assessment Partnership und der Science-Informed Machine finanziert wurde Lernen zur Beschleunigung von Echtzeitentscheidungen in der Initiative für Anwendungen unter der Oberfläche. ORION ist eine physikbasierte Softwareplattform für seismische Vorhersagen, die Betreibern und Regulierungsbehörden hilft, seismische Gefahren an Kohlenstoffspeicherstandorten besser zu verstehen und zu bewältigen.

(Foto von Blaise Douros)

Das Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hat sich mit einem anderen nationalen Labor und einem Unternehmen zur Überwachung seismischer Instrumente zusammengetan, um eine physikbasierte Softwareplattform für seismische Vorhersagen zu entwickeln, die Betreibern und Regulierungsbehörden dabei helfen soll, seismische Gefahren an Kohlenstoffspeicherstandorten besser zu verstehen und zu bewältigen.

LLNL-Wissenschaftler haben mit Forschern des Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) und des in Ottawa, Kanada, ansässigen Unternehmens Nanometrics, Inc. zusammengearbeitet, um das Operation FoRecastingof Induced Seismicity (ORION)-Toolkit zu entwickeln, eine Open-Source-Softwareplattform. Bei der Kohlenstoffspeicherung im kommerziellen Maßstab besteht ein erhebliches Risiko der Entstehung von Seismizität, wenn Flüssigkeiten im Untergrund der Erde entsorgt werden. Induzierte Erdbeben oder seismische Ereignisse, die durch anthropogene Aktivitäten verursacht werden, können Eigentum beschädigen und die Integrität flacherer Versiegelungseinheiten gefährden, wodurch Kohlendioxid oder CO2 entweichen kann. Während es bei den meisten Betrieben zu leichten Erschütterungen kommt, ist es möglich, dass Erdbeben größerer Stärke auftreten. Solche Ereignisse können zu einer Unterbrechung der CO2-Injektion an einem einzelnen Speicherstandort führen oder das Vertrauen in die gesamte Branche untergraben. Um diese Risiken zu bewältigen, müssen einzelne Betreiber sowohl die aktuellen als auch die zukünftigen seismischen Gefahren an einem Speicherort verstehen und die Regulierungsbehörden müssen in der Lage sein, die seismische Gefahr auf der Ebene des Einzugsgebiets einzuschätzen. „Die CO2-Speicherung ist ein wesentlicher Bestandteil eines wirksamen Klimaschutzes und die induzierte Seismizität muss bewältigt werden, um einen groß angelegten Einsatz zu ermöglichen“, sagte Joe Morris, stellvertretender Leiter des LLNL Subsurface Energy Program. „ORION gibt den Bedienern die Leistungsfähigkeit statistischer und maschineller Lerntechniken in die Hand und ermöglicht es ihnen, diese unterirdischen Systeme sicherer und effizienter zu verwalten. Die komplexe Kombination von Technologien und Fachwissen in ORION wäre ohne die Führung eines nationalen Labors nicht möglich gewesen.“ Dan Flowers, Leiter des LLNL-Energieprogramms, stimmte Morris‘ Einschätzung zu, wie wichtig es ist, dass die nationalen Labore an diesem Problem arbeiten. „ORION nutzt die jahrzehntelange Erfahrung nationaler Labore bei hochpräzisen Messungen und physikbasierten Simulationen seismologischer Prozesse im Untergrund. Ich freue mich sehr, dass die Open-Source-Veröffentlichung von ORION der Industrie und den Entscheidungsträgern ein leistungsstarkes Tool an die Hand geben wird, um den Einsatz der CO2-Speicherung in großem Maßstab zu beschleunigen“, sagte Flowers. ORION umfasst unabhängige, auf Physik, Statistik und maschinellem Lernen basierende Vorhersagen, die durch analytische, beobachtende und physikbasierte Schätzungen der Druck- und Spannungsentwicklung im Zusammenhang mit der Injektion unterstützt werden. ORION bietet außerdem eine Analyse der seismischen Gefahr vor, während und nach der Injektion und kann die Wirksamkeit potenzieller Minderungsstrategien beurteilen, wie z. B. die Reduzierung des in ein Bohrloch injizierten Flüssigkeitsvolumens oder die Modulation der Injektionsraten in mehreren Bohrlöchern, um Risiken bei induzierten Erdbeben zu bewältigen Toleranzschwellen überschritten. Das ORION-Toolkit bietet eine benutzerfreundliche Schnittstelle zur Prognoseerstellung und Visualisierung seismischer Gefahren. Grundlegende Funktionalitäten liefern dem Benutzer Schätzungen der seismischen Gefahr an einem Standort auf der Grundlage öffentlich verfügbarer Datenquellen des United States Geological Survey und staatlicher Regulierungsbehörden. Erweiterte Funktionen ermöglichen es Benutzern, lokale, hochpräzise Erdbebenkataloge, projizierte Injektionsprofile und/oder raumzeitliche Schätzungen von Druck und Spannung sowie verschiedenen Parametern der Gesteins- und Flüssigkeitseigenschaften hochzuladen. ORION erstellt dann eine räumliche, zeitliche Ensemblevorhersage der Seismizität oder der Wahrscheinlichkeit, während des Vorhersagezeitraums ein Erdbeben auszulösen. ORION generiert außerdem eine Verteilung einer statistisch abgeleiteten maximal möglichen erwarteten Erdbebenstärke. ORION schlägt außerdem Betriebsmanagementstrategien vor, wie z. B. die Reduzierung der Injektionsmengen an bestimmten Bohrlöchern basierend auf der Gefährdungsstufe. Die Entwicklung von ORION nutzt multidisziplinäres technisches Fachwissen am LLNL und LBNL, einschließlich Erdbebenphysik und -keimbildung, statistischer Seismologie, Reservoir-Geomechanik, maschinellem Lernen und Softwareentwicklung. ORION wurde gemeinsam durch zwei vom US DOE Office of Fossil Energy and Carbon Management gesponserte, überparteiliche Infrastrukturgesetze finanzierte angewandte Forschungsprojekte finanziert: die National Risk Assessment Partnership und die Science-informed Machine Learning to Accelerate Real-Time Decisions in Subsurface Applications Initiative. ORION wurde von der LLNL-Seismologin Kayla Kroll und Christopher Sherman vom LLNL entwickelt, der sich auf rechnerische Geomechanik spezialisiert hat; und ehemaliger LBNL-Geophysiker Keurfon Luu.

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