|
Что происходит с СО2 в коллекторе хранения??
|
Как только СО2 закачан в коллектор, он начинает активно заполнять поровое пространство под породой покрышки. С течение времени часть СО2 растворится и в конечном счете превратится в минералы. Эти процессы происходят в разных масштабах времени и способствуют непрерывному удержанию.
Механизмы удержания
Когда СО2 закачан в коллектор, он заполняет поровое пространство горных пород, которое в большинстве случаев уже заполнено соляными растворами, то есть соленой водой.
После закачивания СО2 начинает действовать следующие механизмы. Первый считается самым важным и препятствует выходу СО2 на поверхность. Остальные три имеют тенденцию со временем увеличивать эффективность и безопасность хранения.
1. Накопление под породой-покрышкой (структурное удержание)
Так как плотный СО2 легче воды, он начинает подниматься вверх. Это движение прекращается, когда СО2 встречается со слоем непроницаемой породы, так называемой «Породой-покрышкой». В основном состоящая из глины или соли, эта порода-покрышка действует как ловушка, препятствующая поднятию СО2 куда-либо дальше, что приводит к его накапливанию непосредственно под ней. Рисунок 1 иллюстрирует восходящее движение СО2 через поровое пространство горной породы (голубой цвет) до того, как он достигнет породы-покрышки.
|
Рисунок 1
Закачанный СО2, который легче воды, как правило поднимается и останавливается перекрывающими непроницаемыми породами.
|
2. Связывание в мелких порах (остаточное удерживание)
Остаточное связывание происходит, когда поровое пространство в породе-коллекторе такое узкое, что СО2 не может более двигаться вверх, несмотря на разницу в плотности с окружающей водой. Этот процесс проявляется, в основном, во время миграции СО2 и обычно может связать несколько процентов закачанных СО2, в зависимости от свойств горной породы-коллектора.
3. Растворение (удержание путем растворения)
Малая часть закачанного СО2 растворяется или переносится в раствор через соленую воду, которая уже присутствует в поровом пространстве коллектора. Результатом растворения является то, что вода с растворенным в ней СО2 тяжелее, чем вода без него, и это приводит к опусканию воды с растворенным СО2 на дно резервуара. Скорость растворения зависит от интенсивности контакта СО2 с раствором. Количество СО2, которое может раствориться, ограничено максимальной концентрацией. Однако, из-за движения закачанного СО2 вверх и воды с растворенным в нем СО2 вниз, происходит постоянное обновление контакта между раствором и СО2, что увеличивает количество СО2, которое может быть растворено. Эти процессы относительно медленны, т.к. происходят в узких порах. Приблизительные оценки в проекте Слейпнер показывают, что примерно 15% закачанного СО2 растворилось в течение 10 лет после закачки.
4. Минерализация (минеральное удержание)
СО2 в особенности в комбинации с соляным раствором в коллекторе, может вступать в реакции с минералами, слагающими горную породу. Определенные минералы могут растворяться, в то время как другие могут осаждаться в зависимости от рН и минералов, слагающих породу (Рис. 2). По некоторым оценкам на Слейпнере только относительно малая часть СО2 будет связана путем минерализации через очень длительный период времени. Через 10000 лет только 5% закачанного СО2 должно было бы минерализоваться, тогда как 95% было бы растворено без оставшегося в виде отдельной плотной фазы СО2.
|
Рисунок 2
Плотный СО2 поднимается вверх (светло-голубые пузыри), растворяется и вступает в реакцию с зернами породы, что приводит к осаждению карбонатных минералов на поверхности зерен (белые).
|
Относительное значение этих механизмов удержания зависит от характеристик каждого конкретного объекта исследования. Например, в куполообразных коллекторах, СО2 должен оставаться, в основном, в плотной фазе даже спустя очень длительное время, тогда как в плоском коллекторе, каким является Слейпнер, большая часть закачанного СО2 будет растворена или минерализована. Изменение пропорций СО2 в различных механизмах удержания на примере Слейпнера показана на Рисунке 3.
|
Рисунок 3
Развитие СО2 в его различных формах в коллекторе Слейпнер согласно моделированию потока. СО2 удерживается в сверхкритическом состоянии механизмами 1 и 2, в растворенном состоянии – механизмом 3, и в минеральной форме механизмом 4.
|
Откуда мы все это знаем?
Знания об этих процессах набираются из четырех основных источников информации:
• Лабораторные измерения: мелкомасштабные эксперименты в области минерализации, потока и растворения могут быть проведены на образцах горных пород, позволяя понять кратковременные и мелкомасштабные процессы.
• Цифровое моделирование: вычислительные программы были разработаны для того, чтобы использовать их для предсказания поведения СО2 на протяжении более длительного промежутка времени (Рис. 4). Лабораторные эксперименты используются для калибровки цифрового моделирования.
• Изучение природных коллекторов СО2, в которых СО2 (в основном вулканического происхождения) удерживался под землей в течение долгих периодов времени, зачастую миллионов лет. Подобные условия называют «природным аналогом»*. Эти объекты обеспечивают нас информацией о поведении газа и очень долгосрочных последствиях присутствия СО2 под землей.
• Наблюдение за существующими местами хранения СО2 в демонстрационных проектах, таких как Слейпнер (в открытом море Норвегии), Вейбурн (Канада), Айн Салах (Алжир) и К12-Б (в открытом море в Нидерландах). Результаты краткосрочного моделирования можно сравнить с настоящими полевыми данными, что поможет совершенствованию моделей.
|
Рисунок 4
Трехмерное моделирование движения СО2 в водоносном горизонте, после закачки 150000 тонн спустя 4 года в водоносном горизонте структуры Доггер во Франции. Здесь изображены СО2 в сверхкритическом состоянии (слева) и СО2, растворенный в соленой воде (справа) через 4, 100 и 2000 лет после начала закачки. Модель основана на данных полевых исследований и экспериментах.
|
Только благодаря постоянной привязки и перепроверке этих четырех источников информации можно собрать надежные знания обо всех процессах, происходящих под нашими ногами – на глубине в 1000 метров.
В заключение отметим, безопасность мест хранения СО2 имеет тенденцию со временем увеличиваться. Самая важная задача – это найти коллектор с подходящей породой-покрышкой сверху, которая будет удерживать СО2 (структурное удерживание). Все процессы относящиеся к растворению, минерализации и остаточному улавливанию служат для предотвращения выхода СО2 на поверхность.
Источник: The European Network of Excellence on the Geological Storage of CO2
<< Предыдущая страница
---
Следующая страница >>
ВВЕРХ
|
