Как можно контролировать участки хранения, расположенные в глубине и на поверхности земли?

Все участки хранения СО₂ необходимо контролировать для производственных целей, безопасности, по экологическим, социальным и экономическим причинам. Стратегия должна быть составлена таким образом, чтобы определить, что именно будет контролироваться и как.

Зачем нам нужен мониторинг?

Мониторинг эффективности участка будет иметь решающее значение для достижения главной цели геологического хранения СО₂, а именно длительной изоляции антропогенного СО₂. Причин для мониторинга участков хранения много, в том числе:

• Производственные: для контроля и оптимизации процесса закачивания СО₂.

• Безопасность и окружающая среда: для снижения или предотвращения любого воздействия на людей, дикую природу и экосистему в окрестности участка хранения и для уверенности в смягчении последствий глобального изменения климата.

• Социальные: представлять общественности информацию, необходимую для понимания безопасности участка хранения и, чтобы помочь получить общественное доверие.

• Финансовые: создание доверия рынка к технологии УХУ и для подтверждения объемов закачанного СО₂, чтобы они были учтены как «непроизводственные выбросы» на следующих этапах работы Европейской Системы Торговли Выбросами (СТВ).

Мониторинг как начального состояния окружающей среды (так называемого «базового»), так и последующей характеристики участка хранения является важным нормативным требованием Директивы ЕС по УХУ, опубликованной 23-го апреля 2009 года. Операторы должны уметь продемонстрировать, что характеристика участка хранения соответствует законам и будет продолжать соответствовать им в долгосрочной перспективе. Мониторинг – это важный компонент, который будет уменьшать неясности в характеристике участка хранения, он всегда тесно связан с мероприятиями по организации управления безопасностью.

Каковы цели мониторинга?

Мониторинг может быть направлен на достижение различных целей и действий в различных частях участка хранения, таких как:

• Отображение ореола распространения – отслеживание передвижения СО₂ от участка закачки. Это позволяет получать ключевые данные для настройки моделей, которые предсказывают будущее распространение СО₂ на участке хранения. Множество готовых методов уже имеются, особенно рекомендуются повторные исследования методом сейсмической разведки, которые успешно применялись в нескольких демонстрационных и экспериментальных проектах (Рис. 1).

Рисунок 1 Сейсмическое изображение для мониторинга ореола распространения СО2* в пилотном проекте Слейпнер до закачки (которая началась в 1996) и после закачки (соответственно спустя 3 и 5 лет).

• Целостность перекрывающей породы. Необходимо оценить, изолирован ли СО₂ в коллекторе хранилища и обеспечить раннее предупреждение о любых неожиданных передвижениях СО₂ вверх. Это может быть особенно важным в проекте на этапе закачки, когда давление в коллекторе значительно, но временно, возрастает.

• Целостность скважины. Этот важный момент, т.к. глубокие скважины могут потенциально обеспечивать прямой путь для миграции СО₂ вверх. За скважинами закачивания СО₂ любыми наблюдательными или уже существующими заброшенными скважинами необходимо должным образом следить в течение стадии закачивания и в дальнейшем во избежание внезапного выхода СО₂ наружу. Мониторинг используется и для подтверждения того, что все скважины были эффективно запечатаны, если в них более нет необходимости. Существующие геохимические и геофизические системы мониторинга, являющиеся обычной практикой в нефтяной и газовой индустрии, могут быть установлены в скважинах или над ними для обеспечения раннего предупреждения и безопасности.

• Миграция в перекрывающих отложениях. На участках хранения, где дополнительные перекрывающие сверху горные породы обладают свойствами схожими со свойствами пород-покрышек, перекрывающих отложения, могут формировать ключевой компонент в уменьшении риска попадания СО₂ в море или в атмосферу. Если в ходе мониторинга коллектора или вокруг породы-покрышки обнаружится внезапная утечка через породу-покрышку, мониторинг перекрывающих пород будет необходим. Многие методы, используемые для отображения ореола распространения или мониторинга целостности перекрывающей породы, могут быть использованы для перекрывающих пород.

• Утечка с поверхности, определение и измерение состояния атмосферы. Для того, чтобы быть уверенным, что закачанный СО₂ не мигрировал на поверхность, весь диапазон геохимических, биохимических методов и методов дистанционного зондирования применяют для обнаружения утечки, оценки и мониторинга распространения СО₂ в почве и рассеивания его в атмосфере или в морской среде (Рис. 2).

Рисунок 2 Буй для мониторинга с энергоснабжающими солнечными батареями, плот и устройство для взятия образцов газа со дна моря.

• Количество закачанного СО₂ для законодательного и финансового контроля. Хотя количество закачанного СО₂ можно легко измерить у основания скважины, количественные замеры в коллекторе технически очень проблематичны. Если происходит утечка рядом с поверхностью, то количество высвободившегося СО₂ должно быть посчитано для национального реестра парниковых газов и будущих планов СТВ.

• Движение грунта и микросейсмика*. Возросшее из-за закачивания СО₂ давление в коллекторе в особых случаях может увеличить вероятность микросейсмической активности и маломасштабных передвижений грунта. Методы микросейсмического мониторинга и дистанционные методы (разведка с самолета или спутников) дают возможность измерять даже крошечные искривления грунта.

Как производится мониторинг?

Широкий спектр методов мониторинга уже был применен в действующих демонстрационных и исследовательских проектах. Они включают прямые методы наблюдения за СО₂ и те, которые косвенно измеряют эффект его воздействия на горные породы, жидкости, газы и экологию. Прямые изменения включают в себя анализы жидкостей из глубоких скважин или измерения концентрации газа в почве или атмосфере. Косвенные методы включают геофизическую разведку и мониторинг изменений давления в скважинах или измерений рН в подземных водах.

Мониторинг необходим как для участков хранения на суше, так и в открытом море. Выбор подходящего метода мониторинга будет зависеть от технических и геологических характеристик участка, и от целей мониторинга. Уже существует широкий спектр методов мониторинга (Рис. 3), многие из которых общепризнанны в нефтяной и газовой промышленности; эти методы адаптируются к ситуации с СО₂. исследования с целью оптимизации существующих методов или развития инновационных методов также ведутся с целью улучшения точности измерений и их надежности, удешевления, автоматизации производства и демонстрации эффективности.

Рисунок 3 Небольшая выборка, показывающая спектр методов, имеющихся для мониторинга различных компонентов системы хранения СО2.

Стратегия мониторинга

При разработке стратегии мониторинга должно быть принято много решений, зависящих от геологических и инженерных условий, специфических для каждого конкретного участка хранения, таких как геометрия коллектора и глубина, ожидаемое распространение ореола СО₂, возможные пути утечки, перекрывающая геология, время закачивания и скорость потока, а также поверхностные характеристики, такие как топография, плотность населения, инфраструктура и экосистемы. Сразу после принятия решений относительно наиболее подходящих методов и мест измерения, базовые исследования должны проводиться до начала операций по закачиванию, чтобы служить уровнем отсчета для всех будущих измерений. Наконец, каждая программа мониторинга должна быть гибкой, чтобы она могла развиваться даже в том случае, если будет меняться сам проект хранения. Стратегия мониторинга, способная интегрировать все эти вопросы, в то же время, повышая эффективность затрат, образует важнейший компонент в анализе рисков и в подтверждении безопасности участка и его эффективности.

В заключение отметим: мы знаем, что мониторинг участков хранения СО₂ проводят с использованием различных методов, имеющихся на рынке или находящихся в стадии разработки, и он уже доступен. В настоящий момент исследования ведутся не только в области развития нового оборудования (например, для использования на морском дне), но также для оптимизации эффективности мониторинга и уменьшения расходов.

Источник: The European Network of Excellence on the Geological Storage of CO₂

<< Предыдущая страница --- Следующая страница >>

ВВЕРХ