Проблемы утечки углекислого газа из геологических хранилищ

Рассмотрены основные проблемы утечки углекислого газа из геологических хранилищ и возможные пути решений по их устранению. Одной из основных задач технологии улавливания и хранения углерода, помимо поиска подходящих геологических резервуаров и закачки в них углекислого газа, является обеспечение устойчивости хранилищ и препятствование нарушению их герметичности. Риски, связанные с разрушением вмещающих углекислый газ горных пород, являются причинами потерь герметичности потенциальных геологических хранилищ. Постоянный мониторинг состояния буровых скважин после процесса закачки газа и закрытия цементными смесями минимизирует риски утечки СО2. Для удерживания углекислого газа породами-хранилищами предлагается увеличение проницаемости горных пород на основе закачивания СО2 под давлением, что требует глубокого изучения выбора пластов для хранения и вопросов их деформирования и разрушения в сверхкритическом состоянии. В качестве потенциальных геологических хранилищ рассматривают уже не только глубинные соляные отложения, истощенные нефтяные и газовые коллекторы, нефтеи газоносные сланцы, но и не разрабатываемые угольные пласты. Способность сланцев и углей сорбировать и удерживать в порах углекислый газ может стать оптимальным решением по устранению утечек СО2 из геологических хранилищ.

Коссович Е. Л., Андреева Ю. Е., Гаврилова Д. И., Эпштейн С. А., Добрякова Н. Н. Проблемы утечки углекислого газа из геологических хранилищ // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 12. – С. 46–54. DOI: 10. 25018/0236_1493_2022_12_0_46.

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (тема № 121112200078-7).

Коссович Елена Леонидовна¹ — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, e-mail: e.kossovich@misis.ru,
Андреева Юлия Евгеньевна¹ — студент, лаборант-исследователь,
Гаврилова Дарья Ивановна¹ — канд. техн. наук, младший научный сотрудник, e-mail: gavrilova4049@mail.ru,
Эпштейн Светлана Абрамовна¹ — д-р техн. наук, старший научный сотрудник, зав. лабораторией, e-mail: apshtein@yandex.ru,
Добрякова Надежда Николаевна¹ — канд. техн. наук, научный сотрудник,
¹ Научно-учебная испытательная лаборатория «Физико-химии углей», НИТУ «МИСиС».

Эпштейн С.А., e-mail: apshtein@yandex.ru.

1. Dooley J. J. Estimating the supply and demand for deep geologic CO2 storage capacity over the course of the 21st century. A meta-analysis of the literature // Energy Procedia. 2013, vol. 37, pp. 5141—5150. DOI: 10.1016/j.egypro.2013.06.429.

2. Tadjer A., Hong A., Bratvold R. B. A sequential decision and data analytics framework for maximizing value and reliability of CO2 storage monitoring // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021, vol. 96, article 104298. DOI: 10.1016/j.jngse.2021.104298.

3. Arts R., Eiken O., Chadwick A., Zweigel P., van der Meer L., Zinszner B. Monitoring of CO2 injected at Sleipner using time-lapse seismic data // Energy. 2004, vol. 29, no. 9-10, pp. 1383—1392. DOI: 10.1016/j.energy.2004.03.072.

4. Furre A. K., Eiken O., Alnes H., Vevatne J. N., Kiær A. F. 20 years of monitoring CO2injection at Sleipner // Energy Procedia. 2017, vol. 114, pp. 3916—3926. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.03.1523.

5. Grimstad A. A., Georgescu S., Lindeberg E., Vuillaume J. F. Modelling and Simulation of mechanisms for leakage of CO2 from geological storage // Energy Procedia. 2009, vol. 1, no. 1, pp. 2511—2518. DOI: 10.1016/j.egypro.2009.02.014.

6. Loschetter A., De Lary De Latour L., Grandia F., Powaga E., Collignan B., Marcoux M., Davarzani H., Bouc O., Le Guenan T. Assessment of CO2 health risk in indoor air following a leakage from a geological storage: Results from the first representative scale experiment // Energy Procedia. 2017, vol. 114, pp. 4287—4302. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.03.1573.

7. Stenhouse M., Arthur R., Zhou W. Assessing environmental impacts from geological CO2 storage // Energy Procedia. 2009, vol. 1, no. 1, pp. 1895—1902. DOI: 10.1016/j.egypro.2009.01.247.

8. Gholami R., Raza A., Iglauer S. Leakage risk assessment of a CO2 storage site. Areview // Earth-Science Reviews. 2021, vol. 223, article 103849. DOI: 10.1016/j.earscirev.2021. 103849.

9. Carroll S., Carey J. W., Dzombak D., Huerta N. J., Li L., Richard T., Um W., Walsh S. D. C., Zhang L. Review: Role of chemistry, mechanics, and transport on well integrity in CO2 storage environments // International Journal of Greenhouse Gas Control. 2016, vol. 49, pp. 149—160. DOI: 10.1016/j.ijggc.2016.01.010.

10. Smith S., Sorensen J., Steadman E., Harju J., Ryan D. Zama Acid Gas EOR, CO2 Sequestration, and Monitoring Project // Energy Procedia. 2011, vol. 4, pp. 3957—3964. DOI: 10.1016/j.egypro.2011.02.335.

11. Rosenbauer R. J., Thomas B. Carbon dioxide (CO2) sequestration in deep saline aquifers and formations / Developments and Innovation in Carbon Dioxide Capture and Storage Technology, vol. 2. 2010, pp. 57—103. DOI: 10.1533/9781845699581.1.57.

12. Ferronato M., Gambolati G., Janna C., Teatini P. Geomechanical issues of anthropogenic CO2 sequestration in exploited gas fields // Energy Conversion and Management. 2010, vol. 51, no. 10, pp. 1918—1928. DOI: 10.1016/j.enconman.2010.02.024.

13. Бунин А. В., Широчин Д. Л., Эпштейн С. А. Особенности деформаций ископаемых углей при набухании в среде углекислого газа // Химия твердого топлива. — 2014. — № 5. — С. 9—12.

14. Эпштейн С. А., Коссович Е. Л., Прошина В. А., Добрякова Н. Н. Особенности сорбционного разупрочнения углей из потенциально выбросоопасных и неопасных пачек // Горный журнал. — 2018. — № 12. — С. 18—22. DOI: 10.17580/gzh.2018.12.04.

15. Дымочкина М. Г., Самодуров М. С., Павлов В. А., Пенигин А. В., Ушмаев О. С. Геологический потенциал улавливания и хранения диоксида углерода в Российской Федерации // Нефтяное хозяйство. — 2021. — № 12. — С. 20—23. DOI: 10.24887/0028-24482021-12-20-23.

16. Переверзева С. А., Коносавский П. К., Тудвачев А. В., Хархордин И. Л. Захоронение промышленных выбросов углекислого газа в геологические структуры // Вестник СанктПетербургского университета. Сер. 7. Геология. География. — 2014. — № 1. — С. 5—21.

17. Коссович Е. Л., Эпштейн С. А., Бородич Ф. М., Добрякова Н. Н., Просина В. А. Взаимосвязи между неоднородностью распределения механических свойств углей на микрои наноуровнях и их способностью к внезапным выбросам и разрушению // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 5. — С. 156—172. DOI: 10.25018/02361493-2019-05-0-156-172.

18. Zhang Y., Lebedev M., Al-Yaseri A., Yu H., Xu X., Sarmadivaleh M., Barifcani A., Iglauer S. Nanoscale rock mechanical property changes in heterogeneous coal after water adsorption // Fuel. 2018, vol. 218, pp. 23—32. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.01.006.

19. Сидорова К. Н., Череповицын А. Е. Оценка возможностей захоронения углекислого газа в геологических резервуарах // Нефтегазовая технология. Теория и практика. — 2013. — Т. 8. — № 4. — С. 11. DOI: 10.17353/2070-5379/47_2013.

20. Zhang C. P., Liu S., Ma Z. Y., Ranjith P. G. Combined micro-proppant and supercritical carbon dioxide (SC-CO2) fracturing in shale gas reservoirs. A review // Fuel. 2021, vol. 305, article 121431. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.121431.