Исследователи Передовой инженерной школы Новосибирского государственного университета (ПИШ НГУ) разработали математические модели и инструменты мониторинга, которые позволяют оценивать безопасность захоронения углекислого газа (CO₂) в геологических формациях. Работа велась в рамках трёхлетнего гранта Министерства науки и высшего образования РФ совместно с коллегами из университета Тунцзи (Шанхай, Китай).
Речь идёт о технологии улавливания и захоронения CO₂, которая считается одним из перспективных способов снижения негативных эффектов от выбросов парниковых газов. Суть подхода заключается в том, чтобы закачивать углекислый газ в надежно изолированные геологические структуры, включая уже выработанные месторождения углеводородов, и надёжно изолировать его там на десятки и сотни лет. Ключевая задача при этом — исключить риск утечек газа на поверхность.
Как рассказал научный сотрудник ПИШ НГУ Александр Валов, в рамках проекта исследователи сосредоточились на самых уязвимых элементах таких систем.
— Мы изучали устойчивость скважины и околоскважинной зоны — то есть сценарии, при которых может нарушиться её целостность и закачанный CO₂ начнёт выходить наружу, разрушая пространство за обсадной колонной скважины. Наша задача — заранее смоделировать такие риски и предложить способы их предотвращения, — пояснил он.
Учёные разработали несколько математических моделей, описывающих возможные механизмы разрушения скважин по техногенным причинам. Особое внимание уделялось цементной оболочке, которая герметизирует скважину и считается наиболее слабым звеном конструкции. Модели учитывают механические и температурные воздействия, возникающие при закачке газа, а также сценарии отслоения цемента с образованием каналов утечки.
Параллельно команда отрабатывала системы мониторинга, позволяющие обнаружить утечки на ранней стадии. Для этого использовались акустические методы и распределённая термометрия — датчики, фиксирующие наличие характерных шумов и изменения температуры в скважине. Разработанные подходы проверялись на специальном экспериментальном стенде, где в уменьшенном масштабе воспроизводился процесс закачки CO₂.
— Эксперименты показали, что часть датчиков хорошо справляется с задачей, а для других требуется более высокая чувствительность. По итогам экспериментов и сопоставления с разработанными нами математическими моделями мы сформировали конкретные технологические рекомендации, — отметил Александр Валов.
Работа велась в сотрудничестве с китайским университетом Тунцзи. При этом партнёры сосредоточились на условиях, характерных для базальтовых шельфов в районе Шанхая, а новосибирские учёные — на геологических особенностях осадочных пород, распространённых в России. Это позволило охватить широкий спектр возможных условий захоронения CO₂.
Практическую заинтересованность в результатах проекта проявила одна из российских компаний нефтегазовой отрасли, которая рассматривает зрелые скважины как потенциальные хранилища углекислого газа. Для неё были разработаны инструменты, позволяющие под конкретные параметры месторождения моделировать сценарии закачки и выбирать наиболее безопасные режимы.
— Модель нужна именно для того, чтобы заранее «проиграть» разные сценарии и понять, какие из них минимизируют риски. Конкретные параметры всегда зависят от геологии и конструкции скважины, — подчеркнул Александр Валов.
Полученные в ходе проекта компетенции, по словам учёных, могут быть востребованы и для оценки рисков разрушения цементной оболочки обсаженной скважины и при других технологических операциях, подразумевающих интенсивное воздействие на скважину. Разработанные подходы позволяют не только оценивать безопасность захоронения CO₂, но и снижать экологические риски при развитии технологий добычи нефти и газа.
редакция по материалам Новосибирского государственного университета
© фото предоставлено институтом
