Процессы гидратообразования при захоронении СО2 в криолитозоне

Глава 1. Возможность захоронения техногенного CO2 в криолитозоне.

В главе приведен обзор возможных вариантов захоронения углекислого газа в геологической среде, рассмотрены промышленные проекты по захоронению техногенного CO₂, которые осуществляются в настоящее время (SACROC и North Cross в США, Weyburn в Канаде, In Salah в Алжире; Sleipner и Snohvit в Норвегии) или планируютсв ближайшем будущем.

В последнее время изучается возможность захоронения CO₂ в твердом газогидратном виде в областях распространения многолетне мерзлых пород. Благодаря наличию зоны стабильности гидрата CO₂, мощность которой достигает 700 м (Дучков и др., 2009), криолитозона считается перспективной средой для захоронения CO₂.

На основе анализа литературных данных по теоретическим и экспериментальным исследованиям можно предложить несколько схем по захоронению CO₂: 1) закачка жидкого CO₂ под зону стабильности гидрата CO₂ (ЗСГ CO₂) в подмерзлотных коллекторах (рис. 1а) и 2) закачка CO₂ в газообразном виде непосредственно в ЗСГ CO₂ (рис. 1б). В первом случае CO₂ будет захоронен в жидком виде, а при миграции в зоны трещиноватости перекрывающих пород он может попадать в ЗСГ CO₂. При этом из жидкого CO₂ и поровой воды будут образовываться гидраты CO₂, связывающие жидкий CO₂ в твердую фазу и препятствующие его дальнейшей миграции вверх по разрезу и утечки в атмосферу. Во втором случае, при попадании в коллектор, CO₂ будет переходить в газогидратное состояние, и процесс будет лимитироваться проницаемостью коллектора, в котором образуется гидрат. Ряд экспериментальных и теоретических работ связан с моделированием условий захоронения газообразного CO₂ непосредственно в зоне стабильности гидрата CO₂ в отработанных газовых коллекторах с различными характеристиками. Этому вопросу посвящены работы F. Wright, O. Zatsepina, M. Uddin, D. Coombe и др.

Рис.1. Схема захоронения а) жидкого CO2 в коллектор с покрышкой под зоной стабильности гидрата CO2; б) газообразного CO2 в отработанный газовый коллектор в зоне стабильности гидрата CO2.

Много экспериментальных исследований направлены на изучение замещения метана диоксидом углерода в залежи гидрата метана (Hirohama et al., 1996; Komai et al., 2002; Lee et al., 2003; Ota et al., 2005; White and McGrail, 2008; Park et al, 2008; White et al., 2011 и др.).

Для практического осуществления проектов по захоронению CO₂ в виде газовых гидратов необходимо проведение специальных экспериментальных работ, в том числе по изучению особенностей гидратообразования из жидкого и газообразного CO₂ в поровом пространстве пород, по изучению изменения газопроницаемости пород при гидратообразовании, а также по изучению поведения гидрата CO₂ при изменении термобарических условий.