|
Где и сколько CO2
мы можем хранить под землей?
|
CO2 не может быть просто закачан в любое место под землей. Сначала нужно определить подходящие вмещающие горные породы. Потенциальные коллекторы для геологического хранения СО2 существуют по всему миру и их емкости вполне достаточны для внесения значительного вклада в дело смягчения техногенного изменения климата.
Существуют три основные возможности хранения CO2 (Рис. 1):
1. Истощенные нефтяные и газовые месторождения – хорошо известные благодаря разведки и разработке углеводородов, предлагают непосредственные возможности для хранения СO2;
2. Соленые водоносные горизонты – предлагают больший потенциал для хранения, но обычно не так хорошо изучены;
3. Не имеющие промышленного значения угольные пласты – вариант будущего, когда проблема закачки огромных объемов СО2 в низкопроницаемый* уголь будет решена.
|
Рисунок 1
CO2 закачивают в глубокие геологические слои пористых и проницаемых горных пород (см. песчаник в нижней вставке), которые перекрываются непроницаемыми породами (см. глинистую породу на верхней вставке), препятствующими выходу углекислого газа на поверхность. Основные возможности хранения предоставляют:
1. Истощенные нефтяные/газовые коллекторы с повышенным извлечением нефти/газа там, где это возможно;
2. Водоносные горизонты, содержащие соленую воду, непригодную для потребления человеком;
3. Глубокие, не имеющие промышленного значения угольные пласты, местами связанные с повышенным извлечение метана.
|
Коллекторы
После помещения под землю в подходящую горную породу-коллектор, СО2 скапливается в порах между зернами и в трещинах, таким образом вытесняя и замещая любые присутствующие там флюиды, такие как газ, вода или нефть. Поэтому подходящие для геологического хранения СО2 вмещающие горные породы должны обладать высокой пористостью* и проницаемостью*. Подобные формации горных пород, являющиеся результатом осадконакопления в геологическом прошлом, в основном расположены в так называемых «осадочных бассейнах». В местах своего залегания эти проницаемые формации чередуются с непроницаемыми породами, которые могут служить водо- и газоупорными слоями. Осадочные бассейны часто содержат коллекторы углеводородов и месторождения природного углекислого газа, что доказывает их способность удерживать флюиды в течение долгих периодов времени. Естественные ловушки нефти, газа и даже чистого СО2 удерживают в себе эти флюиды на протяжении миллионов лет.
На рисунках, иллюстрирующих возможные варианты хранения СО2, подземное строение часто изображается слишком упрощенным, однородным, по своей структуре напоминающим слоеный пирог. В реальности, однако, оно состоит из неравномерно распределенных и местами разорванных трещинами формаций горных пород, комплекса образованного коллекторами и породами-покрышками, неоднородных структур. Углубленные знания объекта исследований и геологический научный опыт необходимы для оценки пригодности подземных структур, которые предлагаются для долговременного хранения углекислого газа.
Потенциальный коллектор для хранения СО2 должен соответствовать многим критериям, основными из которых являются:
• значительная пористость, проницаемость горных пород и емкость хранилища;
• наличие перекрывающего непроницаемого слоя горной породы – так называемой «породы-покрышки» (например, глина, аргиллит, мергель, каменная соль), которая препятствует проникновению СО2 из недр;
• присутствие «улавливающих структур» - иными словами наличие функций, присущих куполообразной породе-покрышке, которая может контролировать степень миграции СО2 в формации хранения;
• залегание глубже, чем 800 метров, где давление и температуры достаточно высоки, чтобы хранить СО2 в уплотненном жидком состоянии и тем самым максимально увеличивать хранящееся количество;
• отсутствие питьевой воды: СО2 не будет закачиваться в воду, пригодную для потребления и использования человеком.
Где найти участки хранения в Европе
Осадочные бассейны широко распространены по всей Европе, например, на шельфе Северного моря или на суше вокруг горной цепи Альп (Рис. 2). Многие формации европейских осадочных бассейнов соответствуют критериям, необходимым для геологического хранения и в настоящее время картируются и характеризуются исследователями. Другие европейские области состоят из древней твердой коры, такой, из которой сложена большая часть Скандинавии и которая не содержит горных пород, подходящих для геологического хранения СО2.
Одним из примеров перспективного для хранения района является Южный Бассейн Пермского возраста, который простирается от Англии до Польши (представлен на Рисунке 2 самым большим эллипсом). На осадки воздействовали породообразующие процессы, которые оставили некоторое количество порового пространства заполненного соленой водой, нефтью или природным газом. Глинистые прослои, располагавшиеся между пористыми песчаниками, были уплотнены в низкопроницаемые слои, которые препятствуют продвижению флюидов. Большинство структур песчаника расположены на глубинах между 1 и 4 км, где давление достаточно велико для хранения СО2 в плотной фазе. Содержание солей в подземных водах возрастает в этом интервале глубин от 100 г/л до 400 г/л, другими словами, это значительно солонее, чем морская вода (35 г/л). Движения в бассейне вызвали пластические деформации каменной соли, создавая сотни куполообразных структур, которые впоследствии стали ловушками для природного газа. Это те самые ловушки, которые изучаются как возможные участки хранения СО2 и могут быть использованы в пилотных проектах.
|
Рисунок 2
Геологическая карта Европы показывающая расположение основных осадочных бассейнов (красные эллипсы), в которых могут быть найдены подходящие коллекторы для хранения СО2 (на основе геологической карты Европы масштаба 1:5000000).
|
Емкость хранилища
Знания о емкости хранилища углекислого газа нужны политикам, законодательным органам и операторам хранилищ. Оценка емкости хранилища обычно весьма приблизительны и основаны на пространственных размерах потенциально подходящих формаций пород. Емкость может быть рассчитана в разных масштабах, от национального масштаба для приблизительных оценок до масштаба бассейна и коллектора, т.е. для более детальных расчетов, в которых учитываются неравномерность и сложность строения реальной геологической структуры.
Объемная емкость: Опубликованные данные о национальных емкостях хранилищ основаны, главным образом, на расчетах объема пор в породах. Теоретически емкость хранилища для данной формации может быть рассчитана путем умножения ее площади на мощность, ее среднюю пористость и среднюю плотность СО2 в условиях глубины залегания коллектора. Однако, т.к. объем пор уже занят водой, то лишь малая часть может быть использована для хранения, как принято считать, приблизительно 1-3%. Этот коэффициент емкости хранения затем применяется при оценке объемной емкости.
Реалистичная емкость: Более реалистичные оценки емкости можно сделать в отдельных местах хранения путем детальных исследований. Мощность структуры не постоянна, и свойства резервуара могут меняться и на небольших отрезках. Знания о размере, форме и геологических свойствах структур позволяют уменьшить неточности при вычислениях объема. Основанное на этих данных компьютерное моделирование может быть использовано для прогнозирования закачки СО2 и его движения внутри коллектора, для того, чтобы оценить реалистичную емкость хранилища.
Реализуемая емкость: Емкость – это не только вопрос физики горной породы. Социально-экономические факторы также влияют на то, будет ли использоваться подходящее место хранения. Например, перемещение СО2 от источника до места хранения будет регулироваться затратами на транспортировку. Емкость будет зависеть и от чистоты СО2, т.к. присутствие других газов уменьшит в резервуаре объем, доступный для СО2. И наконец, политические взгляды и признание общественности могут стать решающими в вопросе, будет ли на самом деле эксплуатироваться имеющаяся емкость коллектора.
|
Завершая сказанное, отметим: мы знаем, что емкость хранения СО2 в Европе – большая, даже учитывая неуверенность, связанную со сложностью строения коллектора и его неоднородной структурой, а также и социально-экономическими факторами. Европейский проект ГЕСТКО (GESTCO*) оценил емкость хранения СО2 месторождений углеводородов в Северном море в объеме 37 Гт, что могло бы позволить большим установкам в этом регионе закачивать туда СО2 в течение нескольких десятилетий. Обновление данных и последующее картирование емкости хранилищ в Европе является предметом текущих исследований в отдельных странах-членах Евросоюза и в рамках проекта ЕС Геоемкость (EU Geocapacity*) для всей Европы.
|
Источник: The European Network of Excellence on the Geological Storage of CO2
<< Предыдущая страница
---
Следующая страница >>
ВВЕРХ
|
