|
Як можна транспортувати й закачувати великі обсяги СО2?
|
Після уловлювання на промислових об’єктах СО2 стискають, транспортують і закачують до породи-колектора крізь одну чи кілька свердловин. Увесь ланцюжок має бути оптимізований для можливого зберігання кількох мільйонів тонн СО2 на рік.
Стискування
СО2 стискається до стану щільної рідини, яка займає значно менше місця, ніж газ.
Після відокремлення СО2 від газу на електростанціях чи промислових об’єктах отриманий високо концентрований потік СО2 піддають дегідратації (зневоднюванню) й стискуванню, сприяючи більш ефективному транспортуванню й зберіганню (Мал. 1). Щоб уникнути корозії обладнання й пошкоджень інфраструктури, необхідна дегідратація, що проводиться під великим тиском з утворенням гідратів (кристалів твердого льоду, які можуть закупорити обладнання й труби).
Компресія (стискування) робиться одночасно з дегідратацією, це багатоступінчастий процес: цикли стискування, охолодження й відокремлення води повторюються. Тиск, температура й вміст води – усе має бути пристосовано до виду транспортування й вимог до тиску у ділянці зберігання. Ключовими факторами для розробки компресійного обладнання є швидкість потоку, тиск усмоктування й нагнітання, теплоємність газу й продуктивність компресора. Технологія для компресії вже розроблена й широко застосовується в багатьох промислових галузях.
|
Малюнок 1
Етапи геологічного зберігання СО2. Щоб переправити СО2 від місця його викиду до місця його безпечного й тривалого зберігання, необхідно пройти весь ланцюжок операцій, зокрема уловлювання, стискування, транспортування й закачування.
|
Транспортування
СО2 можно транспортировать морским судном или по трубопроводу.
СО2 можна транспортувати морським судном або трубопроводом.
Транспортування СО2 кораблями нині здійснюється лише в дуже невеликих обсягах (10 000-15 000 м3) для промислових цілей, але в майбутньому це може стати привабливою можливістю для проектів по УЗВ у тих випадках, коли узбережні джерела СО2 розташовані надто далеко від придатного колектора. Судна, що використовуються для транспортування зрідженого вуглеводневого газу (ЗВГ), підходять і для транспортування СО2.
Зокрема, напів-охолоджуючі системи стискають і охолоджують, і таким чином СО2 може транспортуватися в рідкому стані. Місткість найновіших кораблів ЗВГ становить більше 200 000 м3, вони здатні перевозити 230 000 тонн СО2. Однак морський транспорт не може забезпечити безперервної плавної логістики, і в порту необхідно мати обладнання для проміжного зберігання й перевантаження СО2.
Транспортування трубопроводом на сьогоднішній день використовують для великих обсягів СО2 переважно нафтові компанії, що застосовують методику підвищення нафтовіддачі пластів* (у світі існує майже 3000 км трубопроводу для СО2, в основному в Сполучених Штатах Америки). Це більш економно, ніж транспортування суднами, і дає перевагу безперервного потоку, що рухається від обладнання уловлювання до ділянки зберігання.
Усі існуючі трубопроводи для СО2 експлуатуються в надкритичних для СО2 умовах великого тиску, у яких він поводиться як газ, але має щільність рідини. Три важливі фактори визначають роботу трубопроводу: його діаметр, тиск по всій довжині і, звичайно, товщина його стінок.
Закачування
Коли СО2 прибуває до ділянки зберігання, він під тиском закачується до колектора (Мал. 2).
Тиск закачування має бути значно вищий, ніж тиск у колекторі, щоб витіснити з точки закачування СО2 наявні в колекторі флюїди. Кількість закачуючих свердловин залежить від кількості призначеного для зберігання СО2, від швидкості закачування (обсяг СО2, закачаного за годину), проникності й потужності колектора, максимально безпечного тиску закачування й типу свердловини. Оскільки основною метою є тривале утримування СО2, ми маємо бути впевнені в гідравлічній цілісності геологічної структури.
Великі швидкості закачувань можуть спричинити зростання тиску в точці закачування, особливо в структурах з низькою проникністю. Як правило, тиск закачування не повинен перевищувати тиску розриву гірської породи, оскільки це може спричинити пошкодження колектора або перекриваючого шару. Геомеханічний аналіз і моделювання використовуються для визначення максимально допустимого тиску, що дозволить уникнути тріщин у формації.
Хімічні процеси можуть впливати на швидкість, з якою СО2 можна закачувати до формації. Залежно від типу породи-колектора, складу флюїдів і умов у колекторі (таких як температура, тиск, об’єм, концентрація тощо) біля свердловин можуть розпочатися процеси розчинення й осадження мінералів. Це може спричинити збільшення чи зменшення швидкостей закачування. Після закачування частина СО2 розчиняється в солоній воді колектора і рН* потроху знижується, підтримуючись розчиненням карбонатних мінералів, наявних у вміщаючій породі.
Карбонати першими з мінералів починають розчинятися, оскільки швидкість їх реакції дуже висока і розчинення відбувається одразу ж після початку закачування. Процес розчинення може збільшити пористість гірських порід і, отже, закачуваність*. Однак після розчинення карбонатні мінерали можуть осаджуватися повторно й цементувати породу навколо свердловини. Високі швидкості потоку можуть бути використані для обмеження зменшення проникності поблизу свердловини, тим самим витісняючи зони геохімічної рівноваги осадження далі.
Висушування – це інший феномен, спричинений закачуванням. Після окислювальної фази залишкова вода навколо свердловини, через яку робилося закачування, розчиняється в закачаному сухому газі, який, у свою чергу, концентрує хімічні частки в розсолі*. Мінерали (такі як солі) можуть осаджуватися, коли розчин достатньо концентрований, таким чином зменшуючи проникність навколо свердловини.
Ці результати закачуваності залежать від складних взаємодіючих процесів, які тривають навколо свердловини, а також від часу й відстані до свердловини. Для оцінювання таких ефектів використовується цифрове моделювання. Для запобігання процесам, що можуть обмежити закачування бажаної кількості СО2, необхідно ретельно встановлювати швидкості закачуваного потоку.
|
Малюнок 2
Після закачування під землюСО2 набуває щільного надкритичного* стану приблизно на глибині 0.8 км. Його обсяг значно зменшується від 1000 м3 на поверхні до 2.7 м3 на глибині 2 км. Це одна з причин, через яку геологічне зберігання великих обсягів СО2 є таким привабливим.
|
Склад потоку СО2 CO2
Склад і чистота потоку СО2, які є результатом процесу уловлювання, роблять значний вплив на подальші аспекти проекту зберігання СО2. Присутність кількох відсотків інших речовин, таких як вода, сірководень (H2S), оксиди сірки й азоту (SOx, NOx), азот (N2) і кисень (О2) впливатиме на фізичні й хімічні властивості СО2 і позначиться на його поведінці й впливах. Тому присутність подібних речовин має бути ретельно врахована під час проектування етапів компресії, транспортування й закачування, а також під час регулювання експлуатаційних умов і обладнання.
На завершення можна сказати, що транспортування й закачування великих обсягів СО2 уже можливі. Проте, якщо геологічне зберігання СО2 широко застосовуватиметься, всі перераховані стадії мають бути сплановані для кожного окремого проекту зберігання. Ключовими параметрами є термодинамічні властивості потоку СО2 (Мал. 3), швидкість потоку й умови в колекторі й над ним.
|
Малюнок 3
Щільність чистого СО2 (в кг/м3) як функція температури й тиску. Жовта лінія відповідає типовому градієнтові тиску й температури в осадовому басейні. На глибині більше 800 м (~8 МПа) умови резервуару сприяють високим щільностям (блакитний колір). Зелена крива – це межа між газоподібною й рідкою фазами СО2. Типові умови тиску й температури для уловлювання, транспортування й зберігання позначено відповідно літерами А, Б і В.
|
Джерело: The European Network of Excellence on the Geological Storage of CO2
<< Попередня сторінка
---
Наступна сторінка >>
ВГОРУ
|
