|
Может ли СО2 вытекать из коллектора и,
если да, то какими могут быть последствия?
|
На основании исследований природных систем, предполагается, что на тщательно выбранных местах хранения не произойдет какой-либо значительной утечки. Природные коллекторы, содержащие газ, помогают нам понять условия, при которых газ удерживается или выпускается. Кроме того, места выхода газа помогают нам понять, к каким последствиям могут привести возможные утечки CO2.
Пути утечки
В основном потенциальные пути утечки либо созданы человеком (например, глубокие скважины), либо являются природными (например, системы трещин и разломов).
Как в действующих, так и заброшенных скважинах пути утечек могут возникнуть потому, что, во-первых, они образуют прямое соединение между поверхностью и резервуаром, и во-вторых, они состоят из искусственных материалов, которые могут подвергаться коррозии спустя длительные периоды времени (Рис. 1). Дополнительная сложность состоит в том, что разные скважины созданы с использованием разных технологий, и поэтому более новые скважины в основном безопаснее старых. В любом случае, предполагается, что опасность утечки через скважины низка, т.к. и более новые, и старые скважины можно очень эффективно контролировать, используя чувствительные геохимические и геофизические методы, и потому что в нефтяной промышленности для любых коррективных мер уже существует необходимая технология.
С утечкой по природным разломам и трещинам, которые могут существовать в породе-покрышке или в перекрывающих отложениях* уже сложнее, потому что мы имеем дело с непостоянными, площадными свойствами с переменной проницаемостью. Хорошее научное и техническое понимание как протекающих, так и непротекающих систем, позволит разрабатывать проекты хранения СО2 с такими же характеристиками, что и у природных естественных коллекторов, удерживающих СО2 и метан на протяжении временных периодов от тысяч до миллионов лет.
|
Рисунок 1
Возможные пути для СО2 в скважине. Выход через измененный материал (в, г, д) или вдоль границ раздела (а, б, е).
|
Природные аналоги: извлеченные уроки
Природные системы (так называемые «аналоги») – это бесценные источники информации для улучшения нашего понимания движения газа глубоко под землей и природного газообмена между землей и атмосферой. Основные выводы, полученные при исследованиях многочисленных протекающих и непротекающих природных газовых коллекторов:
• при подходящих геологических условиях природный газ может удерживаться на протяжении сроков от сотен тысяч до миллионов лет;
• изолированные газовые резервуары и карманы существуют даже в наименее благоприятных геологических условиях (вулканических регионах);
• перемещение сколько-нибудь значительных количеств газа требует адвекции (т.е. управляемого давлением потока) потому что диффузия – это очень медленный процесс;
• для появления адвекции условия жидкостей в коллекторе должны быть близкими к литостатическому давлению*, чтобы разломы и трещины оставить открытыми или механически создать новые пути;
• территории, на которых природный газ выходит на поверхность, расположены почти исключительно в сильно трещиноватых вулканических или сейсмически активных районах, с газовыми выходами, расположенными вдоль активных или недавно активизированных разломах;
• значительная утечка газа случается лишь изредка и имеет тенденцию происходить в сильно трещиноватых вулканических и геотермальных областях, где СО2 непрерывно производится в результате природных процессов;
• газовые аномалии на поверхности обычно появляются как локализованные пятна, которые имеют ограниченное пространственное влияние на приповерхностную окружающую среду.
Таким образом, для того чтобы, произошла утечка, необходимо сочетание ряда конкретных условий. Следовательно, очень маловероятно, что на хорошо выбранном и тщательно спроектированном геологическом участке для хранения СО2 произойдет утечка. Несмотря на то, что возможность утечки мала, изучение связанных с ней процессов и возможных их последствий должно быть полным, с целью правильного выбора, проектирования и эксплуатации максимально безопасного геологического участка для хранения СО2.
Влияние на людей
Мы вдыхаем СО2 все время. СО2 опасен для здоровья людей только в очень больших концентрациях со значениями свыше 50 000 мд (5%), он вызывает головные боли, головокружение и тошноту. Значение выше этого уровня могут привести к смерти, если воздействие будет слишком долгим, особенно из-за асфиксии, когда концентрация кислорода в воздухе падает ниже 16%-ного уровня, необходимого для поддержания человеческой жизни.
Однако, если СО2 вытекает на открытых или пологих участках, он быстро рассеивается в воздухе даже при слабых ветрах. Потенциальный риск для населения, таким образом, ограничивается утечкой в закрытых средах и топографических впадинах, где концентрации могут возрастать, потому что СО2 плотнее воздуха и имеет тенденцию скапливаться близко к земле. Знание свойств зоны дегазации полезно для предотвращения рисков и управления ими.
В реальности многие люди живут в областях, характеризующихся ежедневной эманацией природного газа. Например, в Италии, в Чампино близ Рима дома расположены всего лишь в 30 метрах от газовых выходов на поверхность, где концентрация СО2 в почве достигает 90% и приблизительно 7 тонн СО2 ежедневно попадает в атмосферу. Местные жители избегают какой-либо опасности соблюдением простых мер безопасности, таких как не спать в подвале и держать дома хорошо проветриваемыми.
Влияние на окружающую среду
Потенциальные влияния на экосистемы могут отличаться в зависимости от того, находится ли участок хранения в открытом море или на суше.
В морских экосистемах основным эффектом от утечки СО2 становится местное понижение рН и связанное с этим влияние, в первую очередь, на животных, которые живут на морском дне и не могут покинуть мест обитания. Тем не менее, последствия пространственно ограничены и экосистема проявляет признаки восстановления вскоре после того, как утечка ослабеет.
Влияние на наземную экосистему в целом можно охарактеризовать следующим образом:
• растительность – хоть наличие газообразного СО2 в почве при его концентрации до 20-30% на самом деле может благоприятно влиять на плодородность и увеличивать скорость роста определенных растений, значения выше этого порога могут оказаться смертельными для некоторых, но не для всех растений. Это эффект локальный и особо проявляется вокруг мест выхода газа на поверхность, однако растительность остается высокой и здоровой только на расстоянии далее нескольких метров от выхода газа (Рис. 2).
• качество подземных вод – химический состав подземных вод может изменяться из-за добавления СО2, так как вода становится более кислой и элементы из горных пород и минералов водоносного горизонта могут высвобождаться и попадать в воду. Даже если СО2 просочится в водоносный горизонт с питьевой водой, эффект останется локальным, его количественное влияние в настоящее время изучается учеными. Интересно, что многие водоносные горизонты Европы обогащены природным СО2, и эта вода на самом деле разливается по бутылкам и продается как «газированная минеральная вода».
• целостность пород – закисление грунтовых вод может привести к растворению пород, снижению структурной целостности и образованию провалов. Тем не менее, этот тип влияния может произойти только при очень специфических геологических и гидрогеологических условий (тектоническая активность, высокая скорость потока водоносных горизонтов, богатая карбонатами минералогия), которые вряд ли могут возникнуть над местом искусственного геологического хранения.
|
Рисунок 2
Влияние на растительность утечки CO2 с повышенным (слева) и пониженным (справа) потоком. Влияние ограничено территорией, на которой CO2 выходит наружу.
|
В заключение можно отметить, что поскольку влияние любой гипотетической утечки СО2 будет зависеть от конкретного участка, доскональное знание конкретных геологических и структурных условий позволит нам определить любые возможные пути миграции газа, выбрать места с наименьшей возможностью утечки СО2, предсказать поведение газа и таким образом оценить и предотвратить любое значительное влияние на людей и экосистему.
Источник: The European Network of Excellence on the Geological Storage of CO2
<< Предыдущая страница
---
Следующая страница >>
ВВЕРХ
|
