О возможности реализации проектов CCS в карбонатных коллекторах Сибирской платформы - Никитенков Алексей Николаевич; Новиков Дмитрий Анатольевич; Максимова Анастасия Алексеевна; Пенигин Артем Витальевич; Вараксина Ирина Валерьевна; Жуковская Елена Анатольевна (Томский политехнический университет, 2023)
Актуальность. В мировой практике широко используется технология по геологическому хранению углекислого газа в глубоких водоносных горизонтах, позволяющая снижать эмиссию парниковых газов в атмосферу Земли и минимизировать их влияние на глобальное изменение климата. Цель: выявление особенностей взаимодействия в системе «вода - порода - углекислый газ» применительно к карбонатным коллекторам, широко распространенным в гидрогеологических бассейнах на территории РФ и потенциально пригодных к использованию для размещения в них углекислого газа. Эти процессы рассмотрены на примере древней Сибирской платформы, где в настоящее время идет рост промышленной добычи углеводородов и реализация серии масштабных проектов в сфере нефте- и газохимии. Методы. Для решения поставленной задачи применено математическое физико-химическое моделирование. Расчёты реализованы программным комплексом HydroGeo, в котором обеспечение достижения химических равновесий для системы «вода-порода» реализовано на основе метода констант равновесия. Результаты. Полученные результаты позволили оценить направленность происходящих в рассмотренных коллекторах геохимических процессов, а также дать качественную оценку изменения порового пространства в условиях различной степени его насыщения углекислотой. Установлено, что при насыщении раствора СО2 наблюдается закономерное его подкисление с переходом химических элементов преимущественно к формам комплексных ионов, связанных с гидрокарбонат-ионом и ионами хлора (Mn, Na, K). В то же время на формы миграции Ca и Fe насыщение углекислотой такого сильного влияния не оказывает. Отдельно обращает на себя внимание Al, который при появлении углекислоты из комплексных форм практически полностью переходит в Al3+. В изученных эталонах наблюдается достаточно интенсивное преобразование пород коллектора с перераспределением элементов между первичной и вторичной минеральными фазами (как растворение, так и осаждение минералов до нескольких сотен г/дм3) при сравнительно небольших абсолютных изменениях величины открытой пористости. В ряде рассмотренных объектов за счет снижения pH происходит растворение кальцита и доломита. Направленность преобразований, а также тренд изменения фильтрационно-емкостных свойств определяются конкретным минералогическим сочетанием пород коллектора и содержащегося в них рассола, а также стадией эволюции рассматриваемой системы (первая часть рассмотренных сочетаний изначально далека от равновесного состояния и продолжает взаимодействовать, вторая - близка к равновесию - переходит в неравновесное состояние за счёт насыщения углекислотой)

The relevance. Carbon capture utilization and storage technology involving geological storage of carbon dioxide in deep aquifers is widely used in the world as this technology is aimed at decreasing the emission of greenhouse gases into the Earth's atmosphere and minimizing the influence of these gases on the global climate change.Objective: to carry out preliminary investigation of the features of water - rock - carbon dioxide interactions in application to carbonate collectors, which are widespread in hydrogeological basins over the territory of the Russian Federation and are potentially suitable as carbon dioxide storage facilities. These processes are considered by the example of the ancient Siberian Platform, where industrial production of hydrocarbons is currently increasing, and a series of large-scale projects in the area of petroleum and gas chemistry are under implementation. Methods. Mathematical physical and chemical modeling was applied to solve the problem. The calculations were implemented by the HydroGeo software package, in which the achievement of chemical equilibria for the «water-rock» system is implemented on the basis of the method of equilibrium constants. Results. The obtained results allow us to evaluate the directions of geochemical processes in the collectors under consideration and to provide qualitative estimation of changes in the pore space under the conditions of its saturation with carbon dioxide, with respect to different saturation degrees. It is established that solution acidification is observed as a result of its saturation with СО2, with the transition of chemical elements to the prevailing forms of complex ions bound with hydrocarbonate and chloride ions (Mn, Na, K). At the same time, saturation with carbon dioxide does not have so substantial effect on the forms of Ca and Fe migration. Special attention is attracted to Al, which is transformed almost completely from complex forms into Al3+ in the presence of carbon dioxide. In the studied reference samples, rather intense transformation of collector rocks with redistribution of elements between the primary and secondary mineral phases is observed (both rock dissolution and precipitation up to several hundred g/dm3) with comparatively small absolute changes in open porosity. In a series of the considered objects, the dissolution of calcite and dolomite proceeds due to a decrease in pH. The directions of transformations, as well as the trend of changes in filtration-capacity properties, are determined by the specific mineralogical combination of collector rocks and the brine present in them, as well as by the stage of evolution of the system under consideration (the first part of the considered combinations is initially far from the equilibrium and continues interacting, while the second part is close to the equilibrium and is transformed into non-equilibrium state due to saturation with carbon dioxide)
Keywords: технология CCS; физико-химическое моделирование; взаимодействия вода-порода-газ; коэффициент насыщения; формы миграции химических элементов; карбонатный коллектор; Сибирская платформа; CCUS technology; physical and chemical modeling; water-rock-gas interaction; saturation coefficient; migration patterns of chemical elements; carbonate collector; Siberian Platform