Стр.
Скачать статью

Прогноз гидрогеохимических эффектов в глинистых флюидоупорах при подземном хранении водорода с метаном

Л.А. Абукова, О.П. Абрамова

Оригинальная статья

DOI https://doi.org/10.18599/grs.2021.1.13

118-126
rus.

open access

Under a Creative Commons license
Теоретические вопросы совместного подземного хранения водорода с метаном изучены слабо, а практические примеры единичны. Поэтому крайне важен анализ взаимовлияния водород-метановых смесей и вмещающей геологической среды. В статье представлен материал, позволяющей обосновать наиболее значимые гидрохимические процессы, влияющие на трансформацию флюидоупоров. Для этой цели привлечены результаты собственных экспериментов, а также опубликованные данные по исследованию влияния гидрохимических условий на диффузионные потери водорода, его взаимодействие с породообразующими минералами, органическим веществом и поровыми водами. Дана количественная оценка снижения влагонасыщенности опытных образцов глинистых пород и, как следствие, потерь массового содержания минеральных и органических веществ.
Установлено, что циклическая смена термобарических воздействий приводит к изменению окислительно-восстановительных условий в системе «порода ↔ поровые воды» и сопровождается повышением реакционной способности кальция, магния, серы, железа. Рассчитаны индексы насыщенности поровых вод карбонатными и сульфатными солями кальция в условиях их осаждения, растворения и выноса из раствора. Интерпретация экспериментальных данных позволила обосновать наиболее вероятные преобразования в глинистых породах-покрышках, влияющие на их экранирующие возможности. Рекомендовано при проектировании и эксплуатации объектов хранения водород-метановых смесей учитывать многообразие сопутствующих гидрохимических и микробиологических процессов, влияющих на изменение фильтрационных свойств пород-покрышек.
 

Глинистые флюидоупоры, поровые воды, подземное хранение, водород-метановые смеси, циклические нагрузки, микроорганизмы, потери водорода, сульфатредукция, окислительно-восстановительные условия

 

  • Абрамова О.П. (2007). Возможный механизм образования очаговых зон нефтегазонакопления. В сб.: Нефтегазовая гидрогеология на современном этапе (теоретические проблемы, региональные модели, практические вопросы). Москва: ГЕОС, с. 170–191.
  • Абрамова О.П., Абукова Л.А. (2015). Глинистые толщи осадочных бассейнов – генераторы нафидо- и рудообразующих флюидов. Мат. Всеросс. научно-практ. конф.: Черные сланцы: геология, литология, геохимия, значение для нейтегазового комплекса, перспективы использования как альтернативного углеводородного сырья. Якутск: ИПНГ СО РАН, с. 9–11.
  • Абрамова О.П., Абукова Л.А., Попов С.Н. (2011) Проблемы повышения достоверности компьютерных моделей природного и техногенного солеотложения в геологической среде. Современные проблемы науки и образования, 4, с. 68. https://www.scienceeducation.ru/pdf/2011/4/24.pdf
  • Абукова Л.А., Абрамова О.П., Анисимов Л.А., Сианисян Э.С., Воронцова И.В., Исаева Г.Ю. (2017). Геохимия пластовых вод месторождений углеводородов Северного и Среднего Каспия. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки, 4-1(196-1), с. 93–103.
  • Абукова Л.А., Карцев А.А., Лашкевич В.С., Иванов В.Д. (2003). Механохимия поровых вод глинистых отложений в аспекте генезиса нефти и газа. В сб.: Генезис нефти и газа. Москва: ГЕОС, с. 5–7.
  • Барсук Н.Е., Хайдина М.П., Хан С.А. (2018). «Зеленый» газ в газотранспортной системе Европы. Газовая промышленность, 10, с. 104–109.
  • Басниев К.С. (2011). Водород как один из альтернативных источников энергии будущего. В сб.: Фундаментальные проблемы разработки месторождений нефти и газа. Москва: ГЕОС, с. 9–10.
  • Басниев К.С., Выродова И.В., Бадюк Е.А. (2008). Подземное хранение водорода. Наука и техника в газовой промышленности. Санкт-Петербург, 3(34), с. 87–94.
  • Булатов Г.Г. (1979). Подземное хранение водорода. Дисс. канд. техн. н. Москва: 234 с.
  • Гаррелс Р.М., Крайст Ч.Л. (1968). Растворы, минералы, равновесия. Москва: Мир, 368 с.
  • Голодковская Г.А., Калиниченко И.В., Филимонов Ю.Л., Хлопцов В.Г. (2008). Изменение деформационных и емкостно-фильтрационных свойств песчано-алевритовых пород при эксплуатации подземных хранилищ газа. Вестник Московского Университета, серия 4: геология, 3, с. 32–40.
  • Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Овчаренко Ф.Д. (1989). Вода в дисперсных системах. Москва: Химия, 288 с.
  • Иванова А.Е., Борзенков И.А., Тарасов А.Л., Милехина Е.И., Беляев С.С. (2007) Микробиологические исследования на объектах подземного газового хранилища в процессе закачки газа. Микробиология, 76(4), с. 515–523.
  • Калиниченко И.В. (2009) Экспериментальное моделирование изменения деформационных и емкостных свойств пористых коллекторов в связи с эксплуатацией подземных хранилищ газа. Автореф. дис. канд. геол.-мин. н. Москва: МГУ, 171 с.
  • Кащавцев В.Е., Мищенко И.Т. (2004). Солеобразование при добыче нефти. Москва: Орбита-М, 432 с.
  • Клубова Т.Т. (1973). Глинистые минералы и их роль в генезисе, миграции и аккумуляции нефти. Москва: Недра, 255 с
  • Клубова Т.Т., Королев Ю.М., Резникова А.П. и др. (1986). Поровое пространство и органическое вещество коллекторов и покрышек. Москва: Наука, 95 с.
  • Кольчицкая Т.Н., Михайлов H.H. (2000). Поведение глинистых пород при циклических нагрузках. Геология нефти и газа, 2, с. 52–56.
  • Королёв В.А. (1996). Связанная вода в горных породах: новые факты и проблемы. Соросовский образовательный журнал, 9, с. 79–85.
  • Кулешов В.Н. (1986). Изотопный состав и происхождение глубинных карбонатов. Тр. АН СССР, 405, 122 с.
  • Левшунова С.П. (1994). Водород и его биогеохимичвская роль в образовании углеводородных газов в осадочных породах земной коры. Автореф. дис. докт. геол.-мин. н. Москва: МГУ, 40 с.
  • Логвиненко Η. В., Орлова Л. В. (1987). Образование и изменение осадочных пород на континенте и в океане. Ленинград: Недра, 237 с.
  • Микерина Т.Б., Фадеева Н.П. (2013). Цикличность накопления органического вещества в кайнозойских отложениях Азово-Кубанского нефтегазоносного бассейна. Вестник Московского Университета, серия 4: геология, с. 24–34.
  • Назина Т.Н., Иванова А.Е., Голубева О.В., Ибатуллин Р.Р., Беляев С.С., Иванов М.В. (1995). Распространение сульфат- и железоредуцирующих бактерий в пластовых водах Ромашкинского нефтяного месторождения. Микробиология, 64(2), с. 245–251.
  • Назина Т.Н., Павлова Н.К., Фангтиан Ни, Шестакова Н.М., Ивойлов В.С., Циньсян Фенг, Джао Донюн, Прусакова Т.С., Беляев С.С., Иванов М.В. (2008). Регуляция геохимической активности микроорганизмов в нефтяном пласте путем нагнетания водно-воздушной смеси или H2O2. Микробиология, 77(3), с. 370–379.
  • Осипов В.И., Соколов В.Н. Еремеев В.В. (2001). Глинистые покрышки нефтянывх и газовых месторождений. Москва: Наука, 114 с.
  • Словарь по нефтегазовой гидрогеологии (2015). Составители: Карцев А.А., Абукова Л.А., Абрамова О.П. Москва: ГЕОС, 304 с.
  • Федорова Н.Ф., Быстрова И.В., Ермолина А.В. (2016). Особенности формирования отложений осадочного чехла юго-западной части Прикаспийской впадины. Геология, география и глобальная энергия, 3(62), с. 33–49. https://doi.org/10.21672/2077-6322.2016.62.3.033-049
  • Basniev, K.S., Omelchenko, R.J., Adzynova, F.A. (2010). Underground hydrogen storage problems in Russia. Proc. 18th World Hydrogen Energy Conference – WHEC.
  • Bernardez L. A., Ramos C. L. S., Almeida P. F. (2013). A kinetic study on bacterial sulfate reduction. Article in Bioprocess and Biosystems Engineering. Bioprocess Biosyst Eng, 36, pp. 1861–1869. https://doi.org/10.1007/s00449-013-0960-0
  • Carden, P., Paterson, L. (1979). Physical, chemical and energy aspects of underground hydrogen storage. International Journal of Hydrogen Energy, 4, pp. 559–569. https://doi.org/10.1016/0360-3199(79)90083-1
  • Didier М. (2012). Etude du transfert réactif de l’hydrogène au sein de l’argilite intacte. Sciences de la Terre. Université de Grenoble. Français.
  • The effects of hydrogen injection in natural gas networks for the Dutch underground storages’ (2017). Final Report. Commissioned by the ministry of Economic Affairs. Leipzig.
  • Gaboreau S., Gailhanou H., Blanc Ph., Vieillard Ph., Made B. (2020). Clay mineral solubility from aqueous equilibrium: Assessment of the measured thermodynamic properties. Applied Geochemistry, 113, https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2019.104465
  • Hagemann B., Rasoulzadeh M., Panfilov M. et al. (2015). Hydrogenization of underground storage of natural gas. Comput Geosci, 20, pp. 595–606. https://doi.org/10.1007/s10596-015-9515-6
  • Henkel, S., Pudlo, D., Werner, L., Enzmann, F., Reitenbach, V., Albrecht, D., Würdemann, H., Heister, K., Ganzer, L.J., & Gaupp, R. (2014). Mineral Reactions in the Geological Underground Induced by H2 and CO2 Injections. Energy Procedia, 63, pp. 8026–8035. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.11.839
  • Lassin, A., Dymitrowska, M., & Azaroual, M. (2011). Hydrogen solubility in pore water of partially saturated argillites: Application to Callovo-Oxfordian clayrock in the context of a nuclear waste geological disposal. Physics and Chemistry of The Earth, 36, pp. 1721–1728. https://doi.org/10.1016/j.pce.2011.07.092
  • Machel H.G., Mountjoy E.W. (1986). Chemistry and Environments of Dolomitization – A Reappraisal. Earth Science Reviews, 23(3), pp. 175–222. https://doi.org/10.1016/0012-8252(86)90017-6
  • Mcmahon, C.J. (2019). Geological storage of hydrogen: natural analogues, flow cell experiments and mass transport modelling. http://dx.doi.org/10.7488/era/39
  • Ortiz, L., Volckaert, G., & Mallants, D. (2002). Gas generation and migration in Boom Clay, a potential host rock formation for nuclear waste storage. Engineering Geology, 64, pp. 287–296. https://doi.org/10.1016/S0013-7952(01)00107-7
  • Panfilov M., Gravier G., and Fillacier S. (2006). Underground Storage of H2 and H2-CO2- CH4 mixtures. 10th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery. Netherlands. https://doi.org/10.1007/s11242-010-9595-7
  • Panfilov M. (2010). Underground storage of hydrogen: in situ self-organisation and methane generation. Transp. Porous Media, 85(3), pp. 841–865. https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-362-1.00004-3
  • Panfilov M. (2016). Underground hydrogen storage as an element of energy cycle. Compendium of Hydrogen Energy: Hydrogen Storage, Distribution and Infrastructure, 91. https://doi.org/10.3997/2214-4609.201402474
  • Pichler M. (2013). Assesment of Hydrogen-Rock Interactions during Geological Storage of CH4-H2 Mixtures. Montan Universität Leoben, Leoben. https://doi.org/10.3997/2214-4609.20131594
  • Reitenbach V., Ganzer L.J., Albrecht D., & Hagemann B. (2015). Influence of added hydrogen on underground gas storage: a review of key issues. Environmental Earth Sciences, 73(11), pp. 6927–6937. https://doi.org/10.1007/s12665-015-4176-2
  • Shi, Z., Jessen, K., & Tsotsis, T.T. (2020). Impacts of the subsurface storage of natural gas and hydrogen mixtures. International Journal of Hydrogen Energy, 45, pp. 8757–8773. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.01.044
  • Slobodkin A.I., Jeanthon C., L’Haridon S., Nazina T., Miroshnichenko M., Bonch-Osmolovskaya E. (1999). Dissimilatory reduction of Fe(III) by thermophilic bacteria and archaea in deep subsurface petroleum reservoirs of Western Siberia. Current Microbiol., 39, pp. 99–102. https://doi.org/10.1007/s002849900426
  • Truche L., Jodin-Caumon, M., Lerouge C., Berger G., Mosser-Ruck, R., Giffaut E., & Michau N. (2013). Sulphide mineral reactions in clay-rich rock induced by high hydrogen pressure. Application to disturbed or natural settings up to 250 °C and 30 bar. Chemical Geology, 351, pp. 217–228. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2013.05.025
  •  

Лейла Азретовна Абукова
Институт проблем нефти и газа РАН
Россия, 119333, Москва, ул. Губкина, д. 3
e-mail: abukova@ipng.ru

Ольга Петровна Абрамова
Институт проблем нефти и газа РАН
Россия, 119333, Москва, ул. Губкина, д. 3

 

Для цитирования:

Абукова Л.А., Абрамова О.П. (2021). Прогноз гидрогеохимических эффектов в глинистых флюидоупорах при подземном хранении водорода с метаном. Георесурсы, 23(1), c. 118–126. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2021.1.13

For citation:

Abukova L.A., Abramova O.P. (2021). Prediction of hydrogeochemical effects in clayey cap rock during underground storage of hydrogen with methane. Georesursy = Georesources, 23(1), pp. 118–126. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2021.1.13