ВЛИЯНИЕ НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА ЕМКОСТЬ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ПЛАСТОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХСЯ ДЛЯ ПОДЗЕМНОГО ХРАНЕНИЯ ГАЗА

Автор: Андрей Александрович Афанасьев

Соавторы: Цветкова Ю.Д., Веденеева Е.А., Сыпченко И.М., Андреева А.И., Гречко С.С.

Организация: НИИ механики МГУ

Геологическое хранение парниковых газов, в частности, углекислого газа (CO₂), в водонасыщенных пластах является эффективным методом декарбонизации энергетических систем, основывающихся на сжигании ископаемого топлива. Утилизация выхлопных газов может быть осуществлена с помощью нагнетательной скважины, использующейся для закачки CO₂ в пласт (рис.).

Численное моделирование размещения CO₂ в неоднородных водонасыщенных пластах может требовать привлечения значительных вычислительных ресурсов, особенно в случае трёхмерного моделирования [1, 2]. Для их экономии ячейки сетки, соответствующие низкопроницаемым включениям – пропласткам, часто исключаются из расчета, т.е. полагаются неактивными. Таким образом, пренебрегается течение жидкости через низкопроницаемые включения и связанное с этим перераспределение давления. В докладе будет оценена правомерность такого приближения с помощью сравнения результатов моделирования закачки газа в различных постановках задач. Помимо стандартного подхода будут рассмотрены постановки с активными низкопроницаемыми пропластками, а также с покрышкой и подошвой пласта.

Показано, что существует широкий диапазон параметров, при которых малая плотность потока воды через низкопроницаемые пропластки может значительно увеличить емкость подземного хранилища газа (рис.). При этом границы между высокопроницаемыми и низкопроницаемыми пропластками являются капиллярными барьерами, не позволяющими CO₂ покидать высокопроницаемые зоны. Механизм, ответственный за повышение емкости, связан с существованием тупиковых каналов. Показано, что вода может эффективно вытесняться из таких каналов, даже если проницаемости зон различаются более чем на четыре порядка. Связанный с этим прирост емкости может составлять десятки процентов, которые не учитываются в стандартных постановках гидродинамических расчетов. Поток воды через горные породы, слагающие кровлю и подошву пласта, может еще больше увеличить его емкость. Будут представлены результаты исследования этого эффекта в пластах, характеризующихся различными неоднородными распределениями проницаемости, и будут ограничены случаи, в которых нельзя полагать низкопроницаемые зоны неактивными.

 Afanasyev A., Sypchenko I., Andreeva A., et al. Uncertainty quantification for the CO2 storage efficiency in heterogeneous saline aquifers: The impact of variability in the lithology distribution // Int. J. Greenhouse Gas Control, 2025. V. 144 104384. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2025.104384.

 Afanasyev A., Penigin A., Dymochkina M., et al. Reservoir simulation of the CO2 storage potential for the depositional environments of West Siberia // Gas Sci. Eng., 2023 V. 114, 204980. https://doi.org/10.1016/j.jgsce.2023.204980