Углерод, улавливание и секвестрация: трудности выбора идеального места

Геологическая секвестрация (GS) углекислого газа (т.е. буква «S» в CCS [улавливание и секвестрация углерода]) – это доступная технология со значительным потенциалом сокращения антропогенных выбросов углекислого газа. Но, если процитировать Шекспира, есть одна загвоздка. Десятилетия опыта закачки жидкостей в землю выявили фундаментальную истину: не бывает двух одинаковых мест закачки. Изменчивость свойств жидкости и породы (часто на расстоянии, которое можно измерить броском камня), различия в конструкции нагнетательных скважин и контрастные методы эксплуатации могут привести к глубоким различиям в том, как закачиваемая жидкость движется через подземные пласты, как эта жидкость удерживается в поровом пространстве породы, и к каким непреднамеренным последствиям может привести закачка флюида в это поровое пространство, уже занятое грунтовыми водами. У каждого места, каждого проекта и каждой скважины есть свои особенности. Чрезвычайно важно глубокое понимание условий конкретной площадки — от планирования до строительства, закачки и закрытия площадки — чтобы обеспечить безопасное и надежное долгосрочное захоронение углекислого газа в недрах. К счастью, во многих областях, представляющих интерес для GS, существует богатый источник данных о недрах и эксплуатации: скважины класса II с подземным контролем нагнетания (UIC).

В 2021 году 2,7 миллиарда тонн парниковых газов (ПГ) в эквиваленте диоксида углерода (CO2e) были выброшены в атмосферу крупными объектами с прямыми выбросами (т.е. объектами, выбрасывающими более 25 000 тонн CO2e в год) в Соединенных Штатах. примерно половина всех выбросов парниковых газов в атмосферу США. Семь штатов — Техас, Луизиана, Индиана, Пенсильвания, Флорида, Огайо и Калифорния — каждый выбросили более 100 миллионов тонн CO2-эквивалента, что составляет 43% от общего количества крупных предприятий США, производящих прямые выбросы. Добавьте к этому списку Иллинойс и Алабаму, и на эти девять штатов приходится 50% общих выбросов крупных предприятий (рис. 1).

На долю Техаса, крупнейшего в штате источника выбросов парниковых газов, пришлось примерно одна шестая (466 миллионов тонн CO2-экв) от общего объема выбросов в 2021 году от этих крупных предприятий, производящих прямые выбросы. Если бы все выбросы парниковых газов Техаса (из которых примерно 90% составляет углекислый газ) были бы улавлены, закачаны и сохранены в виде сверхкритической жидкости (т. е. жидкости при температуре выше критической температуры (88°F для CO2) и при Давление выше критического давления (1070 фунтов на квадратный дюйм для CO2), с плотностью, как у жидкости, и вязкостью, как у газа, это будет равняться примерно 5 миллиардам баррелей (или примерно 200 миллиардов галлонов), изолированным под землей. (и это так), учтите, что в 2021 году в Техасе было закачено 9,3 миллиарда баррелей воды, связанной с нефтегазовыми операциями. С этой точки зрения объемов GS является значимым и реалистичным инструментом для сокращения выбросов углерода в атмосферу.

Классовый законВ начале 1980-х годов Агентство по охране окружающей среды США (EPA) установило первоначальные требования к Программе контроля за подземной закачкой (UIC), обнародованной в соответствии с Законом о безопасной питьевой воде и Законом о сохранении и восстановлении ресурсов, для регулирования подземной закачки жидкостей. С момента запуска программы было создано шесть классов скважин для закачки различных опасных и неопасных отходов с целью защиты подземных источников питьевой воды (ПОДВ) и предотвращения неблагоприятного воздействия на здоровье человека. В настоящее время по всей стране насчитывается более 750 000 скважин UIC.

Самый последний класс скважин UIC, класс VI, был создан в 2010 году для регулирования закачки CO2 для GS, с самыми строгими требованиями к разрешениям среди всех классов скважин UIC. Основным условием класса VI МСЖД является определение зоны контроля (AoR), региона, окружающего проект GS, где существует потенциальная угроза для USDW из-за повышенного давления в результате закачки. Границы AoR основаны на прогнозах очень сложных вычислительных моделей потока флюидов и распространения давления в недрах, включающих подробные описания физических и химических свойств пластовых и закачиваемых флюидов, нагнетательного пласта и окружающих водоупорных зон. В пределах ЗО необходимо определить потенциальные каналы для перемещения жидкости из нагнетательного пласта и принять корректирующие меры, если это необходимо, чтобы предотвратить воздействие на USDW как закачиваемой жидкости, так и вытесненной поровой воды. И хотя в настоящее время существует только одна скважина, активно закачивающая UIC класса VI, на технической экспертизе находится более сотни разрешений, и это число быстро растет после принятия Закона о снижении инфляции и расширения финансовых стимулов для GS (рис. 2). .