Трещины в заброшенных скважинах могут помешать усилиям по улавливанию углерода

Инженеры исследуют возможность захоронения углекислого газа в глубоких подземных соленых водоносных горизонтах как способ снижения выбросов парниковых газов. Новое исследование Университета штата Пенсильвания (Penn State) показывает, что трещины в заброшенных нефтяных и газовых скважинах, в зависимости от их размера и других факторов, могут препятствовать таким усилиям.

Подземные соленые водоносные горизонты считаются одним из наиболее перспективных мест для секвестрации CO₂, поскольку они широко распространены и практически не используются обществом. Однако, если закачанный газ начнет выходить, это не только сведет на нет все усилия, но и может привести к закислению грунтовых вод и другим экологическим проблемам. Для секвестрации CO₂ захватывается на электростанциях, сжимается до жидкоподобного состояния и закачивается в пласт на глубину обычно более 1000 метров.

CO₂ хорошо растворяется в соленой воде, и со временем часть его может минерализоваться, что предотвратит утечку. Однако растворенный CO₂ образует угольную кислоту, которая способна растворять цемент, использовавшийся для обсадки и тампонажа скважин. Трещины в цементе заброшенных скважин (только в Пенсильвании их, по оценкам, около 200 000) могут стать путем для утечки газа. Предыдущие исследования давали противоречивые данные о том, приводит ли закачка CO₂ к «самозалечиванию» или, наоборот, к расширению таких трещин.

Команда Penn State воссоздала подземные условия в лаборатории и с помощью рентгеновской микротомографии получила изображения взаимодействия богатой CO₂ соленой воды со стенками из цемента. Созданная компьютерная модель для анализа сотен вариантов эксперимента показала, что ключевыми факторами являются размер трещины и время контакта раствора с цементом. Длительный контакт медленно движущейся воды в длинных трещинах позволяет минералам осаждаться и заполнять пустоты, приводя к самозалечиванию. Быстрое движение воды в коротких трещинах постоянно обновляет запас угольной кислоты, что ведет к растворению цемента и расширению трещин.

«Наблюдая и моделируя процессы в лаборатории при давлениях и температурах, аналогичных глубинным, мы получаем более четкую картину того, что на самом деле происходит под землей», — отметил Ли Ли, доцент кафедры нефтегазового инженерии. Эти результаты важны для оценки жизнеспособности технологии секвестрации CO₂ в соленых водоносных горизонтах.