Автор: Ильинский А.А., заместитель генерального директора по научной работе, заслуженный деятель науки России, д.э.н., профессор ФГУП Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт (ВНИГРИ), Санкт-Петербург, Россия

Типы подземных резервуаров для захоронения парниковых газов

Подземное захоронение сегодня наиболее привлекательная и сложившаяся опция, по крайней мере, в тех частях мира, где есть осадочные породы. Эти породы формировались сквозь толщу морского дна отложениями песка, глины, органических материалов миллионы лет. В течение геологического периода времени эти отложения трансформируются в различные формы песчаников и известняков. Обычно они имеют пористую форму, и эти поры заполняются водой (образуется водоносный горизонт) или в некоторых случаях газом или нефтью (нефтегазовые резервуары).

Также необходимо рассматривать и такие геологические структуры как ловушки, как часть пласта, способные аккумулировать и накоплять газ и нефть миллионы лет. Обычно ловушки это всего лишь небольшая часть подземного резервуара. Но на суше можно встретить ловушки, обладающие большими размерами. Для безопасного и длительного  удержания углекислого газа, данные структуры идеальны.

Для каждого типа подземных резервуаров критерии определения потенциальной емкости резервуара различны. Особенно могут отличаться резервуары на суше и шельфе, и закрытые и открытые формации.

Резервуары должны иметь высокую пористость, чтобы накапливать большое количество углекислого газа. Породы внутри водоносных пластов должны быть проницаемыми, чтобы позволять CO₂ проникать в подземные формации через механизмы закачки. В то же время резервуары для хранения должны быть покрыты непроницаемыми вышележащими породами, чтобы избежать утечек на поверхность. Резервуары должны быть глубже 800 метров, позволяющая захороненному CO₂ превращаться в состояние флюида (текучая среда — ни жидкость, ни газ, но проявляющая свойства обоих, легко сжимающаяся и имеющая плотность жидкости). Хранение на больших глубинах (4000 м и более) экономически невыгодно. Плотность резервуаров в регионе должна быть достаточно высока, также как и коммуникации между источниками выбросов и местами хранения

Геологическая оценка мест захоронения парниковых газов в России

На обширной территории России встречаются практически все типы геологических структур и геодинамических обстановок, а также все разновидности геологических формаций и горных пород с многочисленными месторождениями газообразных, жидких (нефть, подземные воды) и твердых (металлических и неметаллических) полезных ископаемых, активно разрабатываемых разными технологическими способами.

В результате исследований были выявлены следующие геологические требования к резервуарам:

• Коллекторские горизонты должны иметь над собой покрышки, сложенные непроницаемыми пластическими или твердыми породами.
• Покрышка над выбранным объектом должна быть выдержанной по площади распространения и мощность ее должна составлять не менее 2-6 м при глубине залегания до 600 м и 4-5 м при глубине залегания более 600 м.
• Для обеспечения длительного функционирования хранилищ в разрезе должны быть выявлены дополнительные прослои, обладающие герметизирующей способностью.
• В пределах расчетного контура будущего хранилища СО₂ не должно быть тектонических нарушений, вызывающих снижение герметичности основной и резервной покрышек.
• Проницаемость покрышки по углекислому газу не должна превышать 10-7мкм²

Необходимо также учитывать время удержания углекислого газа в подземных резервуарах, если мы хотим избежать влияния утечек CO₂ и их воздействия на климат для будущих поколений.

Существует три механизма, с помощью которых углекислый газ снова выходит на поверхность: миграция газа отдельными частями через нарушенные и проницаемые породы, а также через скважины закачки (коррозия, износ); молекулярная диффузия и растворение углекислого газа через покрывающие породы; движение CO₂ вместе с движущимися водоносными горизонтами.

Техногенное нарушение земель, горные отвалы, хвостохранилища, близкорасположенные хранилища ядерных отходов, отходов цветной металлургии могут способствовать нарушению подземного геологического пространства и увеличению утечек СО₂ из мест захоронения.

Исследования долгосрочных перспектив хранения углекислого газа показали, что время удержания углекислого газа должно быть, по крайней мере, от 5000 до 10000 лет для рассмотренных выше типов подземных резервуаров.

Однако существует ряд методов, когда углекислый газ закачивается в продуктивный пласт (нефтяной или газовый) для повышения нефте- газоотдачи. Углекислый газ идеален для повышения дебитов газа, нефти, а также при добыче метана из угольных пластов. Данные технологии получили широкое распространение в США, особенно на малопродуктивных и трудноизвлекаемых месторождениях или месторождениях находящихся на поздней стадии разработки.

Основные критерии процесса геологоразведочных работ по поиску подземных резервуаров и их направленность, учитывающая внутреннюю и внешнюю геологическую среду подземных резервуаров, экономические показатели и экологические аспекты безопасного хранения СО₂ могут быть проиллюстрированы следующей сводной таблицей:

Таблица 1. Система показателей отражающих параметры ловушек и подземного пространства в целом с точки зрения возможности эффективного хранения СO₂

Результаты исследований показали, что для хранилищ СО₂ при повышенном его давлении большое значение приобретает глубина его заложения. Для предотвращения утечек газа по трещинам гидростатическое давление подземных вод по контуру хранилища должно быть таким, чтобы оно превышало внутреннее давление газа.

Лучшим с точки зрения устойчивости подземных сооружений признаются крупные гранитоидные массивы. В практике выбора мест размещения подземных хранилищ газа большое значение придается поиску монолитных структурных блоков в геологических формациях. Исследования, выполненные в Северо-Западном регионе, показали, что такие блоки могут быть найдены во многих районах данной территории.

Таблица 2. Потенциальная ёмкость подземных резервуаров для хранения CO₂, расположенных на территории Северо-Запада России (по геологическим запасам)

В целом по регионам  Российской Федерации потенциальная емкость захоронения СО₂ будет выглядеть следующим образом:

Таблица. Потенциальная ёмкость подземных резервуаров для хранения CO₂, в целом по России (без Северо-Западного федерального округа)

Потенциальная емкость природных резервуаров (газовых и нефтяных затухающих месторождений) основывается на оценке начальных суммарных ресурсах (накопленная добыча, разведанные запасы категорий A+B+C₁ предварительно оцененные запасы категории С₂, а также перспективные (категории С₃) и прогнозные (категории Д₁ и Д₂). Таким образом общая емкость потенциальных мест захоронения для Российской Федерации в целом оценивается от 125 858642 тыс т CO₂  до 155353895 тыс. т СО_2.

Более подробно об использовании технологии изоляции парниковых газов в мире читай на www.bellona.org/ccs.