«Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений»

ОСОБЕННОСТИ ГИДРОХИМИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПОДЗЕМНОГО ХРАНЕНИЯ ВОДОРОД-МЕТАНОВЫХ СМЕСЕЙ

УДК: 662.691.24
DOI: 10.33285/2413-5011-2021-6(354)-61-70

Авторы:

¹ Институт проблем нефти и газа РАН (ИПНГ РАН), г. Москва, Россия

Ключевые слова: подземное хранилище; водород; метан; глинистые покрышки; терригенные коллекторы; термобарические нагрузки; микробиологические реакции.

Аннотация:

В статье на основании результатов экспериментов по воздействию внешних термобарических нагрузок на глинистые породы анализируются проявления абиотических и микробиологических реакций, приводящих к нарушению свойств пород-покрышек и коллекторов подземных резервуаров. Выполненные расчеты индексов насыщенности поровых вод малорастворимыми минералами кальция показали, что при изменении термобарических нагрузок, характерных для условий закачки и откачки газов в подземных хранилищах, могут возникать процессы растворения или осаждения солей, активизироваться деятельность микроорганизмов с образованием углекислого газа, восстановленных форм серы, железа и другие реакции, приводящие к изменениям окружающего геологического пространства.
Даны рекомендации по учету рисков проявления гидрохимических и микробиологических факторов дестабилизации геологической среды подземных резервуаров при эксплуатации объектов совместного хранения водорода с метаном.

Список литературы:

1. Panfilov M. Underground storage of hydrogen: natural methane generation and in-situ self-organisation // Gazovaya promyshlennost. - 2010. - Pp. 98-105.
2. Басниев К.С. Водород как один из альтернативных источников энергии будущего // В сб. "Фундаментальные проблемы разработки месторождений нефти и газа". - М.: ГЕОС, 2011. - С. 9-10.
3. Carden P., Paterson L. Physical, chemical and energy aspects of underground hydrogen storage // International J. of Hydrogen Energy. - 1979. - Vol. 4. - Pp. 559-569. - DOI: 10.1016/0360-3199(79)90083-1
4. Influence of added hydrogen on underground gas storage: a review of key issues / V. Reitenbach, L.J. Ganzer, D. Albrecht, B. Hagemann // Environmental Earth Sciences. - 2015. - Vol. 73. - Pp. 6927-6937.
5. Shi Z., Jessen K., Tsotsis T.T. Impacts of the subsurface storage of natural gas and hydrogen mixtures // International J. of Hydrogen Energy. - 2020. - Vol. 45. - Pp. 8757-8773.
6. Абрамова О.П. Возможный механизм образования очаговых зон нефтегазонакопления // В сб. "Нефтегазовая гидрогеология на современном этапе (теоретические проблемы, региональные модели, практические вопросы)". - М.: ГЕОС, 2007. - С. 170-191.
7. Экспериментальное и численное моделирование взаимодействия пластовых и технических вод при разработке месторождения им. Ю. Корчагина / С.В. Делия, Л.А. Абукова, О.П. Абрамова, Л.А. Анисимов, С.Н. Попов, И.В. Воронцова // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. - М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2012. - № 10. - С. 34-41.
8. Абрамова О.П., Абукова Л.А. Глинистые толщи осадочных бассейнов - генераторы нафидо- и рудообразующих флюидов // В сб.: "Черные сланцы: геология, литология, геохимия, значение для нефтегазового комплекса, перспективы использования как альтернативного углеводородного сырья": Материалы Всерос. науч.-практич. конф. - 2015. - С. 9-11.
9. Абрамова О.П., Василенко П.А. К проблеме определения объектов и методов экологического контроля природной среды в зонах действия хранилищ нефтепродуктов // Актуальные проблемы нефти и газа. - 2018. - Вып. 1(20). - URL: http://oilgasjournal.ru. - DOI: 10.29222/ipng.2078-5712.2018-20.art12
10. Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных исследований: Учеб. пособие для вузов. - Л.: Недра, 1990. - 328 с.
11. Осипов В.И., Соколов В.Н., Еремеев В.В. Глинистые покрышки нефтяных и газовых месторождений. - М.: Наука, 2001. - 114 с.
12. Левшунова С.П. Водород и его биогеохимичвская роль в образовании углеводородных газов в осадочных породах земной коры: Автореф. дис. … докт. геол.-минер. наук. - М.:. МГУ, 1994. - 40 с.
13. Lassin A., Dymitrowska M., Azaroual M. 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. - 2011. - Vol. 36. - Рр. 1721-1728.
14. Изменение деформационных и емкостно-фильтрационных свойств песчано-алевритовых пород при эксплуатации подземных хранилищ газа / Г.А. Голодковская, И.В. Калиниченко, Ю.Л. Филимонов, В.Г. Хлопцов // Вестник Московского ун-та. Сер. 4: геология. - 2008. - № 3. - С. 32-40.
15. Киссин И.Г. О влиянии поровых растворов на прочность горных пород в очагах землетрясений // Сб. статей "Влияние поровых вод на физико-механические свойства пород". - 1974. - С. 248-252.
16. Киссин И.Г. Флюиды в земной коре: геофизические и тектонические аспекты. - М.: Наука, 2009. - 328 с.
17. Поровое пространство и органическое вещество коллекторов и покрышек / Т.Т. Клубова, Ю.М. Королев, А.П. Резникова [и др.]. - М.: Наука, 1986. - 95 с.
18. Didier Mathilde. Etude du transfert réactif de l'hydrogène au sein de l'argilite intacte // Sciences de la Terre. - Français: Université de Grenoble, 2012. - NNT: 2012 GRENU018.
19. Федорова Н.Ф., Быстрова И.В., Ермолина А.В. Особенности формирования отложений осадочного чехла юго-западной части Прикаспийской впадины // Геология, география и глобальная энергия. - 2016. - № 3(62). - С. 33-49.
20. Гаррелс Р.М., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. - М.: Мир, 1968. - 368 с.
21. Кащавцев В.Е., Мищенко И.Т. Солеобразование при добыче нефти. - М.: Орбита-М, 2004. - 432 с.
22. Абрамова О.П., Абукова Л.А., Попов С.Н. Проблемы повышения достоверности компьютерных моделей природного и техногенного солеотложения в геологической среде // Современные проблемы науки и образования. - 2011. - № 4. - С. 68.
23. Геохимия пластовых вод месторождений углеводородов Северного и Среднего Каспия / Л.А. Абукова, О.П. Абрамова, Л.А. Анисимов, Э.С. Сианисян, И.В. Воронцова, Г.Ю. Исаева // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Сер.: Естественные науки. - 2017. - № 4-1(196-1). - С. 93-103.
24. Кулешов В.Н. Изотопный состав и происхождение глубинных карбонатов // Тр. АН СССР, Геол. ин-т. - М.: Наука, 1986. - Вып. 405. - 122 с.
25. Machel H.G., Mountjoy E.W. Сhemistry and Environments of Dolomitization - A Reappraisal // Earth Science Reviews. - 1986. - Vol. 23(3). - Pp. 175-222. - DOI: 10.1016/0012-8252(86)90017-6
26. Pichler M.P. Assesment of Hydrogen Rock Interaction During Geological Storage of CH4-H2 Mixtures // Sustainable Earth Sciences: Technologies for Sustainable Use of the Deep Sub-Surface. - 2013. - DOI: 10.3997/2214-4609.20131594
27. Карцев А.А. Гидрогеология нефтяных и газовых месторождений. - М.: Недра, 1972. - 280 с.
28. Распространение сульфат- и железоредуцирующих бактерий в пластовых водах Ромашкинского нефтяного месторождения / Т.Н. Назина, А.Е. Иванова, О.В. Голубева, Р.Р. Ибатуллин, С.С. Беляев, М.В. Иванов // Микробиология. - 1995. - Т. 64. - № 2. - С. 245-251.
29. Dissimilatory reduction of Fe(III) by thermophilic bacteria and archaea in deep subsurface petroleum reservoirs of Western Siberia / A.I. Slobodkin, C. Jeanthon, S. L'Haridon, T. Nazina, M. Miroshnichenko, E. Bonch-Osmolovskaya // Current Microbiology. - 1999. - Vol. 39. - Pp. 99-102.
30. Микробиологические исследования на объектах подземного газового хранилища в процессе закачки газа / А.Е. Иванова, И.А. Борзенков, А.Л. Тарасов, Е.И. Милехина, С.С. Беляев // Микробиология. - 2007. - Т. 76. - № 4. - С. 515-523.
31. Geochemical Effects of Millimolar Hydrogen Concentrations in Groundwater: An Experimental Study in the Context of Subsurface Hydrogen Storage / M. Berta, F. Dethlefsen, M. Ebert, D. Schäfer, A. Dahmke // Environmental science & technology. - 2018. - Vol. 528. - Pp. 4937-4949.
32. Underground hydrogen storage: application of geochemical modeling in a case study in the Molasse Basin, Upper Austria / N. Hassannayebi, S. Azizmohammadi, M.D. Lucia, H. Ott // Environmental Earth Sciences. - 2019. - Vol. 78. - Pp. 1-14.
33. Павелко Г.Ф. Механохимические реакции элементной серы и сульфидов железа с водородом, кислородом и водой // Журнал неорганической химии. - 2008. - Т. 53. - № 7. - С. 1061-1067.
34. 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 / L. Truche, M. Jodin-Caumon, C. Lerouge, G. Berger, R. Mosser-Ruck, R. Giffaut, N. Michau // Chemical Geology. - 2013. - Vol. 351. - Pp. 217-228.
35. Пространственно-временные закономерности распределения растворенных и взвешенных форм марганца в воде Новосибирского водохранилища / Т.С. Папина, А.Н. Эйрих, Т.Г. Серых, Е.Ю. Дрюпина // Водные ресурсы. - 2017. - Т. 44. - № 2. - С. 201-208.
36. A kinetic study on bacterial sulfate reduction / L.A. Bernardez, L.R. Lima, E.B. Jesus, C.L. Ramos, P.F. Almeida // Bioprocess and Biosystems Engineering. - 2013. - Vol. 36. - Pp. 1861-1869.
37. Клубова Т.Т. Глинистые минералы и их роль в генезисе, миграции и аккумуляции нефти. - М.: Недра, 1973. - 255 с.
38. Panfilov M., Toleukhanov A., Rasoulzadeh M. Self-organization in underground bacterial methanation reactors, hydrogen storages and natural hydrogen reservoirs // In: Proceedings of Réunion Sciences de la Terre. - Pau-France, 27-31 October 2014.
39. Hydrogenization of underground storage of natural gas / B. Hagemann, M. Rasoulzadeh, M. Panfilov, L.J. Ganzer, V. Reitenbach // Computational Geosciences. - 2015. - Vol. 20. - Pp. 595-606. - DOI: 10.1007/s10596-015-9515-6
40. Panfilov M. Underground and pipeline hydrogen storage // In: Compendium of Hydrogen Energy. Ch. 4 / ed. R.B. Gupta. - Elsevier, 2015. - Pp. 92-116.
41. Yekta A.E., Pichavant M., Audigane P. Evaluation of geochemical reactivity of hydrogen in sandstone: Application to geological storage // Applied Geochemistry. - 2018. - Vol. 95. - Pp. 182-194.
42. Hemme C., Berk W. Hydrogeochemical Modeling to Identify Potential Risks of Underground Hydrogen Storage in Depleted Gas Fields // Applied Sciences. - 2018. - Vol. 8. - 2282 p. - DOI: 10.3390/app8112282
43. Hemme C. Storage of Gases in Deep Geological Structures: Spatial and Temporal Hydrogeochemical Processes Evaluated and Predicted by the Development and Application of Numerical Modeling: Doctoral Thesis (Dissertation… Dr. rer. nat.). - 26.02.2019.
44. Mcmahon C.J. Geological storage of hydrogen: natural analogues, flow cell experiments and mass transport modeling. - 2019. - URL: DOI: 10.7488/era/39
45. Коробанова И.Г. Закономерности формирования свойств терригенных отложений. - М.: Наука, 1983. - 112 с.
46. Clay minerals in the Meuse-Haute Marne underground laboratory (France): Possible influence of organic matter on clay mineral evolution / F. Claret, B.A. Sakharov, V.A. Drits, B. Velde, A. Meunier, L. Griffault, B. Lanson // Clays and Clay Minerals. - 2004. - Vol. 52. - Pp. 515-532.
47. Natural organic matter (NOM)-clay association and impact on Callovo-Oxfordian clay stability in high alkaline Solution: Spectromicroscopic evidence / T. Schäfer, F. Claret, F. Bauer, L. Griffault, E. Ferrage, B. Lanson // J. de Physique IV (Proceedings). - 2003. - Vol. 104. - Pp. 413-416. - DOI: 10.1051/jp4:20030111
48. Набухающий минерал глубокопогруженных отложений плиоцена Бакинского архипелага / Н.В. Белов, Н.Д. Зхус, Е.Н. Зубковская [и др.] // Докл. АН СССР. - 1978. - Т. 243. - № 3. - С. 138-142.
49. Анфимов Л.В. Формации и рудоносность нижнего рифея в Бакало-Саткинском горнорудном районе на Южном Урале // ДАН СССР. - 1982. - Т. 265. - № 5. - С. 1227-1230.
50. Парагенезис металлов и нефти в осадочных толщах нефтегазоносных бассейнов / Д.И. Горжевский, А.А. Карцев, Д.И. Павлов [и др.]. - М.: Недра, 1990. - 268 с.
51. Механохимия поровых вод глинистых отложений в аспекте генезиса нефти и газа / Л.А. Абукова, А.А. Карцев., В.С. Лашкевич, В.Д. Иванов // В сб. Генезис нефти и газа. - М.: ГЕОС, 2003. - С. 5-7.
52. Холодов В.Н. Модель элизионной рудообразующей системы и некоторые проблемы гидротермально-осадочного рудообразования // Редкометально-урановое рудообразование в осадочных породах. - М.: Наука, 1995. - С. 10-31.