Закачка СО2 в пласт: из атмосферы в недра

В последнее время у всех на слуху проблема глобального потепления. Одной из главных задач развитых стран стал поиск путей снижения выбросов СО2 без ущерба для экономики и падения уровня жизни населения.

Но к решению проблемы можно подойти и с другой стороны — через сокращение количества уже имеющегося в воздухе СО2. И здесь для нефтегазовой отрасли большой интерес представляет идея закачки углекислого газа в пласт.

Из атмосферы — в недра

Начальник департамента стратегического планирования «Газпром нефти» Сергей Вакуленко, выступая на кросс-отраслевом саммите «Рациональное природопользование: практики устойчивого развития в нефтегазе, нефтехимии, леспроме», отметил, что, хотя для захвата и захоронения углекислого газа придётся затратить много усилий, однако его действительно можно закачивать под землю, и это очень похоже на то, чем уже занимаются сегодня нефтегазовые компании.

«Ничто не мешает одновременно заниматься добычей традиционных ресурсов и тут же закачивать углерод в пласт, создавать углеродные «ловушки» или проводить другие компенсационные мероприятия. Сейчас мы находимся на стадии поиска таких технологий, которые могли бы себя окупать и их масштаб мог бы действительно влиять на ситуацию», — поддержал идею ещё один спикер саммита, финансовый и коммерческий директор «Салым Петролеум» Максим Высоцкий.

Мероприятия по закачке СО2 в пласт позволят нефтедобывающим компаниям снизить свой углеродный след, что немаловажно в свете перспектив введения углеродного налога. По мнению руководителя отдела технологий CCUS (Carbon capture, utilisation and storage — улавливания, использования и хранения углерода) Международного энергетического агентства Саманты МакКаллох, это фактически единственная группа технологий, которая способствует как прямому сокращению выбросов в важнейших отраслях экономики, так и удалению СО2 для балансировки выбросов, которых невозможно избежать.

Таким образом, технологии CCUS должны стать ключевым элементом перехода к безуглеродной энергетике, приводит слова Саманты МакКалох портал pluse-one.ru.

Вылавливать СО2 из атмосферы — дорого и неэффективно?

Как же выглядит процесс закачки углерода в пласт? Первый этап — это собственно улавливание СО2. Для этого используются различного рода «углеродные ловушки», которые представляют собой различные мембраны и фильтрационные установки.

Однако пока эта технология ещё «сырая», с низкой рентабельностью. «Вылавливать» углерод прямо из атмосферы пока очень трудоёмко и дорого. По оценкам агентства Ernst & Young, для того, чтобы «уловить» одну тонну СО2, нужно потратить 160–170 долларов США.

«Улавливание СО2 наиболее рентабельно и эффективно в «точечных» источниках, таких как тепловые электростанции, металлургические и другие заводы. Это связано с тем, что в атмосфере концентрация СО2 ниже по сравнению с концентрацией от точечных источников. То есть улавливание СО2 непосредственно из воздуха — достаточно дорогостоящее мероприятие», — объясняет директор Института нефти и газа СФУ, кандидат технических наук, доцент Роман Аюпов.

И здесь мы приходим к очевидному противоречию: в то время как основные выбросы СО2 происходят в крупных городах и промышленных центрах, инфраструктура для его закачки, как правило, находится на нефтегазовых месторождениях далеко от «очагов цивилизации».
А значит, встаёт вопрос транспортировки углекислого газа до потенциального места его закачки.

СО2 можно перекачивать по трубопроводам, однако это требует строительства дорогостоящей инфраструктуры. По словам Романа Аюпова, существуют и альтернативные варианты, например, сжижение или получение твёрдого эквивалента, но они не пользуются популярностью, так как тоже не отличаются высокой рентабельностью.

Закачка СО2 в добыче углеводородов: убиваем двух зайцев

Это накладывает серьёзные ограничения на применение технологии, фактически она рентабельна только непосредственно на самих месторождениях. Тем более что в последнем случае закачка углерода в пласт позволяет убить сразу двух зайцев.

«Одним из вариантов утилизации СО2 является его использование в процессах добычи углеводородов. Тем самым мы решаем несколько задач одновременно. Во-первых, непосредственно утилизация СО2 из атмосферы, а во-вторых, повышение эффективности добычи углеводородов, на этом основано несколько методов повышения нефтеотдачи. Растворенный газ в флюиде облегчает выход флюида на поверхность и тем самым увеличивает дебит», — рассказывает Роман Аюпов.

Так мы переходим к следующему этапу — непосредственно самой закачке СО2 в пласт. Как упоминалось выше, похожие манипуляции уже осуществляются нефтедобывающими компаниями для повышения дебита скважин. Соответственно, есть понимание, какого рода оборудование для этого потребуется.

«В первую очередь — это компрессоры, которые создают необходимое давление для прокачки газов в пласт. Затем различные теплообменики для поддержания требуемых параметров закачиваемого газа, сам источник газа, трубы, по которым газ будет поступать к компрессорам и от них через теплообменники и специальные клапаны он будет поступать уже
в скважину. Далее газ уже непосредственно взаимодействует с пластом
и флюидами самой породы», — перечисляет Роман Аюпов.

Куда закачиваем? В поисках надёжного хранилища

В качестве хранилища выступает сама порода. Это могут быть уже истощенные или действующие газовые и нефтяные месторождения, которые уже показали свою способность на протяжении миллионов лет удерживать в себе углеводороды. В этом случае в породе он может храниться достаточно долго, каких-то последствий бояться особо не стоит, потому что глубины достаточно серьёзные: 2–3 километра и глубже.

Однако не всё так просто. Закачка газа в пласт для повышения нефтеотдачи имеет свои ограничения по объёмам. По оценкам МЭА, к 2050 году для решения климатических задач нужно утилизировать в недрах 4,6 трлн тонн СО2. В то время как ёмкость пластов в России для закачки углекислого газа для повышения нефтеотдачи составляет лишь 18 млрд кубометров.

Во всём мире этот показатель составляет 417 млрд кубометров. То есть для решения поставленной задачи нужно построить подземные хранилища для закачки СО2, емкостью в 10 раз превышающие ёмкости всех подземных газовых хранилищ, отметил во время конференции IH2CON глава Госкомиссии по запасам РФ Игорь Шпуров.

Помимо того, что это дорого, строительство подобных резервуаров требует разработки специальных технологий, чтобы не допустить негативных последствий для окружающей среды.

«Здесь есть ещё одна особенность: исследования, проведенные в отдельном регионе, нельзя использовать как стандарт для других территорий. Это связано с особенностями каждого региона, как в климатическом, так и в геологическом плане. То есть исследования в любом случае нужно будет проводить в конкретном регионе, где эта технология будет применяться», — добавляет Роман Аюпов.

Таким образом, здесь остаётся ещё много вопросов, на которые пока нет готовых ответов.

А что в России?

В России ряд компаний разрабатывают проекты по закачке углерода в пласт, которые преследуют и экологические цели. Так, «Газпром нефть» готова вложить 30 млрд рублей в улавливание и захоронение углерода в Оренбургской области.

На первом этапе планируют закачивать около 1 млн тонн СО2 в год, после выхода на проектную мощность этот показатель должен увеличиться до 50 млн тонн в год.

Точные сроки начала реализации проекта пока неизвестны, в 2022 году должны завершиться работы по его технико-экономическому обоснованию. Также в октябре прошлого года на Евразийском экономическом форуме «Роснефть» подписала соглашение с DeGolyer & MacNaughton Corp о проведении оценки ресурсов подземного хранения СО2 на лицензионных участках компании в России, сообщают «Ведомости».

В то же время, несмотря на сопутствующие выгоды в виде повышения дебита скважины и снижения углеродного следа, для сырьевых компаний эти проекты пока имеют не экономическое, а скорее репутационное значение. Понятно, что в этих условиях они надеются на содействие государства. Помимо прямых субсидий, это относится и к созданию соответствующей нормативной базы. При этом недропользователи ссылаются на опыт Норвегии, Голландии и США.

Власти в лице замглавы Минэнерго России Павла Сорокина в свою очередь обращают внимание, что в условиях растущей цены на тонну СО2 в Европе уже сейчас можно говорить о самоокупаемости проекта. Пока в деле достижении углеродной нейтральности наша страна делает ставку на поглощающую способность российских лесов и придание «зелёного» статуса атомной энергетике.

Какова же в итоге эффективность закачки углерода в пласт в деле борьбы с глобальным потеплением на данный момент?

«Я думаю, эффект от этого метода сложно представить в процентном соотношении, но он, в принципе, есть. Особенно если задачу улавливания углерода решать комплексно. То есть и за счёт закачки углекислого газа в пласт, и за счёт наращивания биомассы, восстановления лесных массивов. В таком случае можно добиться ощутимого результата», — считает Роман Аюпов.

Подводя итоги, можно констатировать, что в деле повышения дебита скважин у закачки углерода в пласт безоблачное будущее. Но если говорить о решении климатических проблем, то здесь этот метод пока имеет серьёзные ограничения, которые требуют дополнительных исследований и проработки.

Интересно
Процесс улавливания и захоронения углерода происходит на нашей планете и естественным образом. И речь идёт не только о лесах, значительные объёмы углерода скрыты в скальных породах. Баланс «углекислый газ — кислород» в истории Земли менялся неоднократно, ледниковые периоды сменялись эпохами глобального потепления, во время которых средняя температура на планете была выше, чем сейчас.

Ключевая особенность нынешнего глобального потепления в том, что человечество, сжигая ископаемое топливо, буквально за несколько десятилетий выбрасывает в атмосферу запасы СО2, которые накапливались в недрах на протяжении миллионов лет. Именно скорость происходящих изменений является главным стрессом для экосистемы, тогда сам факт глобального повышения температуры не является чем-то особенным в истории Земли.

Текст: Андрей Халбашкеев