Сотрудники лаборатории Общей гидромеханики НИИ механики МГУ имени М. В. Ломоносова в составе группы российских ученых определили перспективные геологические формации для захоронения парниковых газов. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Gas Science and Engineering.

Сегодня антропогенные выбросы углекислого газа — продукта горения ископаемого топлива — находятся на рекордно высоком уровне и продолжают расти. Ежегодно на одного человека в среднем приходится более четырех тонн выбросов углерода в атмосферу. В результате усиливается парниковый эффект, вызывающий глобальное потепление, которое зачастую приводит к природным катастрофическим явлениям: пожарам, наводнениям и засухам.

Одним из решений данной проблемы являются достижение нейтрального баланса углерода в атмосфере и декарбонизация энергетики. Ответственные шаги в этой области требуют их детального научно-технического обоснования. Это важно для создания стратегий социально-экономического развития России с низким уровнем выбросов парниковых газов.

Ученые помогли оценить перспективность применения в регионе Западной Сибири технологии улавливания и размещения углекислого газа под землей (ССUS — Carbon Capture, Utilization and Storage). Технология CCUS предполагает закачку в проницаемые геологические пласты миллионов тонн газообразных выбросов промышленных предприятий с целью их захоронения или долгосрочного хранения. Это позволяет исключить попадание загрязняющих эмиссий в атмосферу и, таким образом, способствует снижению антропогенного воздействия на климат.

Размещение газа под землей может вестись в истощенных месторождениях нефти и газа и в водонасыщенных пластах. Таким образом, нефтегазоносные провинции, о которых накоплен большой спектр геофизических данных, имеют наилучшие перспективы для обоснованного и безопасного развертывания технологии CCUS.

Исследовательская группа, включающая ученых МГУ, Сколковского института науки и технологий и инженеров Научно-технического центра компании Газпромнефть, при помощи геологических данных, предоставленных промышленным партнером — Газпромнефть НТЦ, рассчитала показатели эффективности использования пластов, формировавшихся в различных условиях осадконакопления. Это непростая многопараметрическая научная задача, потребовавшая сопряжения знаний в области гидромеханики и геофизики.

«Оценка объемов углекислого газа, которые можно безопасно закачать в пласт, требует проведения исследований на стыке механики жидкости и газа, механики твердого тела, геологии и геохимии. Необходимо рассчитывать трехмерные многофазные течения жидкостей и газов в неоднородной геологической среде с учетом различных режимов эксплуатации скважин, использующихся для закачки CO2, физико-химических взаимодействий между жидкостями и горной породой и изменяющимся напряженно-деформированным состоянием пористой среды. Проведение исследований в таком широком спектре областей знания возможно только с помощью создания научных коллабораций. Мы рады быть частью одной из таких коллабораций», — говорит руководитель лаборатории, член-корреспондент РАН Андрей Афанасьев.

Каждая геологическая формация — уникальный объект моделирования, так как она характеризуется различными условиями осадконакопления, различными геологическими и механическими параметрами. Сравнение между собой таких объектов представляет собой нетривиальную задачу, которую команде ученых удалось решить с помощью проведения многовариантных расчетов и секторного гидродинамического моделирования. Для Западной Сибири впервые даны оценки емкостей и приемистостей пластов, а также коэффициента использования пласта при различных сценариях закачки газа. Ученые объяснили, почему барьерные условия осадконакопления имеют наибольшие перспективы для эффективного размещения миллионов тонн углекислого газа.

«Результаты наших исследований позволяют значительно сконцентрировать дальнейшую работу по оценки перспективности развертывания технологии CCUS на конкретных геологических формациях. Это важно для создания более точных моделей технологических процессов, вовлеченных в CCUS», — поясняет Андрей Афанасьев.