Пермські науковці виявили, як зменшити парниковий ефект, закачуючи вуглекислий газ у нафтові пласти.
Стаття опублікована в Chemical Engineering Journal. Дослідження виконано в рамках програми стратегічного академічного лідерства «Пріоритет 2030».
Парниковий ефект призводить до підвищення температури на планеті, затримуючи сонячне тепло. Це природний процес, але на нього значно впливає діяльність людини. Викопні види пального, такі як нафта, залишаються основними джерелами енергії, однак при їх спалюванні в атмосферу викидаються парникові гази. Серед них – вуглекислий, який посилює глобальне потепління, тому його потрібно якось утилізувати.
Ефективним рішенням вважається захоплення, використання та зберігання цього газу в нафтових пластах. Його очищають від домішок, стискають і під високим тиском закачують у пласт, де він змішується з рідиною всередині. Це також покращує текучість нафти і таким чином підвищує її видобуток. Технологія користується популярністю, однак мікроскопічні процеси і те, як розчинення газу впливає на властивості породи, ще недостатньо вивчені. Складні фізико-хімічні реакції між вуглекислотою – розчиненим у воді вуглекислим газом – і породою можуть впливати на фізичні властивості останньої: пористість, проникність, змочуваність тощо. Від них залежить, скільки нафти можна видобути з пласта.
Вчені Пермського Політеху досліджували, що відбувається, коли вуглекислий газ закачують у гірські породи для безпечного зберігання. Вони провели експеримент на керні – зразку довжиною 20 міліметрів і діаметром 10 міліметрів, вирізаному з гірської породи. Його висушили, перевірили на герметичність і просканували через томограф, в результаті чого отримали 3D-зображення та можливість розглянути пори. Потім його заповнили дистильованою водою, насиченою вуглекислотою, після чого провели повторне сканування, щоб побачити і порівняти зміни в структурі. У процесі експерименту вимірювалося кількість рідини, що виходила з керна, а також досліджувалися рідина і осад, які утворилися в результаті реакції.
Виявилося, що закачка вуглекислого газу впливає на проникність пласта – цей показник вкрай важливий для видобутку нафти.
«Експеримент показав, що вуглекислота призводить до неоднозначних змін у структурі пор. Розчиняючись у пластовій воді, вона вступає в хімічну реакцію з гірською породою і тим самим запускає два протилежні процеси. Спочатку газ руйнує тонкі стінки між порами, роблячи їх більшими (за рахунок збільшення пустот, крізь які тече рідина, зростає і проникність): після 35 годин реакції пористість підвищилася майже на два відсотки (з 14 до 16 відсотків). Однак пізніше в результаті цієї реакції утворюється осад карбонату калію у вигляді кристалів, які можуть блокувати пори і цим заважати видобутку нафти. Це призводить до різкого зменшення проникності», – коментує Дмитро Мартюšev, професор кафедри нафтових технологій ПНІПУ, доктор технічних наук.
При подальшій закачці вуглекислоти починає випадати карбонат магнію. Спочатку він виглядає як пухкий осад з рихлою структурою і великими порами – така структура тимчасово покращує проникність породи. Однак потім він починає утворювати лусочкові кристали, через що потік рідини знову ускладнюється, і пори продовжують блокуватися. В результаті проникність породи знижується на 60-70 відсотків порівняно з початковою.
Дослідження вчених Пермського Політеху допоможе краще зрозуміти, як безпечно закачувати вуглекислий газ у пласти, щоб зберігати його та видобувати більше нафти. Цей процес виявився більш складним, тому перш ніж використовувати газ для підвищення нафтовіддачі або утилізації в пластах, політехніки рекомендують проводити лабораторні дослідження його взаємодії з водою та гірською породою, щоб виключити негативні наслідки, які призводять до зменшення видобутку. У майбутньому вчені планують провести додаткові експерименти з різною швидкістю потоку та тиском, щоб вивчити, як ці фактори впливають на закупорку пор.