Учёные Передовой инженерной школы Новосибирского госуниверситета (ПИШ НГУ) разработали комплекс математических моделей и систем мониторинга для оценки безопасности захоронения углекислого газа.
Технология улавливания и захоронения CO₂ в глубинных геологических формациях — один из ключевых методов борьбы с парниковыми выбросами. Главный вызов при её внедрении — гарантировать, что газ, закачанный, например, в выработанное месторождение, останется там на сотни лет и не попадёт обратно в атмосферу.
«Мы изучали устойчивость скважины и околоскважинной зоны — то есть сценарии, при которых может нарушиться её целостность и закачанный CO₂ начнёт выходить наружу. Наша задача — заранее смоделировать такие риски и предложить способы их предотвращения», — пояснил научный сотрудник ПИШ НГУ Александр Валов.
Исследователи сконцентрировались на самом уязвимом элементе системы — цементной оболочке, герметизирующей скважину. Они создали ряд математических моделей, описывающих, как эта оболочка может разрушаться под механическими и температурными нагрузками во время закачки газа, образуя каналы для утечек.
Параллельно велась разработка систем раннего обнаружения таких утечек. Для этого тестировались акустические датчики, фиксирующие характерные шумы, и методы распределённой термометрии, отслеживающие изменения температуры в скважине. Испытания на экспериментальном стенде показали эффективность части решений и помогли сформулировать конкретные технологические рекомендации.
Отметим, что исследование, поддержанное трёхлетним грантом Минобрнауки РФ, проводилось новосибирскими учёными совместно с коллегами из Шанхайского университета Тунцзи. Международное сотрудничество позволило учесть разные геологические условия: китайские партнёры моделировали захоронение в базальтах шельфа Шанхая, а новосибирская команда — в осадочных породах, типичных для России.
Практический интерес к разработке уже проявила одна из российских нефтегазовых компаний, рассматривающая старые скважины как потенциальные хранилища CO₂. Для неё учёные создали инструменты, позволяющие моделировать сценарии закачки и выбирать самые безопасные режимы для конкретного месторождения.
«Модель нужна именно для того, чтобы заранее «проиграть» разные сценарии и понять, какие из них минимизируют риски», — подчеркнул Валов.
Разработанные подходы могут быть использованы не только для контроля над захоронением углекислого газа, но и для снижения экологических рисков при традиционной добыче нефти и газа, где также критически важна целостность обсадных колонн скважин.
Фото редакции и пресс-службы НГУ