Un pozo de inyección es un dispositivo que coloca fluido a gran profundidad en formaciones rocosas porosas , como arenisca o caliza, o en la capa superficial del suelo o debajo de ella . El fluido puede ser agua , aguas residuales , salmuera (agua salada) o agua mezclada con desechos químicos industriales. [1]
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) define un pozo de inyección como "un pozo perforado, perforado o excavado, o un hoyo excavado que es más profundo que ancho, o un sumidero mejorado, o un sistema de distribución de fluidos subterráneos". La construcción del pozo depende del fluido de inyección inyectado y de la profundidad de la zona de inyección. Los pozos profundos que están diseñados para inyectar desechos peligrosos o dióxido de carbono a gran profundidad de la superficie de la Tierra tienen múltiples capas de revestimiento protector y cemento, mientras que los pozos poco profundos que inyectan fluidos no peligrosos en fuentes de agua potable o por encima de ellas son de construcción más sencilla. [1]
Los pozos de inyección se utilizan para muchos propósitos.
Las aguas residuales tratadas pueden inyectarse en el suelo entre capas impermeables de rocas para evitar contaminar las aguas superficiales. Los pozos de inyección suelen construirse con tuberías de paredes sólidas hasta una elevación profunda para evitar que el material inyectado se mezcle con el entorno circundante. [1] Los pozos de inyección utilizan la tierra como filtro para tratar las aguas residuales antes de que lleguen al acuífero. Este método de eliminación de aguas residuales también sirve para distribuir el material inyectado sobre una zona amplia, lo que reduce aún más el impacto ambiental. [ cita requerida ]
En Estados Unidos, existen alrededor de 800 pozos de eliminación de desechos por inyección profunda utilizados por industrias como fabricantes de productos químicos, refinerías de petróleo, productores de alimentos y plantas de aguas residuales municipales. [2] La mayor parte del agua producida generada por pozos de extracción de petróleo y gas en Estados Unidos también se elimina en pozos de inyección profunda. [3]
Los críticos de los pozos de inyección de aguas residuales se quejan de la posible contaminación de las aguas subterráneas. Se sostiene que no se entienden del todo los efectos de algunos desechos inyectados en las aguas subterráneas y que la ciencia y las agencias reguladoras no han seguido el ritmo de la rápida expansión de las prácticas de eliminación en los Estados Unidos, donde en 2012 había más de 680.000 pozos. [4]
Las alternativas a los pozos de inyección incluyen la descarga directa de aguas residuales tratadas a las aguas receptoras, el acondicionamiento del agua producida por la perforación petrolera y la fracturación hidráulica para su reutilización, la utilización del agua tratada para riego o abrevadero de ganado, o el procesamiento del agua en plantas de tratamiento de aguas residuales industriales . [5] La descarga directa no dispersa el agua en una zona amplia; el impacto ambiental se concentra en un segmento particular de un río y sus tramos inferiores o en un cuerpo de agua costero. La irrigación extensiva no es habitual en zonas donde el agua producida tiende a ser salada, [5] y esta práctica suele ser prohibitivamente cara y requiere un mantenimiento constante y un gran consumo de electricidad. [6]
Desde principios de la década de 1990, el condado de Maui , Hawái, ha estado involucrado en una lucha por los 3 a 5 millones de galones por día de aguas residuales que inyecta debajo de la Instalación de Recuperación de Aguas Residuales de Lahaina , bajo la afirmación de que el agua estaba emergiendo en filtraciones que estaban causando floraciones de algas y otros daños ambientales. Después de unos veinte años, fue demandado por grupos ambientalistas después de que múltiples estudios demostraran que más de la mitad del inyectado estaba apareciendo en aguas costeras cercanas. El juez en la demanda rechazó los argumentos del condado, lo que potencialmente lo sometió a millones de dólares en multas federales. Un decreto de consentimiento de 2001 requirió que el condado obtuviera una certificación de calidad del agua del Departamento de Salud de Hawái , lo que no hizo hasta 2010, después de que se presentó la demanda. [7] El caso procedió a través del Tribunal de Apelaciones de los Estados Unidos para el Noveno Circuito y posteriormente a la Corte Suprema de los Estados Unidos . En 2020, el Tribunal dictaminó en el caso County of Maui v. Hawaii Wildlife Fund que los pozos de inyección pueden ser el "equivalente funcional de una descarga directa" según la Ley de Agua Limpia, y ordenó a la EPA que trabajara con los tribunales para establecer regulaciones sobre cuándo estos tipos de pozos deberían requerir permisos. [8]
Otro uso de los pozos de inyección es en la producción de gas natural y petróleo . Se puede inyectar vapor, dióxido de carbono , agua y otras sustancias en una unidad productora de petróleo para mantener la presión del yacimiento , calentar el petróleo o reducir su viscosidad, lo que permite que fluya hacia un pozo productor cercano. [9]
Otro uso de los pozos de inyección es en la remediación ambiental , para limpiar la contaminación del suelo o del agua subterránea . Los pozos de inyección pueden introducir agua limpia en un acuífero , cambiando así la dirección y la velocidad del flujo de agua subterránea, tal vez hacia pozos de extracción en la dirección de la corriente, que podrían entonces eliminar de manera más rápida y eficiente el agua subterránea contaminada. Los pozos de inyección también se pueden utilizar en la limpieza de la contaminación del suelo, por ejemplo mediante el uso de un sistema de ozonización. Los hidrocarburos complejos y otros contaminantes atrapados en el suelo y de otra manera inaccesibles se pueden descomponer con ozono , un gas altamente reactivo, a menudo con una mayor rentabilidad que la que se podría obtener excavando el área afectada. Estos sistemas son particularmente útiles en entornos urbanos edificados donde la excavación puede ser poco práctica debido a los edificios superpuestos. [10]
Recientemente, la opción de rellenar los acuíferos naturales mediante inyección o percolación ha adquirido mayor importancia, en particular en la región más seca del mundo, la región MENA (Medio Oriente y África del Norte). [11]
La escorrentía superficial también se puede recargar en pozos secos , o simplemente pozos estériles que se han modificado para que funcionen como cisternas. [12] Estos sistemas híbridos de gestión de aguas pluviales , llamados pozos de recarga, tienen la ventaja de la recarga del acuífero y el suministro instantáneo de agua potable al mismo tiempo. Pueden utilizar la infraestructura existente y requieren muy poco esfuerzo para la modificación y el funcionamiento. La activación puede ser tan simple como insertar una cubierta de polímero (lámina) en el pozo del pozo. Las tuberías verticales para la conducción del desbordamiento hasta el fondo pueden mejorar el rendimiento. El área alrededor del pozo actúa como embudo. Si esta área se mantiene bien, el agua requerirá poca purificación antes de entrar en la cisterna. [13]
Los pozos de inyección se utilizan para aprovechar la energía geotérmica en formaciones rocosas calientes y porosas debajo de la superficie mediante la inyección de fluidos en el suelo, que se calientan en el suelo y luego se extraen de pozos adyacentes en forma de fluido, vapor o una combinación de ambos. El vapor y el fluido calentados se pueden utilizar para generar electricidad o directamente para calefacción geotérmica . [14] [15] [16]
En los Estados Unidos, la actividad de los pozos de inyección está regulada por la EPA y los gobiernos estatales en virtud de la Ley de Agua Potable Segura (SDWA, por sus siglas en inglés). [1] La sección “Responsabilidad de cumplimiento primaria del estado” de la SDWA establece que los estados deben presentar su programa UIC propuesto a la EPA para solicitar que el estado asuma la responsabilidad de cumplimiento primaria. [17] Se ha otorgado a treinta y cuatro estados la autoridad de cumplimiento de primacía de UIC para pozos de Clase I, II, III, IV y V. [18] Para los estados que no tienen un programa UIC aprobado, el administrador de la EPA prescribe un programa para aplicar. [19] La EPA ha emitido regulaciones de Control de Inyección Subterránea (UIC, por sus siglas en inglés) para proteger las fuentes de agua potable. [20] [21]
Las regulaciones de la EPA definen seis clases de pozos de inyección. Los pozos de clase I se utilizan para la inyección de desechos municipales e industriales debajo de fuentes subterráneas de agua potable. Los pozos de clase II se utilizan para la inyección de fluidos asociados con la producción de petróleo y gas, incluidos los desechos de la fracturación hidráulica. Los pozos de clase III se utilizan para la inyección de fluidos utilizados en la minería de solución mineral debajo de fuentes subterráneas de agua potable. Los pozos de clase IV, como los de clase I, se utilizaron para la inyección de desechos peligrosos, pero inyectan desechos en o por encima de fuentes subterráneas de agua potable en lugar de debajo. La EPA prohibió el uso de pozos de clase IV en 1984. [22] Los pozos de clase V son aquellos utilizados para todas las inyecciones no peligrosas que no están cubiertas por las clases I a IV. Los ejemplos de pozos de clase V incluyen pozos de drenaje de aguas pluviales y campos de lixiviación de sistemas sépticos . Finalmente, los pozos de clase VI se utilizan para la inyección de dióxido de carbono para secuestro o almacenamiento a largo plazo. [1] Desde la introducción de la Clase VI en 2010, hasta 2022 solo se han construido dos pozos de Clase VI, ambos en la misma instalación de Illinois; otros cuatro proyectos aprobados no se construyeron. [23]
Un estudio de julio de 2013 realizado por el científico William Ellsworth del Servicio Geológico de Estados Unidos vincula los terremotos con los sitios de inyección de aguas residuales. En los cuatro años de 2010 a 2013, el número de terremotos de magnitud 3,0 o superior en el centro y este de Estados Unidos aumentó drásticamente. Después de décadas de un ritmo constante de terremotos (un promedio de 21 eventos por año), la actividad aumentó a partir de 2001 y alcanzó un pico de 188 terremotos en 2011, incluido un terremoto récord de magnitud 5,7 cerca de Praga, Oklahoma , que fue el terremoto más fuerte jamás registrado en Oklahoma. Los científicos del Servicio Geológico de Estados Unidos han descubierto que en algunos lugares el aumento de la sismicidad coincide con la inyección de aguas residuales en pozos de eliminación profundos. Se cree que los terremotos inducidos por inyección son causados por cambios de presión debido al exceso de fluido inyectado a gran profundidad debajo de la superficie y se los denomina terremotos "provocados por el hombre". [24] El 3 de septiembre de 2016, un terremoto de magnitud 5,8 ocurrió cerca de Pawnee, Oklahoma , seguido de nueve réplicas entre magnitudes 2,6 y 3,6 en tres horas y media. El terremoto rompió el récord anterior establecido cinco años antes. Los temblores se sintieron tan lejos como Memphis, Tennessee , y Gilbert, Arizona . Mary Fallin , la gobernadora de Oklahoma, declaró una emergencia local y la Comisión de Corporaciones de Oklahoma ordenó el cierre de los pozos de eliminación locales. [25] [26] Los resultados de la investigación de varios años en curso sobre terremotos inducidos por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) publicados en 2015 sugirieron que la mayoría de los terremotos significativos en Oklahoma, como el terremoto de El Reno de magnitud 5,5 de 1952, pueden haber sido inducidos por la inyección profunda de aguas residuales por parte de la industria petrolera. [27]
Varias líneas de evidencia sugieren además que la mayoría de los terremotos importantes en Oklahoma durante el siglo XX también pueden haber sido inducidos por actividades de producción de petróleo. La inyección profunda de aguas residuales, que ahora se reconoce que potencialmente induce terremotos, de hecho comenzó en el estado en la década de 1930.