Новый инструмент для обеспечения безопасности закачки CO₂ под землю
Улавливание и захоронение углекислого газа в подземных формациях, вероятно, станет ключевым элементом в достижении целей по сокращению выбросов, установленных на конференции МГЭИК в Париже. Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали инструмент моделирования для оценки воздействия процесса закачки на вмещающие породы.
В течение четырёх с половиной лет почва вокруг газовой электростанции In Salah в алжирской пустыне поднялась на шестнадцать миллиметров. Эта деформация была вызвана закачкой уловленных выбросов CO₂ в глубокий водоносный горизонт на глубине 1800 метров. Хотя поднятие в In Salah не привело к негативным последствиям, инъекция чрезмерного количества газа потенциально может привести к растрескиванию непроницаемых слоёв породы, удерживающих газ. Исследователи EPFL создали компьютерную модель, которая симулирует геологическое воздействие закачки CO₂ и оценивает, какой объём газа резервуар может безопасно принять. Результаты опубликованы в журнале International Journal of Greenhouse Gas Control.
Технология подземного захоронения CO₂ уже применяется на нескольких площадках по всему миру. Парижское соглашение, направленное на ограничение антропогенного изменения климата, вероятно, ускорит её внедрение. Сложная и изменчивая геология потенциальных мест захоронения требует разработки инструментов для определения условий, обеспечивающих их герметичность.
«Фаза закачки является наиболее критичной, — говорит Ли Чао, исследователь EPFL и соавтор исследования. — Когда CO₂ закачивается в глубокий водоносный горизонт, иногда на глубину в тысячи метров, он холоднее окружающей породы и сжат до состояния, при котором занимает в 500 раз меньший объём, чем в атмосфере. Из-за температуры, давления и занимаемого объёма он взаимодействует с окружающей породой». Это может деформировать породу, вызвать геологическую нестабильность и, в худшем случае, расколоть покрывающий пласт, что позволит газу выйти на поверхность.
Чао отмечает, что его модель позволяет определить безопасное давление закачки для конкретных геологических условий. Для тестирования учёные попытались воспроизвести наблюдавшийся в In Salah подъём грунта, вызванный 4,5 годами закачки. Холодный газ сжимает породу вокруг места инъекции, а его высокое давление увеличивает размер пор. Связав в одной модели термические, гидравлические и геомеханические процессы, исследователи смогли определить, как эти конкурирующие силы формируют резервуар и окружающие пласты.
«Результаты нашего моделирования очень близко совпали со спутниковыми наблюдениями», — говорит Чао. В будущем он планирует развивать модель, применимую к различным типам мест захоронения CO₂ — от истощённых нефтяных и газовых месторождений до солёных водоносных горизонтов — для моделирования образования трещин в породе.