Результат интеллектуальной деятельности: Способ захоронения смеси газов, основным компонентом которой является углекислый газ

Изобретение относится к области подземного хранения вредных газов, а также защите окружающей среды и предназначено для длительного захоронения углекислого газа.

Известен способ захоронения СО₂ (патент РФ №2583029, Е21В 47/10, опубл. 27.04.2016), включающий закачку СО₂ в жидком агрегатном состоянии в водоносную структуру с термобарическими параметрами пласта, характерными для жидкого агрегатного состояния СО₂, бурение скважин в купольной части структуры ловушки. Контроль за герметичностью по латерали ловушки осуществляют посредством наблюдательных скважин, расположенных вблизи замыкающей изогипсы ловушки, а по вертикали ловушки - посредством расположенных на вышезалегающих горизонтах контрольных скважин.

Недостатком указанного способа является то, что при захоронении СО₂ в жидком агрегатном состоянии, не рассматривалось его влияние на породу пласта-коллектора. Таким образом, при хранении СО₂ в газообразном и сверхкритическом агрегатном состоянии можно повысить герметичность хранилища за счет набухания минералов горных пород в среде, содержащей СО₂, по сравнению с жидким агрегатным состоянием СО₂. Также в смесь газов основным компонентом которого является СО₂ (далее смесь газов) допустима незначительная примесь других неуглеводородных компонентов, таких как СО, азот, кислород и др., что в свою очередь также повысит набухание минералов горных пород в среде, что также повысит герметичность хранилища.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является способ захоронения смеси газов, позволяющий снизить фильтрационно-емкостные характеристики породы за счет набухания минералов горных пород и, как следствие, повышения герметичности хранилища.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности хранения смеси за счет минимизации рисков миграции смеси за пределы ловушки по латерали (горизонтали) и вертикали, за счет снижения фильтрационно-емкостных параметров породы при воздействии на него смеси, находящейся в газообразном, сверхкритическом и жидком агрегатных состояниях.

Указанный технический результат достигается за счет того, что смесь хранится в недрах в газообразном, сверхкритическом или жидком агрегатных состояниях.

В способе захоронения смеси газов, основным компонентом которой является углекислый газ, включающем для захоронения смесь газов, основным компонентом которого является СО₂, выбирают геологические структуры с герметичной покрышкой и термобарическими параметрами, способствующими длительному захоронению смеси газов основным компонентом которого является СО₂ в газообразном, сверхкритическом и жидком состояниях с глубиной залегания структуры не более 10 км, бурят скважины для закачки смеси газов основным компонентом которого является СО₂ на геологической структуре или ведут закачку углекислого газа в существующие скважины в любой интервал на глубине до 10 км, при этом ведут мониторинг по распространению углекислого газа по латерали и вертикали структуры в указанном интервале.

Способ осуществляют следующим образом.

Выбирают геологическую структуру с герметичной покрышкой по смеси и термобарическими параметрами, способствующими длительному захоронению смеси во всех агрегатных состояниях с глубиной залегания структуры не более 10 км (в месторождениях угля, углеводородов, в т.ч. истощенные, геологические структуры водоносных пористых и проницаемых пластов, выработки в непроницаемых горных породах и др.). Через пробуренные скважины или существующие скважины, ведут закачку смеси в любой интервал на глубине до 10 км. Размещение пробуренных скважин, система вскрытия объекта захоронения в этих скважинах, общие темпы закачки и распределение по скважинам должны учитывать геологическое строение и неоднородное распределение фильтрационно-емкостных свойств, плотности и вязкости смеси газов и пластовых флюидов объекта захоронения, таким образом, чтобы обеспечить максимальное заполнение объекта захоронения.

Контроль за герметичностью (мониторинг) по вертикали и латерали осуществляется путем проведения промыслово-геофизических замеров в скважинах, в случае их наличия, а также на дневной поверхности производится газогеохимичекая съемка, а также с использованием расчетных методов в интервале до 10 км.

Транспортировать к объекту захоронения и осуществлять закачку смеси газов в объект захоронения можно в любом агрегатном состоянии, однако в жидком виде перевозка и закачка смеси газов наиболее технически и экономически эффективна.

Стоит отметить, что при закачке смеси для повышения нефтеотдачи, газоотдачи, конденсатоотдачи, предупреждения обводнения скважин, повышения пластового давления также попутно решается задача захоронения смеси.

Рассмотрим реализацию заявленного способа при закачке смеси с целью его захоронения в газообразном или сверхкритическом агрегатных состояниях на примере коллектора, у которого основным породообразующим минералом является кварц, который преобладает среди прочих терригенных обломков и присутствует в виде неокатанных и полуокатанных разностей. Среди обломков кварца различимы изометричные монокристаллы с реликтами кристаллографической огранки и удлиненные зерна с включениями рутила, циркона и слюды. По типоморфным особенностям кварц является производным гранитных комплексов. Содержание кварца изменяется от 25 до 53% в зависимости от глинистости. Полевые шпаты составляют 15-30%, представлены ортоклазом (5-15%), который в различной степени каолинизирован, при этом каолинит развивается по трещинам и краям таблитчатых кристаллов ортоклаза. Плагиоклазы представлены кислыми разностями, преимущественно альбитом, устойчивым к растворению и содержатся в количестве (5-18%). Обломки пород составляют не более 5%. Это слабо окатанные зерна тонкоагрегатных кварцитов и глинисто-слюдистых сланцев.

Цемент алевролитов глинистый, полиминеральный, в основном смектитового (7-40%), иллитового (2-8%), реже каолинитового, хлоритового и смешаннослойного состава, содержание которых в сумме не превышает 10%. Таким образом, основным породообразующим минералом глинистой составляющей коллекторов является разбухающий минерал группы смектитов.

Значения пористости общим содержанием от 20 до 25%. Пустотное пространство приурочено к отдельным слабо глинизированным алевритовым пористым прослоям и достаточно плотной сети открытых сообщающихся трещин, обеспечивающих хорошую проницаемость глинистых прослоев.

Смесь влияет на глинистые минералы группы смектита (монтмориллонит), при этом происходит набухание минерала (увеличение кристаллической структуры минерала за счет внедрения в межслоевой промежуток гидратированных катионов). При набухании увеличивается объем смектита, что негативно влияет на фильтрационно-емкостные свойства пород (таблица 1), так как происходит увеличение заполнения пустотного пространства. Осуществление изобретения поясняется следующей таблицей:

Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность хранений смеси (без риска миграции по латерали и вертикали) за счет снижения фильтрационно-емкостных характеристик породы.