Разработка методических подходов к моделированию зоны смешения диоксид углерода-природный газ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Дорохина Кристина Валерьевна

• Дорохина Кристина Валерьевна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Дорохина Кристина Валерьевна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ИЗУЧЕНИЕ ПРОБЛЕМ, СВЯЗАННЫХ С ЗАКАЧКОЙ СО2 В ПОРИСТУЮ СРЕДУ

1.1. Обзор мирового опыта закачки СО2 в пористую среду

1.2. Анализ опубликованных результатов моделирования фильтрации СО2 в пористой среде

1.3. Анализ опубликованных результатов исследований воздействия растворов ПАВ на подвижность газов

1.4. Выводы к главе

Глава 2. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ И ТРАССЕРЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЗОНЫ СМЕШЕНИЯ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ-ДИОКСИД УКЛЕРОДА

2.1 Результаты исследования влияния параметров модели и основных физических характеристик диоксида углерода на его смешение с природным газом

2.2 Оценка влияния неоднородности пласта-коллектора и ремасштабирования сетки модели на зону смешения диоксид углерода-природный газ

2.3 Обоснование необходимости проведения закачки трассера перед реализацией технологии частичного замещения буферного объема природного газа на ПХГ

2.4 Выводы к главе

Глава 3. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА В ЗОНУ ЭКСПЛУАТАЦИИ

3.1. Построение сектора 3D модели двухфазной фильтрации пласта с ярковыраженной неоднородностью

3.2. Закачка сверхкритического СО2 с последующим отбором природного газа

3.3. Оценка влияния пены на изменение относительных фазовых проницаемостей по газу на прорыв СО2

3.4. Оценка влияния процесса адсорбции пены породой и периода полураспада пены на распространение СО2

3.5. Оценка влияния сплошного барьера пены и процесса заводнения участка пласта-коллектора на распространение СО2

3.6. Выводы к главе

Глава 4. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ЗАКАЧКИ СО2 В ПОРИСТУЮ СРЕДУ

4.1. Исходные данные для оценки экономической эффективности закачки СО2 в пористый пласт

4.2. Оценка экономической эффективности закачки диоксида углерода с целью частичного замещения буферного объема природного газа

4.3. Оценка экономической эффективности закачки диоксида углерода с целью захоронения в водоносном пласте

4.4. Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методических подходов к моделированию зоны смешения диоксид углерода-природный газ»

Актуальность темы

В настоящее время мировая промышленность направлена на снижение выбросов диоксида углерода в атмосферу. Данный неуглеводородный газ можно использовать на объектах подземного хранения газа с целью частичного замещения буферного объема природного газа и, как следствие, его долгосрочного захоронения. При закачке СО2 в пласт важными проблемами являются: оценка возможности распространения СО2 в зону эксплуатации (зона закачки/отбора природного газа), которое может оказывать влияние на герметичность объекта хранения (цементный камень скважины, породу покрышки и т. д.), необходимость установки системы очистки от примеси СО2 в добываемой скважинной продукции, применения ингибиторов коррозии и т.д. В связи с этим развитие методических подходов повышения степени достоверности прогнозных расчетов зоны смешения СО2-СН4, а также совершенствование технологий, позволяющих минимизировать риски распространения СО2 в зону эксплуатации, является актуальной задачей.

Разработанность темы диссертации

Главный объект изучения в диссертации - повышение степени достоверности результатов моделирования смешения СО2-СН4 с целью ограничения распространения СО2 в зону эксплуатации на основании теоретических исследований.

Вопросам математического моделирования многофазной фильтрации

флюидов в пористых пластах, а также композиционного моделирования

фильтрации неуглеводородных газов посвящены работы Басниева К.С.,

Бузинова С.Н., Бутова К.А., Брусиловского А.И., Вяхирева Р.И., Гончарова

Э.С., Гриценко А.И., Гуревича Г.Р., Дорохина В.Г., Жирова В.В., Журова

Ю.А., Закирова И.С., Закирова С.Н., Закирова Э.С., Зотова Г.А., Коротаева

Ю.П., Максимова В.М., Михайловского А.А., Хана С.А., Ширковского А.И.

и др. Однако в трудах этих ученых не рассматриваются вопросы влияния

4

параметров модели таких как дискретизация и неравномерного масштаба сетки модели на точность прогнозных расчетов зоны смешения СО2-СН4.

В настоящее время вопросам закачки СО2 в пористую среду с целью его захоронения, повышения флюидоотдачи или частичного замещения буферного объема природного газа посвящено множество научных работ. Существенный вклад в изучение данной проблематики внесли Дмитриевский А.Н., Дорохин В.Г., Карвацкий А.Г., Коносавский П.К., Михайловский А.А., Переверзева С.А., Тудвачев А.В., Хан С.А., Хвостова В.Ю., Харходин И.Л. и др. Однако в работах этих ученых не рассматриваются вопросы влияния неоднородности пласта-коллектора и ремасштабирования модельной сетки на воспроизведение зоны смешения СО2-СН4, а также необходимости проведения трассерных закачек перед реализацией технологии частичного замещения буферного объема природного газа на СО2 для уточнения фильтрационно-емкостных параметров пласта.

Большой вклад в разработку и развитие методов регулирования подземных хранилищ газа (далее - ПХГ) внесли следующие ученые: Бузинов С.Н., Варягов, С.А., Власова А.М., Гусев Э.Л., Дудникова Ю.К., Закиров С.Н., Каримов М.Ф., Михайловский А.А., Парфенов В.И., Солдаткина Г.И., Хана С.А., Чарного И.А. и др. В значительной части эти исследования охватывают только разработку технологии изменения фильтрационно-емкостных свойств пласта-коллектора, а также используются при разработке газовых месторождений для изоляции пластовых вод в призабойной зоне скважины. Возможность влияние закачки раствора ПАВ на распространение СО2 в зону эксплуатации ПХГ в данных исследованиях не учитывалась.

Целью работы является повышение степени достоверности результатов моделирования смешения СО2-СН4 с целью ограничения распространения СО2 в зону эксплуатации ПХГ на основании теоретических исследований.

Задачи исследования:

1. Провести анализ мирового опыта по закачке СО2 с целью его захоронения, повышения флюидоотдачи или частичного замещения буферного объема природного газа, а также композиционному моделированию процессов.

2. Выполнить исследование влияния дискретизации и неравномерного масштаба сетки модели на точность моделирования зоны смешения СО2-СН4.

3. Оценить влияние неоднородности пласта-коллектора и ремасштабирования модельной сетки на воспроизведение зоны смешения СО2-СН4; обосновать необходимость использования трассерных компонентов в модели с целью уточнения фильтрационно-емкостных параметров пласта.

4. Выполнить численное исследование влияния дисперсных систем и частичного заводнения залежи на распространение СО2 в зону эксплуатации ПХГ.

5. Оценить экономическую эффективность реализации технологии закачки СО2 в пористую среду с целью его захоронения и частичного замещения буферного объема природного газа на ПХГ.

Научная новизна работы

1. На основании численных исследований обосновано влияние дискретизации и неравномерного масштаба сетки модели на зону смешения СО2-СН4. Установленные закономерности позволяют определить необходимые критерии, предъявляемые к композиционной модели, для повышения точности прогнозных расчетов.

2. Автором изучено влияние неоднородности пласта-коллектора и

ремасштабирования сетки модели на зону смешения СО2-СН4,

обоснована необходимость использования трассерных компонентов с

целью уточнения фильтрационно-емкостных параметров пласта. На

основании полученных результатов разработана методика

моделирования, позволяющая повысить точность прогнозных расчетов

при закачке СО2 в пористой среде для частичного замещения буферного объема природного газа на ПХГ.

3. Впервые рассмотрено использование дисперсных систем по фронту распространения СО2 с целью предотвращения распространения диоксида углерода в зону эксплуатации ПХГ. Методы исследования

В данной работе при исследовании основных вопросов, касающихся тематики диссертационной работы, были использованы следующие методы: анализ, дедукция, сравнение, обобщение, классификация, наблюдение, моделирование.

Степень достоверности результатов проведенных исследований

Достоверность и обоснованность выводов, полученных в результате исследования, подтверждается применением современных методик сбора, обработки и обобщения информации, анализом результатов исследований зарубежных и российских исследователей, использованием данных лабораторных исследований, их сопоставлением с результатами других авторов, стандартизированных математических методов, сертифицированных пакетов компьютерных программ для геологического и гидродинамического моделирования tNavigator.

Результаты исследований в достаточной степени освещены в печатных изданиях и апробированы на научных конференциях. Защищаемые положения:

1. Требования, предъявляемые к композиционной модели, для повышения точности моделирования зоны смешения СО2-СН4.

2. Методика моделирования распространения СО2 в структурах с наличием ярко-выраженной слоистой неоднородности пласта-коллектора с включениями высокопроницаемых и непроницаемых пропластков для частичного замещения буферного объема природного газа на ПХГ.

3. Способ сокращения объема распространения СО2 в зону эксплуатации за счет закачки дисперсных систем и пластовой жидкости по фронту распределения диоксида углерода. Публикации и апробация результатов работ

Основное содержание диссертационной работы изложено автором в 9-ти публикациях, в т.ч. в 6-ти статьях в журналах, входящих в «Перечень...» ВАК Минобрнауки РФ.

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на:

- 67-ой Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ

- 2013», 2013, Москва.

- 68-ой Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ

- 2014», 2014, Москва.

- У1-ой открытой научно-технической конференции молодых специалистов и работников «Молодежь + Наука = Развитие нефтегазовой отрасли», 2015, Астрахань.

- одиннадцатая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», 2015, Москва.

- 77-ой Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ

- 2023», 2023, Москва.

- 1У-ой Международной научно-технической конференции молодых учёных «Транспорт и хранение углеводородов», 2023, Омск. Теоретическая и практическая ценность полученных в

диссертации результатов

Теоретическая значимость заключается в исследовании влияния

дискретизации и неравномерного масштаба сетки модели на точность

моделирования зоны смешения СО2-СН4, влияние неоднородности пласта-

коллектора и ремасштабирования сетки модели на зону смешения СО2-СН4,

необходимости использования трассерных компонентов с целью уточнения

8

фильтрационно-емкостных параметров пласта. В работе показано влияние пенного барьера, частичного заводнения участка пласта-коллектора на распространение СО2 к зоне эксплуатации ПХГ. Исследована экономическая эффективность технологий захоронения и частичного замещения буферного объема природного газа на ПХГ.

Практическая значимость заключается в повышении точности результатов моделирования зоны смешения СО2-СН4 с целью эксплуатации объектов подземного хранения газа с минимальным значением СО2 в скважинной продукции.

Технические решения, представленные в работе, могут быть эффективно использованы на объектах ПХГ и добычи.

Личное участие в получении результатов, изложенных в диссертации, состоит

- в постановке задач, связанных с повышением точности результатов моделирования зоны смешения СО2-СН4 и минимизацией рисков распространения СО2 в зону эксплуатации ПХГ;

- в выполнении расчетов, связанных с оценкой влияния дискретизации и неравномерного масштаба сетки модели на точность моделирования зоны смешения СО2-СН4;

- в выполнении численных исследований по оценке влияния неоднородности пласта-коллектора и ремасштабирования сетки модели на зону смешения СО2-СН4, необходимости использования трассерных компонентов с целью уточнения фильтрационно-емкостных параметров пласта;

- в выполнении расчетов, связанных с оценкой влияния дисперсных систем и частичного заводнения залежи на распространение СО2 в зону эксплуатации ПХГ;

- в выполнении расчетов по оценке экономической эффективности реализации технологий частичного замещения буферного объема

природного газа и захоронения СО2.

9

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы из 68 наименований. Общий объем работы составляет 144 печатных страниц. Текст работы содержит 87 рисунков и 7 таблиц.

Глава 1. ИЗУЧЕНИЕ ПРОБЛЕМ, СВЯЗАННЫХ С ЗАКАЧКОЙ СО2 В

ПОРИСТУЮ СРЕДУ

В настоящее время мировая энергетика направлена на развитие низкоуглеродных технологий. Глобальные изменения связаны с изменением климата. Для снижения негативного влияния антропогенного фактора на климат мировые страны, включая РФ, в своих долгосрочных стратегиях развития устанавливают цели по снижению выбросов парниковых газов.

Согласно Климатической доктрины Российской Федерации, утвержденной 26.10.2023 года, цели сокращения объема выбросов парниковых газов подтверждает последовательность позиции РФ в отношении снижения антропогенной нагрузки на климат и повышения энергоэффективности экономики, а также устанавливает ориентиры для перехода на низкоуглеродный путь развития отраслей национальной экономики. В дальнейшем это позволит развивать российский углеродный рынок.

Одним из вариантов борьбы с негативным воздействием углекислого газа на окружающую среду является его захоронение в геологических структурах. Также СО2 можно использовать на объектах добычи для увеличения флюидоотдачи на поздней стадии разработки.

В то же время опыт свидетельствует о явно недостаточной эффективности существующих методических подходов к моделированию распространения зоны смешения СО2-СН4. В частности, к необходимой точности прогнозных расчетов и развитием технологий по минимизации рисков фильтрации СО2 в зону эксплуатации ПХГ.

При этом автор осознает, что необходимость корректировки существующих методик композиционных гидродинамических расчетов и технических решений, направленных на ограничение распространения СО2 по пласту, требуют серьезного обоснования, как экспериментального, так и теоретического.

Именно сказанным обусловлен выбор автором направления диссертационной исследования.

1.1. Обзор мирового опыта закачки СО2 в пористую среду

Тема декарбонизации актуальна для мировых сообществ, осуществляющих надзор за экологической и экономической составляющими технологий, связанных с выбросами СО2 в атмосферу. Продолжают создаваться проекты, направленные на актуализацию технологий декарбонизации.

В 2019 г. Россия приняла Парижское соглашение постановлением Правительства Российской Федерации от 21 сентября 2019 г. № 1228 «О принятии Парижского соглашения» [30], предполагающее проведение мер, направленных на снижение содержания углекислого газа в атмосфере. Данный акт отражает курс Правительства Российской Федерации (далее -РФ), направленный на борьбу с изменением климата. Однако, важным аспектом остается экономическая целесообразность проведения таких мер. Для этого энергетическим компаниям необходимо использовать технологии, направленные на повышение рентабельности процессов утилизации парниковых газов.

В 2021 г. сотрудники Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» получили грант на создание проекта «Декарбонизация после пандемии: подходы развитых и развивающихся стран» [33]. Целью данного исследования стало определение необходимых подходов развития данных технологий в условиях кризиса.

Распоряжением Правительства РФ от 29 октября 2021 г. №3052-р

утверждена Стратегия социально-экономического развития Российской

Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года [34].

Она подготовлена в соответствии с Указом Президента Российской

Федерации от 4 ноября 2020 г. № 666 «О сокращении выбросов парниковых

газов» [35] с целью реализации статьи 4 Парижского соглашения от 12

12

декабря 2015 г. [16]. Стратегия нацелена на проведение мер по обеспечению сокращения выбросов парниковых газов до 70% к 2030 г. и далее до 2050 г. для достижения более низких показателей по сравнению с Европейским союзом с целью удержания прироста глобальной средней температуры ниже 2 0C сверх доиндустриальных уровней.

Постановлением Правительства Российской Федерации от 29 октября 2022 г. № 1924 «О предоставлении обязательной отчетности региональных регулируемых организаций» [31] в соответствии с частью 1 статьи 9 Федерального закона «О проведении эксперимента по ограничению выбросов парниковых газов в отдельных субъектах Российской Федерации» [36] постановлено: утверждение правил и форм обязательной отчетности региональных регулируемых организаций, а также изменений, вносимых в акты Правительства Российской Федерации. В соответствии с этим нормативно-правовым актом организации, ведущие деятельность, сопровождающуюся выбросами парниковых газов, должны предоставить полную информацию, касающуюся выбросов парниковых газов, посредством заполнения формы обязательной отчетности.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что тема декарбонизации активно продолжает развиваться в РФ.

Технологии закачки СО2 в пласт освещены во многих зарубежных и отечественных работах. С целью анализа степени изученности данной тематики приводится обзор технологий закачки СО2 в геологические структуры.

Наглядными примерами технологий, связанных с закачкой СО2 в пористой среде с целью повышения флюидоотдачи, являются следующие технические решения.

В европейском патенте EP 2220338 (B1) от 06.07.2011 г. [17],

правообладателем которого является компания BP EXPLORATION

OPERATING, авторами была предложена технология долгосрочного

хранения CO2 в нефтяном месторождении. В результате длительной закачки

13

СО2 в пласт с целью повышения нефтеотдачи происходит перенасыщение нефти СО2. Данная нефть дегазировалась, и продукты дегазации закачивались обратно в пласт. Авторы установили, что в результате дегазации образовывались примеси, влияющие на давление насыщения нефти. Таким образом была разработана установка обогащения СО2 с последующим его переводом в жидкое или сверхкритическое агрегатные состояния с последующей закачкой в пласт.

В американском патенте US 8607884 (B2) от 17.12.2013 г. [22] WHEELER THOMAS JAMES, FANG WINDSONG, CONOCOPHILLIPS CO представили техническое решение, в котором с целью извлечения нефти в геологическую структуру нагнетают водяной пар с растворенным в нем СО2. Авторами был обнаружен эффект, заключающийся в том, что закачка пара с растворенным диоксидом углерода в пласт увеличивает флюидоотдачу, на что дополнительно влияет увеличение давления в результате закачки. При этом увеличивается текучесть нефти за счет растворения в ней СО2 и теплопередачи от пара.

В канадском патенте CA 2903092 (C) от 07.08.2018 г. [18] компанией SAUDI ARABIAN OIL CO предложено техническое решение, в котором для повышения нефтеотдачи предполагается использовать процессы заводнения диоксидом углерода. Предполагается осуществлять закачку воды с растворенным СО2 путем ее нагнетания через скважину в пласт с наличием нефтяной оторочки, которая включает тяжелую нефть. После закачки данного раствора плотность и вязкость тяжелой нефти снижалась в результате растворения в ней СО2, что в свою очередь привело к увеличению текучести нефти. Такой метод повышения нефтеотдачи решает проблемы, связанные с наличием высокой плотности и вязкости у тяжелой нефти, за счет закачки водного раствора с растворенным СО2.

В китайском патенте CN108729897 (B) от 02.11.2018 г. [19]

патентообладатель UNIV CHINA PETROLEUM BEIJING представил

технологию смешанного гидроразрыва пласта с примесью СО2 и воды для

14

повышения флюидоотдачи. Задачей для авторов стало создание технологии гидроразрыва без использования химических композиций с целью исключения воздействия химических реагентов на пласт. Технический результат заявленного решения достигается за счет одновременного использования физических и химических свойств СО2 с целью повышения флюидоотдачи. Как отмечается авторами, изобретение подходит для стимулирования гидроразрыва нетрадиционных коллекторов, чувствительных к воде, таких как плотный песчаник и сланец с высоким содержанием карбонатных пород и полевого шпата.

В американском патенте US 10876395 (B2) от 29.12.2020 г. [23], патентообладателем которого является SCHLUMBERGER TECHNOLOGY CORP раскрыта технология сейсмического мониторинга миграции СО2 в нефтеносном коллекторе при его закачке. Закачиваемый СО2 растворяется в верхней части нефтяной оторочки. При этом нижняя часть нефтяной оторочки воздействию СО2 не подвергается, за счет сегрегационного разделения нефти. Целью данного изобретения стала количественная оценка миграции СО2 в пласте. Диоксид углерода закачивается в скважины, содержащие сейсмические источники, в пласт-коллектор, и источники активируются несколько раз в течение дня, а сейсмические сигналы регистрируются в приемниках. Из обнаруженных сигналов определяется временная задержка прямого поступления сигналов, которая используется для отслеживания содержания CO2 в резервуаре в зависимости от времени.

В заявке на китайский патент CN113685156 (A) от 23.11.2021 г. [8] заявителем UNIV SOUTHWEST PETROLEUM предложено изобретение, которое раскрывает скважинное устройство и способ увеличения выхода и нагнетания высокотемпературного сверхкритического СО2 для небольшого хранилища. Посредством заявляемого устройства газообразный СО2 нагревается до высоких температур, а затем закачивается в пласт-коллектор под давлением через перфорационные отверстия. СО2 переходит в

сверхкритическое состояние в процессе нагрева и повышения давления. Заявленный метод позволяет захоронить большое количество СО2 в пласте.

В выше описанных работах авторы акцентируют внимание на повышение флюидоотдачи за счет закачки СО2 в нефтяные месторождения. Диоксид углерода растворяется в нефти и за счет увеличения ее подвижности активнее фильтруется к забоям добывающих скважин. Процесс смешения как таковой здесь отсутствует и нет необходимости в разработке технических решений, ограничивающих распространение СО2 по пласту.

Далее будут рассмотрены работы с закачкой СО2 в геологические структуры с целью его захоронения.

В российском патенте RU 2583029 (C1) от 27.04.2016 г. [20], правообладателем которого является Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ», авторами был предложен режим закачки СО2 в ловушки с термобарическими условиями, подходящими для длительного захоронения СО2 в жидком агрегатном состоянии. Техническим результатом такой технологии стало повышение надежности хранилища, а также снижение затрат на его создание.

Недалеко от г. Берген расположен Европейский Центр технологий СО2

на промышленной площадке Mongstad (технологический центр Mongstad -

Technology Centre Mongstad, TCM). На площадке расположены

нефтегазоперерабатывающий завод и теплоэлектростанция. Дымовые газы с

данных источников поступают на установку, перерабатывающую до 100 000

т CO2 в год. В центре технологий СО2 проводят оценку растворителей для

улавливания СО2 из дымовых газов с различной концентрацией СО2. С

момента начала эксплуатации в 2012 г. было завершено несколько тестовых

испытаний различных систем, в том числе: мобильная испытательная

установка Aker с различными системами аминов, оптимизация установки

Alstom с охлажденным аммиаком, проверка процесса системы Shell Cansolv ,

тестирование растворителя APBS (amine promoted buffer salt -

16

аминоактивированная буферная соль/соли) компании Carbon Clean Solutions, тестирование улучшенного аминного растворителя ION для улавливания СО2. Правительство Норвегии постоянно финансово поддерживает TCM.

Около 30 000 т уловленного CO2 из общего количества используют в промышленных процессах для получения ликвидной продукции. Остальное поступает на захоронение в водоносный пласт Utsira (проект Sleipner). Также прокладывается подводный трубопровод для транспортировки СО2 параллельно существующему газопроводу Mongstad до месторождения Troll (примерно в 75 км от суши) для закачки в пласт-коллектор Johansen на глубину около 3300 м ниже уровня моря, который рассматривается как потенциальное место для захоронения СО2. С конца осени 2023 г. планируется закачивать 1,5 млн т CO2 в год на протяжении 25 лет с дальнейшим увеличением до 5 млн т CO2 в год, который будет поступать в Mongstad с двух заводов - цементный завод NORCEM, где действует установка по улавливанию СО2 в количестве 400 000 т/год, и аммиачный завод YARA, где также действует установка по улавливанию СО2 в количестве 805 000 т/год [45, 50, 65].

Первая крупномасштабная демонстрация проекта улавливания и хранения углекислого газа (УХУ) в Японии с целью практической демонстрации проводится Министерством экономики, торговли и промышленности (METI), организацией «Новая энергетика и развитие промышленных технологий» (NEDO) и компанией Japan CCS Co., Ltd (JCCS). Источником CO2 является установка по производству Н2 методом короткоцикловой абсорбции (PSA) на расположенном рядом нефтеперерабатывающем заводе Idemitsu Kosan (о. Хоккайдо). Отходящие газы содержат H2, CH4, CO и большое количество CO2 (44-59% по объему). В настоящее время этот газ используется в составе топлива для печи риформинга. В демонстрационном проекте Tomakomai транспортируется до 60% отходящих газов по трубопроводу длиной 1,4 км к установке по улавливанию CO2.

В работах [63, 66] представлено описание наземного обустройства по улавливанию и закачке СО2 в пласт. Наземное обустройство было построено в течение периода времени 2012-2015 гг. Мировые тенденции УХУ на сегодняшний день показывают, что большинство источников выбросов СО2 для проектов УХУ представляют собой установки по переработке природного газа с улавливанием до сжигания и промышленной сепарацией, которые работают при высоком парциальном давлении СО2. Чтобы проект Tomakomai мог получить эксплуатационные данные и опыт, которые могут быть применены в будущих проектах УХУ коммерческого масштаба, давление отходящего газа установки КЦА (аналог PSA) увеличивается с помощью центробежного компрессора для достижения уровня парциального давления CO2, сравнимого с тем, что используется в переработке природного газа при улавливании СО2 по технологии до сжигания.

Процесс улавливания CO2 лицензирован BASF. Производительность по

улавливанию CO2 составляет 25,3 т/ч. Значительная часть СО2 в

обогащенном диоксидом углерода растворе амина (марка амина - OASE) из

абсорбционной колонны отпаривается в испарительной колонне низкого

давления путем сброса давления и нагревания потоком пара, содержащего

СО2, из колонны отпарки. Большая часть раствора полуобеднённого амина из

испарительной колонны низкого давления рециркулируется в среднюю часть

пропущено CO2 для улавливания большей части диоксида углерода, а

оставшаяся меньшая часть направляется в колонну отпарки для регенерации

в колонну CO2 - обеднённый раствор амина. В абсорбционной колонне CO2

преобладающая часть диоксида углерода улавливается в нижней части, а

остальная часть улавливается в верхней части. Эта двухступенчатая

абсорбционная система с испарительной колонной низкого давления

приводит к значительному снижению нагрузки на ребойлер амина.

Производительность аминового ребойлера была измерена как 0,92 ГДж/т CO2

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дорохина Кристина Валерьевна, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Афанасьев, А.А. Моделирование закачки СО2 в подземное хранилище природного газа / А.А. Афанасьев // Всероссийская конференция молодых ученых-механиков. - М.: Буревестник МГУ, 2021. - С. 2-4. - URL: http: //youngschool .imec. msu.ru/index.php/ru/component/zoo/item/modelirovanie-zakachki-co2-v-podzemnoe-khranilishche-prirodnogo-gaza.

2. Афанасьев, А.А. Моделирование фильтрации при подземном захоронении углекислого газа с применением высокопроизводительных вычислительных систем / А.А. Афанасьев, О.Э. Мельник, Ю.Д. Цветкова // Вычислительная механика сплошных сред. - 2013. - №4. - С. 420-429.

3. Бузинов, С.Н. Проектирование высокоэффективного комплекса ПХГ Вешховице-Бжостово на территории западной Польши / С.Н. Бузинов, А.А. Михайловский, Р. Рейниш [и др.] // Сб. науч. тр. Отделение подземного хранения газа. - М.: ВНИИГАЗ, 1995. - С. 22-24.

4. Бузинов, С.Н. Математическое моделирование конвективной диффузии в пористой среде / С.Н. Бузинов, А.В. Григорьев, А.А. Михайловский // Математическое моделирование и информатика в научных исследованиях и научном проектировании газовой отрасли. - М.: ВНИИГАЗ, 2000. - С. 31-40.

5. Герни, Б. Современная разработка нефтяных месторождений -проблемы моделирования / Б. Генри, Б. Кричлоу // Пер. с англ. - М: Недра, 1979, 303 с.

6. Деркач, С.Р. Использование ПАВ для интенсификации нефтедобычи при первичном и вторичном вскрытии пластов / С.Р. Деркач [и др.] // Вестник МГТУ. Труды Мурманского государственного технического университета. - 2010. - №4-1. - С. 784-792.

7. Егурцов, Н.А. Опыт эксплуатации подземного хранилища газа в неоднородных коллекторах / Н.А. Егурцов, В.П. Овчинников, И.А. Поваров [и др.] // Обзор. информ. Сер. Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ВНИИЭгазпром, 1991. - 35 с.

8. Заявка на патент № 113685156 Китай, МПК E21B 43/16 (2006.01), E21B 43/24 (2006.01). Скважинное устройство и способ увеличения выхода и закачки высокотемпературного сверхкритического диоксида углерода для компактного пласта : № 113685156 : заявл. 31.08.2021 : опубликовано 23.11.2021 / Ю Лицзюнь, Ван Ян, Кан Или, Ван Цзяруй, Чэнь Ицзянь, Се Цзюнь ; заявитель Юнив Саусвест Петролеум. -6с.: ил. - Текст : непосредственный.

9. Использование инертных газов на подземных газохранилищах в пористых пластах. Транспорт, переработка и использование газа в зарубежных странах. М., ВНИИЭГазпром, 1989, № 7.

10. Каримов, С.С. Совершенствование технологии физико-химического воздействия на нефтяные залежи гранитного фундамента (на примере месторождения «Дракон»): дисс. ... канд. техн. наук: 25.00.17. - Уфа, ГУП ИПТЭР, 2015. - 126 с.

11. Лоренц, А. Возможности создания ПХГ в месторождении азотного газа / А. Лоренц, Р. Мулярчик, З. Рейниш // Доклады на международной конференции по ПХГ. М., РАО ГАЗПРОМ, 1995. - С. 78-83.

12. Методические рекомендации по оценке экономической эффективности инвестиционных проектов от 21.06.1999 № ВК 447 (утверждены Министерством экономики российской Федерации, Министерством финансов Российской Федерации, Государственным комитетом Российской Федерации по строительной, архитектурной и жилищной политике). - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200005634 (дата обращения: 21.08.2022).

13. Налоговый кодекс Российской Федерации (часть первая) от 31.07.1998 № 146-ФЗ (ред. от 28.12.2022) (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.01.2023) / URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_28165/ (дата обращения: 25.08.2022).

14. Налоговый кодекс Российской Федерации (часть вторая) от 19.07.2000 № 118-ФЗ (ред. от 29.12.2022) (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.01.2023) /

URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_28165/ (дата обращения: 25.08.2022).

15. Паникаровский, В.В. Повышение эффективности применения пенообразователей для удаления жидкости с забоев газовых скважин / В.В. Паникаровский, Е.В. Паникаровский // Нефть и газ. - 2019. - №3. - С. 54-63.

16. Парижское соглашение от 12 декабря 2015 года (вступило в силу для Российской Федерации 6 ноября 2019 года). - URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001201911060026 (дата обращения: 19.08.2022).

17. Патент № 2220338 Европейский Союз, МПК E21B 43/16 (2006.01). Способ закачки углекислого газа : № 2009060177 : заявл. 30.10.2008 : опубликовано 06.07.2011 / Коллинз И. Р., Мэйсон Э. Р. ; патентообладатель БП Эксплорэйшн Оперэйтинг. - 16 с. : ил. - Текст : непосредственный.

18. Патент № 2903092 Канада, МПК C09K 8/594 (2006.01), E21B 43/16 (2006.01). Способ улучшения контроля соответствия при затоплении углекислым газом : № 2903092 : заявл. 05.03.2014 : опубликовано 07.08.2018 / Аль-Отайби Фаваз, Кокал С. ; патентообладатель Сауди Арабиан Оил Компани. - 21 с. : ил. - Текст : непосредственный.

19. Патент № 108729897 Китай, МПК E21B 43/267 (2006.01). Способ проектирования прерывистого смешанного гидроразрыва пласта на основе диоксида углерода и скользкой воды : № 108729897 : заявл. 22.05.2018 : опубликовано 18.10.2019 / Цзоу Юши, Ли Сихай, Ма Синьфань, Ли Нин, Чэнь Мин, Чжан Чжаопэн, Чжоу Цзявэй ; патентообладатель Китайский нефтяной университет (Пекин). - 10 с. : ил. - Текст : непосредственный.

20. Патент № 2583029 Российская Федерация, МПК B65G 5/00 (2006.01), E21B 47/06 (2012.01), E21B 47/10 (2012.01). Способ захоронрения СО2 (варианты) : № 20150103160 : заявл. 02.02.2015 : опубликовано 27.04.2016 / Хан С.А., Дорохин В.Г., Хвостова В.Ю. ; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт

природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ». - 12 с. : ил. -Текст : непосредственный.

21. Патент № 2615198 Российская Федерация, МПК В65 G5/00 (2006.01), Е2№ 17/16 (2006.01). Способ эксплуатации подземного хранилища природного газа : № 20150146825 : заявл. 30.10.2015 : опубликовано 04.04.2017 / Хан. С.А., Дорохин В.Г., Скрябина А.С., Бондаренко Н.П. ; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Научно -исследовательский институт природных газов и газовых технологий -Газпром ВНИИГАЗ». - 15 с. : ил. - Текст : непосредственный.

22. Патент № 8607884 Соединенные Штаты Америки, МПК E21B 43/24 (2006.01), E21B 43/16 (2006.01). Процессы извлечения запасов с закачкой пара и углекислого газа : № 201113014463 : заявл. 26.01.2011 : опубликовано 17.12.2013 / Уилер Т. Дж., Фанг В. ; патентообладатель Конокофиллипс Ко. -8 с. : ил. - Текст : непосредственный.

23. Патент № 10876395 Соединенные Штаты Америки, МПК E21B 43/16 (2006.01), Е21В 47/107 (2012.01). Межскважинный сейсмический мониторинг закачки углекислого газа : № 2016160964 : заявл. 30.03.2016 : опубликовано 29.12.2020 / Алтундас Ю.Б., Ли Цзяо, Чугунов Н., Рамакришнан Т.С. ; патентообладатель Шлюмбергер Текнолоджи Корп. - 22 с. : ил. - Текст : непосредственный.

24. Патент № 2483012 Российская Федерация, МПК B65G 5/00 (2006.01). Способ создания малопроницаемого экрана в пористой среде при подземном хранении газа : № 20110144937 : заявл. 03.11.2011 : опубликовано 27.05.2013 / Каримов М.Ф., Хан С.А., Аглиуллин М.Х., Латыпов А.Г., Исламов Р.А., Муллагалиева Л.М, Тернюк И.М. ; патентообладатель Открытое акционерное общество «Газпром». - 17 с. : ил. - Текст : непосредственный.

25. Патент № 2471970 Российская Федерация, МПК E21B 43/16 (2006.01).

Способ вытеснения жидкости из пласта : № 2011137999 : заявл. 14.09.2011 :

опубликовано 10.01.2013 / Каримов М.Ф., Латыпов А.Г., Хан С.А.,

Аглиуллин М.Х., Исламов Р.А., Муллагалиева Л.М, Тернюк И.М., Ибрагимов

138

Р.Р. ; патентообладатель Открытое акционерное общество «Газпром». - 11 с. : ил. - Текст : непосредственный.

26. Патент № 2588500 Российская Федерация, МПК E21B 43/00 (2006.01), B65G 5/00 (2006.01). Способ создания подземного хранилища газа в водоносной геологической структуре : № 2015116101 : заявл. 28.04.2015 : опубликовано 27.06.2016 / Каримов М.Ф., Латыпов А.Г., Муллагалиева Л.М, Аглиуллин М.Х., Исламова А.А., Хан С.А., Костиков С.Л., Тернюк И.М., Дудникова Ю.К. ; патентообладатель Публичное акционерное общество «Газпром» (ПАО «Газпром»). - 14 с. : ил. - Текст : непосредственный.

27. Патент № 2645053 Российская Федерация, МПК B65G 5/00 (2006.01), E21B 33/13 (2006.01). Способ создания малопроницаемого криволинейного экрана в пористой среде при подземном хранении газа : № 2016125787 : заявл. 28.06.2016 : опубликовано 15.02.2018 / Каримов М.Ф. ; патентообладатель Публичное акционерное общество «Газпром». - 25 с. : ил. - Текст : непосредственный.

28. Патент № 2643051 Российская Федерация, МПК E21B 43/22 (2006.01), C09K 8/94(2006.01). Способ удаления жидкости из газовых и газоконденсатных скважин : № 2016139192 : заявл. 05.10.2016 : опубликовано 30.01.2018 / Примаченко А.С. ; патентообладатель Примаченко А.С. - 8 с. : ил. - Текст : непосредственный.

29. Переверзева, С.А. Захоронение промышленных выбросов углекислого газа в геологические структуры / С.А. Переверзева, П.К. Коносавский, А.В. Тудвачев, И.Л. Харходин [и др.] // Вестник Санкт-Петербургского университета. - 2014. - №1. - С. 5-20.

30. Постановление Правительства Российской Федерации «О принятии Парижского соглашения» от 21.09.2019 № 1228. - URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001201909240028 (дата обращения: 20.08.2022).

31. Постановление Правительства Российской Федерации "О

представлении обязательной отчетности региональных регулируемых

139

организаций" от 29.10.2022 № 1924. - URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202211010038 (дата

обращения: 11.01.2023).

32. Приложение № 2 к приказу Минэкономразвития России от 27.03.2019 г. № 167. Методика оценки эффективности использования средств федерального бюджета, направляемых на капитальные вложения. - URL: https://base.garant.ru/72979710/f7ee959fd36b5699076b35abf4f52c5c/ (дата обращения 08.10.2022).

33. Проект декарбонизация после пандемии: подходы развитых и развивающихся стран. - 2021. - URL: https://we.hse.ru/climate/decarbonisation (дата обращения: 20.09.2022).

34. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 29.10.2021 № 3052-р. - URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202111010022 (дата обращения: 24.09.2022).

35. Указ Президента Российской Федерации «О сокращении выбросов парниковых газов» от 04.11.2020 № 666. - URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202011040008 (дата обращения: 25.08.2022).

36. Федеральный закон «О проведении эксперимента по ограничению выбросов парниковых газов в отдельных субъектах Российской Федерации» от 06.03.2022 № 34-ФЗ. - URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202203060003 (дата обращения: 27.09.2022).

37. Хайдук, В. Геологическое хранение CO2 в странах Восточной Европы, Кавказа и Центральной Азии: первичный анализ потенциала и политики // отчет ЕЭК ООН. - Женева, 2021. - С. 1-45.

38. Хан, С.А. Использование особенностей агрегатных состояний двуокиси углерода для замещения части буферного объема подземных хранилищ газа /

С.А. Хан, В.Г. Дорохин, Н.П. Бондаренко // Газовая промышленность. - 2016.

- №4. - С. 30-35.

39. Хан, С.А. Анализ поведения сверхкритического СО2 и N2 в пластовых условиях при частичном замещении объемов буферного газа на примере Кущевского ПХГ / С.А. Хан, В.Г. Дорохин // Газовая промышленность. -2016. - №7-8. - С. 50-54.

40. Хан, С.А. Исследование возможности частичного замещения буферного объема газа на диоксид углерода на ПХГ /С.А. Хан, А.С. Гарайшин [и др.] // Территория нефтегаз. - 2015. - №5. - С. 18-21.

41. Хан, С.А. Оценка влияния установки экрана из дисперсных систем на обводнение эксплуатационных скважин / С.А. Хан, Ю.К. Дудникова, М.Ф. Каримов // Газовая промышленность - 2016. - № 12. - С. 46-51.

42. Aziz, K. Petroleum reservoir simulation / K. Aziz, A. Settari // London-NY: Applied Science Publishers, 1979. — 476 p.

43. Ansah, J. Two-Zone Commingled Production Usinglntelligent Well Completion Coupled With ESP Through a Hydraulic Disconnect Tool / J. Ansah, M.A. Al-Shehab, F.A. Al-Bani, B.I. Al-Quaimi, S. Jacob // 16th Middle East Oil and Gas Show and Conference 2009. - Bahrain, 15-18, March, 2009. - Pp. 817824.

44. Barn, A. A Graphical Method to Evaluate Multi-Reservoir Commingling / A. Barn, S. Alnuaim // SPE Saudi Arabia Section Technical Symposium and Exhibition. - Al-Khobar, 21-24 April, 2014. Pp. 960-968.

45. Bjorn-Erik H. TCM: the first 5 years. Norway advancing full scale CCS on industrial flue gases / H. Bjorn-Erik // Gassnova. CO2 technology centre Mongstad.

- Norway, 2017. - 27 slides.

46. Carriere, J.F. Stockage Souterrain de Saint-Clair-sur-EpteAEtudes Prealables a la Mise en Gas et au developpement des Reservoirs Sequanien et Rauracien / J.F. Carriere, P.Bia // Congress of Technical Association of French Gas Industry, 1980.

- 18 p.

47. Carriere, J.F. Mixing in Underground Storage reservoirs / J.F. Carriere, G. Fasanino, M.R. Tek // SPE Annual Technical Conference and Exhibition, September 1985. - Pp. 142-150.

48. Colonna, J. Evolution of Capillarity and Relative Permeability Hysteresis / J. Colonna, F. Brissaud, J.L. Millet. // SPEJ Trans, February 1972. - Pp. 28-38.

49. Combe, J. L'optimisation de l'exploitation d'un gisement pétrolier grace au simulateur SCORE / J. Combe, M. Latil // Congress of French Technical Assiciation of Petroleum, 1985. - Pp. 149-158.

50. Ernst, P.A. DoE/NETL Project / P.A. Ernst, T.K. Arne // Review Meeting. -Mongstad, 2021. - 18 slides.

51. Goblet, P. Modélisation du transfert de masse et d'énergie en aquifère: des approches numériques aux applications / P. Goblet // Hal open science, March 2012. - Pp. 513-533.

52. Kron, N.D. Three-Dimensional Geologic Model of the Pecatonica Gas Storage Field, Winnebago County, Illinois / N.D. Kron, D.H. Malone, E.W. Peterson // World Journal of Environmental Engineering, 2015. - №4. - Pp. 121125.

53. Lantz, R. B. Quantitative Evaluation of Numerical Diffusion / R. B. Lantz //, Society of Petroleum Engineers Journal, September 1971. - 315 p.

54. Laille, J.P. Inert Gas Injection as Part of the Cushion of the Underground Storage of Saint-Clair-Sur-Epte / J.P. Laille // SPE Gas Technology Symposium, September 1988. - P. 343-352.

55. Laille, J.P. A case history in conversion and Inert gas injection as cushion substitute / J.P. Laille, C. Coulomb // SPE Annual Technical Conference and Exhibition, October 1986. - Pp. 286-292.

56. Leablanc, M. La Modelisation de Reservoir Souterrain de Germigny-sous-Coulombs / M. Leablanc, O. Marcel, J. E. Molinard // Technical Association of French Gas Industry, 1984. - 28 p.

57. Leeuwenburgh, O. Enhanced Gas Recovery - a Potential 'U' for CCUS in

The Netherlands / O. Leeuwenburgh, F. Neele, C. Hofstee, P.J. Weijermans, H. de

142

Boer, P. Oosthoek, A. Lefebvre, R. Godderij, M. Gutierrez-Neri // In Proceedings of the Energy Procedia Elsevier, 2014. - Pp. 7809-7820.

58. Millet, J.L. La Conversion du Reservoir Souterrain de Beynes de Gaz Manufacture en Gas Naturel / J.L. Millet, R. Lezer // Congress of Technical Association of Franch Gas Industry, 1976. - 14 p.

59. Oldenburg, C. Economic feasibility of carbon sequestration with enhanced gas recovery (CSEGR) / C. Oldenburg, S. Stevens, S. Benson // Energy, Elsevier, 2004. - Pp. 1413-1422.

60. Polak, S. Reservoir simulation study of CO2 storage and CO2-EGR in the Atzbach - Schwanenstadt gas field in Austria / S. Polak, A.A. Grimstad // In Proceedings of the Energy Procedia, 2009. - Pp. 2961-2968.

61. Quandalle, P. The Use of Flexible Gridding for Improved Reservoir Modeling / P. Quandalle, P. Besset // SPE 12239 prepared for presentation at the 59th Annual Technical Conference and Exhibition, October 1983. - 10 p.

62. Quandalle, P. Reduction of Grid Effects Due to Local Sub-Gridding in Simulations Using a Composite Grid / P. Quandalle, P. Besset // SPE 13527 prepared for presentation at the SPE Reservoir Simulation Symposium, February 1985. - 11 p.

63. Report of Tomakomai CCS demonstration project at 300 thousand tonnes cumulative injection/ Overview, May 2020. - 18 slides.

64. Singh, H. Impact of four different CO2 injection schemes on extent of reservoir pressure and saturation / H. Singh // Advances in Geo-Energy Research, 2018, vol. 2, №3. - Pp. 305-318.

65. Sverre, O. Northern Lights - receiving and permanent storage of CO2 / O. Sverre // Plan for development, installation and operation Part II - Impact Assessment, October 2019. - 242 p.

66. Tanaka, Y. Tomakomai CCS demonstration project of Japan, CO2 injection in Process / Y. Tanaka, Y. Sawada, D. Tanase, J. Tanaka, S. Shiomi, T. Kasukawa // 13th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies,

GHGT-13, November 2016. - Pp. 5836-5846.

143

67. Tek, M.R. Underground Storage of Natural Gas Theory and Practice / M.R. Tek // Kluwer Academic Publishers, 1988. - Pp. 371-383.

68. Van der Meer, B. Carbon Dioxide Storage in Natural Gas Reservoirs / B. Van der Meer // Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP, 2005, Vol. 60, № 3. - Pp. 527-536.