ИСТИНА

Исследование многофазных течений, сопровож-дающих утилизацию (т.е. захоронение) сверхкрити-ческого углекислого газа (CO2) в водонасыщенных и нефтяных пластах представляет актуальную задачу. Углекислый газ – парниковый газ, выбросы которого в атмосферу приводят к глобальному потеплению. Снижение антропогенных выбросов CO2 за счет за-качки и долгосрочного хранения газа в проницаемых недрах Земли является важнейшим средством реше-ния климатических проблем. В нашей стране быстро возрастающий интерес к декарбонизации также свя-зан с планирующимся введением трансграничного углеродного регулирования и созданием рынка квот на выбросы парниковых газов. Предполагается, что поставки потребителям ископаемого топлива, сжига-ние которого приводит к загрязнению окружающей среды, будут облагаться дополнительным “углерод-ным” налогом. В этой связи захоронение продуктов сжигания топлива, в частности CO2, является сред-ством для снижения воздействия отмеченного нало-гообложения на традиционные энергоресурсы. Скрининг недр с целью определения геологиче-ских объектов, т.е. конкретных пластов, в которых можно безопасно хранить большие объемы парнико-вых газов, требует повсеместного применения чис-ленного моделирования многофазной многокомпо-нентной фильтрации в широком диапазоне давлений и температур, содержащем критические термодина-мические параметры жидкостей и газов. Только с помощью гидродинамического моделирования мож-но определить такие важные показатели геологиче-ских объектов как емкость (объем газа, который можно захоронить), приемистость (максимальный темп нагнетания газа в пласт) и безопасность захоро-нения (отсутствие сценариев, при которых газ может вернуться в атмосферу). Оценка данных показателей осложняется околокритическим состоянием CO2, растворением газа в пластовой воде и нефти, фазо-выми превращениями между жидким и газообразным CO2, примесями других газов (например, азота) и другими эффектами. В докладе буден дан обзор моделей, учитываю-щих отмеченные эффекты, и представлены результа-ты приложения этих моделей в исследованиях утили-зации CO2 в водонасыщенных пластах [1–3]. Во-первых, будут представлены результаты ис-следования нелинейных волн – фронтов вытеснения, температурных разрывов и волн Римана – распро-страняющихся от нагнетательной скважины в пласт на начальных этапах закачки газа. На фазовой плос-кости ограничены области качественно различных решений, взаимное расположение которых определя-ется околокритическим термодинамическим состоя-нием CO2. Показано, что в существующих проектах утилизации закачка газа приводит к распростране-нию различных пакетов волн [2]. Во-вторых, будут представлены результаты моде-лирования утечки CO2 к поверхности Земли. В таких случаях, при снижении давления образуются две фа-зы жидкого и газообразного CO2 и происходит ин-тенсивное испарение сжиженного газа, приводящее к снижению температуры [1]. В-третьих, будут представлены результаты иссле-дования, позволившего определить безразмерный критерий подобия, характеризующий максимальное расстояние, на которое газ распространится в накло-ненном к горизонту пласте. Критерий получен из системы законов сохранения, описывающих несме-шивающуюся фильтрацию воды и газа, и подтвер-жден в рамках обширного параметрического иссле-дования нагнетания CO2 в различные пласты. В-четвертых, исследована перспективность закач-ки СО2 в подземные хранилища природного газа (ПХГ) с целью замещения буферного газа сверхкри-тическим СО2 и захоронения СО2 Выполнено трех-мерное моделирование в рамках расчета фильтрации смеси H2O–CO2–CH4. Предложена стратегия эксплу-атации ПХГ с двумя группами скважин, одна из ко-торых используется для закачки и отбора природного газа (CH4), а вторая – для захоронения CO2 на пери-ферии ПХГ. Показано, что за счет циклического из-менения направления фильтрации газов, вызванного закачкой и отбором CH4 из ПХГ, более половины утилизированного CO2 можно растворить в пласто-вой воде. При этом объем растворенного CO2 в не-сколько раз больше рабочего (активного) объема ПХГ. Таким образом, предложенная стратегия закач-ки газов позволяет эффективно захоронить CO2 в ПХГ. Показано, что тем не менее закачка СO2 также сопровождается и негативными последствиями, свя-занными с перемешиванием газов в пласте [3]. Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 19-71-10051).