A la caza de la salmuera industrial, un exceso de sumideros

Apr 02, 2023

Arriba: En 2008, aparecieron dos grandes sumideros en pozos de salmuera separados en Nuevo México. Visual: Cortesía de Lewis Land, Instituto Nacional de Investigación de Cuevas y Karst

En una mañana de julio de 2008, el suelo debajo del sureste de Nuevo México comenzó a moverse y agrietarse, lanzando una enorme columna de polvo al aire. En cuestión de minutos, emergió un enorme sumidero, que eventualmente creció a aproximadamente 120 pies de profundidad y 400 pies de diámetro.

"En ese momento, era una situación desafortunada, pero la mayoría de la gente la consideró excepcional", dice Jim Griswold, gerente de proyectos especiales del Departamento de Energía, Minerales y Recursos Naturales de Nuevo México. Pero unos meses más tarde, en noviembre, el polvo una vez más se elevó hacia el cielo cuando se abrió otro sumidero de tamaño similar, agrietando una carretera cercana.

Ambos pozos, y más tarde un tercero en Texas, surgieron en el sitio de pozos de salmuera, pozos industriales a través de los cuales se bombea agua dulce a una capa subterránea de sal. El agua dulce se mezcla con la sal, creando salmuera, que se saca a la superficie para fines industriales; en este caso, la extracción de petróleo. Después de que emergió el segundo sumidero, el jefe de departamento de Griswold le asignó una nueva tarea: caracterizar la estabilidad de los otros 30 pozos de salmuera del estado e informar sobre dónde podría surgir la próxima crisis.

Lo que encontró ha sido una fuente de preocupación casi constante durante la última década. Si bien los dos primeros sumideros se abrieron en áreas remotas, el siguiente, descubrió Griswold, podría golpear el borde sur de Carlsbad: una ciudad de 30,000 habitantes.

En este lugar, el papel del pozo en disolver la sal y sacarla a la superficie había creado una cavidad más ancha que alta, una situación que desestabiliza el suelo de arriba. Y este pozo en particular estaba situado cerca de dos carreteras, una vía férrea, un canal de riego, un parque de casas móviles, una iglesia, una tienda de alimentos y varias gasolineras. Si se abriera un sumidero de tamaño similar, podría poner en peligro vidas, detener el tráfico de carreteras y ferrocarriles y contaminar las aguas subterráneas con gasolina de tuberías rotas y tanques de almacenamiento o agua salada del pozo.

Los funcionarios estatales han estado luchando para evitar ese destino, pero ha llevado una década investigar el problema y encontrar fondos para solucionarlo. (El propietario del pozo, I&W Inc., se declaró en bancarrota en 2010, y los funcionarios no persiguen sus responsabilidades potenciales). El año pasado, las piezas finalmente se juntaron y comenzó un esfuerzo de remediación sin precedentes. Pero el trabajo reveló secretos subterráneos: el tamaño y la forma de la cavidad no son los que sugerían estudios anteriores, y esto significa que será más costoso repararla. Nadie sabe cuánto tiempo pasará antes de que el suelo ceda.

La encuesta estatal de pozos de salmuera de Nuevo México dio a los científicos una rara oportunidad de identificar un área en peligro de colapso inminente. La mayoría de las otras partes del país no se han estudiado tan de cerca, aunque allí también existe el riesgo. Aproximadamente el 35 por ciento de los Estados Unidos está cubierto por karst, un paisaje caracterizado por una red de sumideros y cavernas creadas cuando el agua subterránea, o los productos químicos que transporta, disuelve las capas geológicas del subsuelo. Los estados y el gobierno federal no rastrean los daños, lo que dificulta determinar la frecuencia y el costo de los hundimientos. Aún así, el Instituto Nacional de Investigación de Cuevas y Karst, una organización sin fines de lucro apoyada por el gobierno con sede en Carlsbad, estimó conservadoramente el daño debido a los sumideros en más de $ 300 millones cada año.

Carlsbad ofrece un ejemplo extremo y completamente causado por humanos del peligro potencial de los sumideros y lo difícil y costoso que es prevenir o mitigar.

Cualquier número de actividades humanas puede alterar el karst subterráneo, explica Jim Goodbar, quien trabajó para la Oficina de Administración de Tierras (BLM, por sus siglas en inglés) de EE. UU. como experto en karst durante 38 años. Las canaletas de lluvia y las zanjas de escorrentía de las carreteras pueden conducir el agua a un lugar repetidamente, eventualmente desgastando la superficie de la Tierra y dejando cavidades debajo. Y bombear grandes cantidades de agua subterránea puede alterar el nivel freático, lo que a su vez desestabiliza el karst.

Florida se considera el estado de EE. UU. más afectado, pero otros estados propensos a sumideros incluyen Texas, Alabama, Missouri, Kentucky, Tennessee y Pensilvania. En 2019, los científicos utilizaron estudios aéreos para encontrar un grupo de 19 sumideros gigantes, la mayoría de ellos de más de 35 millones de pies cúbicos, en el sur de China, probablemente causados ​​por ríos subterráneos en el sistema kárstico en el que se formaron.

Los grandes eventos atraen los titulares, pero los eventos de hundimiento menores, donde el suelo se hunde lentamente en un vacío, son un problema más común, constante y pasado por alto. Cuando Goodbar estaba con BLM, recuerda haber recibido una o dos llamadas al año sobre sumideros en las carreteras o cerca de tuberías donde se canalizaba el agua hasta que el suelo cedía.

"Es un desastre silencioso que simplemente no vemos golpeándonos a todos al mismo tiempo en un solo lugar", dice George Veni, director ejecutivo del Instituto Nacional de Investigación de Cuevas y Karst y miembro del grupo dirigido por el estado que supervisa el pozo de salmuera.

Carlsbad se encuentra en el borde de la Cuenca Pérmica, una formación geológica subterránea que se extiende desde el sureste de Nuevo México hasta el oeste de Texas y representó más del 35 por ciento de la producción nacional de petróleo de EE. UU. en 2019. El desierto circundante está bordeado por hileras de bombas y el torre blanca ocasional de una plataforma de perforación. Las calles de Carlsbad, como las de Lubbock, Midland y Odessa, Texas, están atestadas de empresas auxiliares que abastecen a esa industria con agua, arena, productos químicos y equipos.

Brine es uno de esos negocios. Perforar un pozo requiere fluido, generalmente compuesto de agua y aditivos químicos, para lubricar la broca. Pero en el Pérmico, una capa de sal, llamada formación Salado, descansa entre la superficie de la Tierra y las deseadas reservas de combustibles fósiles. En lugar de permanecer en línea con la broca, el agua se empapará en esa sal, a menos que el agua ya sea salina. Los pozos de salmuera en la región, por lo tanto, ayudan a satisfacer las necesidades de la industria local de petróleo y gas.

La gente ha extraído sal a través de pozos durante miles de años (una fuente señala que el primer pozo de salmuera registrado se hundió en China hace más de 2200 años) y todavía lo hace en miles de sitios en todo el mundo. En los EE. UU., la Agencia de Protección Ambiental enumera 165 sitios de "minería de soluciones" permitidos, con alrededor de 18,500 pozos en operación, la mayoría de los cuales extraen uranio.

"Cada vez que realiza una operación de pozo de salmuera como esa, está disolviendo la sal, está creando una cueva artificial en el subsuelo que podría volverse inestable", dice Lewis Land, un hidrogeólogo de National Cave and Karst Research. Instituto que realizó algunos de los primeros estudios geofísicos en el pozo de salmuera cerca de Carlsbad. "Dondequiera que encuentre sal en el subsuelo, casi inevitablemente encontrará pozos de salmuera".

Este es el caso más allá de la Cuenca Pérmica. En 2012, un domo de sal en Luisiana que se extraía para salmuera perforó el pantano de arriba, absorbió agua y cipreses y se extendió rápidamente para impactar 36 acres y obligar a 350 personas a evacuar sus hogares durante años.

Los operadores a menudo agregan una capa de aceite o combustible diesel que flota en el agua salada y amortigua el suelo, evitando que se disuelva, dice Land. De esa manera, dice, "es menos probable que se derrumbe. Esa metodología no se practica en Nuevo México".

En marzo de 2009, reguladores, expertos técnicos y representantes de la industria se reunieron en Santa Fe y coincidieron con la conclusión de Griswold: era probable que el pozo I&W colapsara. En junio de ese año, el estado instaló un sistema de alerta temprana. En la carretera, los conductores pasan un letrero amarillo y negro que advierte que el camino por delante está "sujeto a socavón". Los sensores en el sitio que monitorean el sitio son lo suficientemente sensibles como para registrar terremotos distantes, tráfico local en hora pico y, con la esperanza de que caigan rocas dentro de la cavidad. Eso debería dar horas de aviso para detener el tráfico en las carreteras y evacuar el área.

"Conozco personas que me han dicho que no conducirán por ese tramo de la carretera por temor a que de repente estén en el espacio, cayendo en un gran agujero en el suelo", dice Veni. "Creo que las probabilidades de eso son increíblemente escasas".

Si colapsara, los costos para volver a llenar el agujero y reparar las carreteras, la vía férrea y los negocios, además de los negocios perdidos, el tráfico de carga, los cultivos suministrados por el canal de riego, el turismo a los parques nacionales cercanos de las Cavernas de Carlsbad y las Montañas de Guadalupe, y los ingresos fiscales podrían sumar $ 1 mil millones. Antes de que comenzaran los trabajos de remediación, los datos geofísicos sugirieron que el suelo podría colapsar tan pronto como en 2021.

"Es un desastre silencioso que simplemente no vemos golpeándonos a todos al mismo tiempo en un solo lugar", dice Veni.

Durante los últimos 12 años, la investigación ha trabajado para ilustrar lo que es imposible de ver: el tamaño y la forma de la cavidad misma. Una fórmula correlaciona la cantidad de agua que se ha bombeado a través de un pozo de salmuera con el volumen de la cavidad subterránea, pero dice poco sobre si ese volumen se distribuirá en un espacio amplio y poco profundo que solo podría causar que el suelo se hunda si colapsara. , o en una cavidad más alta que tragaría la carretera y el canal de riego.

El estado ha realizado estudios de resistividad eléctrica, sísmica y de sonar en busca de respuestas. Es probable que haya una cámara llena de escombros, gran parte del color crema de la formación Salado, la huella seca de un antiguo mar interior. Algunas de las rocas pueden haberse apilado para crear pilares y una maraña de esquinas. Los estudios de teledetección estimaron que la cavidad principal tenía aproximadamente 350 pies de ancho y 700 pies de largo, y 150 pies de altura en su punto máximo.

Poco después de que Griswold reconociera su inestabilidad, el pozo se llenó de salmuera y se tapó con cemento y hierro fundido. Esa salmuera ha sostenido el techo de la caverna. Pero la superficie se hundió perceptiblemente cuando fluyó un pequeño porcentaje de la salmuera, y cambia cada verano a medida que el agua cae en el canal de riego adyacente. Incluso en los sistemas kársticos naturales, los cambios en las aguas subterráneas circundantes pueden alterar la presión que ayuda a estabilizar el sistema. El suelo puede fluctuar por un tiempo, pero por cuánto tiempo, nadie está seguro.

"El tiempo corre, pero no sabes en qué hora está", dice Veni.

Aún así, algunos lugareños se están tomando las cosas con calma. "Tal vez sería diferente si fuera una casa permanente", dice Charlie Kiser, quien se mudó de Oklahoma con su esposa para trabajar en los campos petrolíferos de Permian y vivió durante un tiempo en una quinta rueda estacionada a la vista del trabajo de remediación. "Pero si esto se cae", dice, señalando la casa rodante, "tengo seguro. Lo tomaré como una señal de Dios para retirarme".

Cuando I&W, que operó el pozo durante 30 años, fue presionada para pagar por repararlo, la empresa se declaró en bancarrota. Los activos liquidados produjeron $ 3 millones, una pequeña porción de una factura que ahora se estima en más de $ 54 millones y sigue creciendo. Pero la idea de arreglar un desastre potencial invisible e indeterminado surgió en medio de las presiones muy reales de la recesión económica de 2008, cuando los legisladores que luchaban por cerrar una brecha presupuestaria allanaron el fondo de recuperación del estado. Les tomó una década encontrar dinero para abordar la tarea.

Griswold, cuyo trabajo de tiempo completo ahora se enfoca en la remediación de pozos de salmuera, ya estaba buscando a alguien que se hiciera cargo del trabajo. Una conferencia mundial de "mineros de soluciones" que se especializan en extraer materiales disolviéndolos se reunió en Albuquerque en 2017, y presentó el problema e invitó soluciones. El grupo estatal que supervisaba el trabajo de remediación decidió lo que creía que era el plan más prometedor: perforarían la cavidad y bombearían la salmuera, mientras que al mismo tiempo llenaban la cavidad con lechada, una mezcla de cemento, arcilla y agua. . Los trabajadores tendrían que tener cuidado de no desestabilizar el sistema. De lo contrario, toda la estructura se derrumbaría.

"Me imagino que sería como tratar de atarse los cordones de los zapatos mientras corre", dice Land, del Instituto Nacional de Investigación de Cuevas y Karst. "Obviamente es algo que se puede hacer, y eso es lo que está haciendo la empresa de ingeniería que obtuvo la oferta, pero es una tarea delicada".

La actividad ha zumbado desde septiembre pasado. Inicialmente, el objetivo era haber terminado este verano pasado, pero abrir el pozo para trabajar en él ofreció la oportunidad de recopilar nuevos datos sobre sus dimensiones. La parte sur fue más estable de lo esperado y se llenó rápidamente. Eso aseguró el área cerca del parque de casas móviles y el canal de riego. Pero el extremo norte, parte del cual se encuentra debajo de la autopista 285, resultó ser más grande de lo esperado.

El costo de la mezcla de cemento adicional rompería el presupuesto del estado, dice Veni. “Entonces lo que empezaron a hacer fue inyectar arena”.

"El tiempo corre, pero no sabes en qué hora está", dice Veni.

Luego, la cavidad tragó la cantidad de arena que se esperaba que la llenara al 70 por ciento, pero permaneció llena solo al 20 por ciento. El sonar sugiere que dos tercios de la arena se convirtieron en escombros debido a un colapso interno anterior, en lugar de llenar el vacío. "Hará falta mucha arena para hacer esto", dice Veni, más de lo que puede cubrir el presupuesto actual del estado.

Eso es típico, dice Randall Orndorff, especialista en karst del Servicio Geológico de EE. UU., incluso en los muchos casos en que se abren sumideros más pequeños y el trabajo llena un agujero visible.

"Sin poder ver lo que hay bajo tierra, en muchos casos entrarán y dirán: 'Está bien, podemos enlechar esto', y excavarán toda la tierra alrededor de donde está el sumidero, hasta el lecho rocoso. , luego empiezan a tirar la lechada de concreto en el agujero", dice. "En algunos casos, estas son cuevas enormes, enormes, y finalmente se vuelven demasiado costosas y no pueden hacerlo".

El trabajo se detuvo justo antes del Día de los Caídos y se corrió un sonar para ver cuánta arena más se podría necesitar. El trabajo se reanudó y luego se suspendió nuevamente a fines de julio mientras el estado busca financiamiento.

Durante la inyección, el esfuerzo cuesta más de $3 millones al mes, dijo Griswold durante una reunión de septiembre de 2019 y, al igual que en 2009, el estado está lidiando con finanzas ajustadas. Los impuestos y regalías de la industria del petróleo y el gas proporcionan hasta el 40 por ciento de los ingresos del fondo general de Nuevo México, y los legisladores han tenido que recortar gastos después de que los precios del petróleo alcanzaran mínimos sin precedentes esta primavera.

Sarah Cottrell Propst, quien dirige el Departamento de Energía, Minerales y Recursos Naturales del estado, dijo durante una reunión virtual de la Autoridad de Remediación de Pozos de Salmuera de Carlsbad en julio que una opción es buscar financiamiento pendiente del Congreso para recuperar algunos de los 2.1 millones abandonados del país. pozos de petróleo y gas. Esta es, como ella lo expresó, "la madre de todos los proyectos de recuperación".

Si el suelo cede en algún momento entre ahora y cuando termine el trabajo, aún podría abrirse en un sumidero, aunque probablemente más pequeño de lo que habría sido hace un año, ahora que la parte sur está llena, dice Veni. Ese trabajo también puede haber retrasado la línea de tiempo del colapso a partir del próximo año.

Pero "no hay garantía", dice Griswold. "Tenemos que acabar con esto".