Специалисты Передовой инженерной школы Новосибирского госуниверситета создали математические модели и инструменты для мониторинга безопасности захоронения углекислого газа CO₂ в геологических формациях. Основная идея заключается в закачке CO₂ в изолированные геологические структуры, включая отработанные месторождения углеводородов. Цель — обеспечить долгосрочную (на десятки и сотни лет) изоляцию газа, минимизируя риск его утечки на поверхность.
Работа велась в рамках трехлетнего гранта Министерства науки и высшего образования РФ совместно с коллегами из университета Тунцзи (Шанхай, Китай).
Ученые разработали несколько математических моделей, описывающих возможные механизмы разрушения скважин по техногенным причинам. Особое внимание уделялось цементной оболочке, которая герметизирует скважину и считается наиболее слабым звеном конструкции. Модели учитывают механические и температурные воздействия, возникающие при закачке газа, а также сценарии отслоения цемента с образованием каналов утечки.
Параллельно команда отрабатывала системы мониторинга, позволяющие обнаружить утечки на ранней стадии. Для этого использовались акустические методы и распределенная термометрия — датчики, фиксирующие наличие характерных шумов и изменения температуры в скважине. Разработанные подходы проверялись на специальном экспериментальном стенде, где в уменьшенном масштабе воспроизводился процесс закачки CO₂.
«Эксперименты показали, что часть датчиков хорошо справляется с задачей, а для других требуется более высокая чувствительность. По итогам экспериментов и сопоставления с разработанными нами математическими моделями мы сформировали конкретные технологические рекомендации», — рассказал научный сотрудник ПИШ НГУ Александр Валов.
Работа велась в сотрудничестве с китайским университетом Тунцзи. При этом партнеры сосредоточились на условиях, характерных для базальтовых шельфов в районе Шанхая, а новосибирские ученые — на геологических особенностях осадочных пород, распространенных в России. Это позволило охватить широкий спектр возможных условий захоронения CO₂.
Практическую заинтересованность в результатах проекта проявила одна из российских компаний нефтегазовой отрасли, которая рассматривает зрелые скважины как потенциальные хранилища углекислого газа. Для неё были разработаны инструменты, позволяющие под конкретные параметры месторождения моделировать сценарии закачки и выбирать наиболее безопасные режимы. «Модель нужна именно для того, чтобы заранее «проиграть» разные сценарии и понять, какие из них минимизируют риски. Конкретные параметры всегда зависят от геологии и конструкции скважины», — подчеркнул Александр Валов.
Полученные в ходе проекта компетенции, по словам ученых, могут быть востребованы и для оценки рисков разрушения цементной оболочки обсаженной скважины и при других технологических операциях, подразумевающих интенсивное воздействие на скважину. Разработанные подходы позволяют не только оценивать безопасность захоронения CO₂, но и снижать экологические риски при развитии технологий добычи нефти и газа.