Первый опыт зонального прогноза Московского артезианского бассейна для реализации проектов CCS

Abstract

Актуальность исследования обусловлена значительным ростом выбросов парниковых газов в мире, что является наиболее важной экологической проблемой, приводящей к изменениям климата, таянию ледников и загрязнению атмосферы. Наиболее эффективным способом борьбы с выбросами является долговременное размещение углекислого газа в геологических формациях. Поскольку наибольшая концентрация предприятий-эмитентов углекислого газа зафиксирована в Европейской части Российской федерации, обустройство хранилищ углекислого газа целесообразно организовывать в пределах Московского артезианского бассейна. Целью исследования являлось проведение зонального прогноза перспектив реализации проектов ССS на территории Московского артезианского бассейна, выявление перспективных для размещения геологических структур и оценка потенциальной емкости ловушек для размещения углекислого газа. Объектом исследования являются водоносные и водоупорные горизонты нижнего водоносного этажа Московского артезианского бассейна. Методы. На основе действующей международной и российской нормативных баз по размещению углекислого газа, промышленных стоков, токсичных отходов, обустройству и мониторингу подземных газохранилищ предложена система критериев зонального прогноза гидрогеологических структур с целью реализации проектов по геологическому размещению углекислого газа в глубоких водоносных горизонтах. В систему оценки входят восемь групп критериев: общегидрогеологические, структурно-тектонические, литологические, гидродинамические, геотермические, гидрогеохимические, природоохранные и ресурсные. В пределах каждой группы критериев выделяются два и более параметра, влияющих на оценку пригодности территории для реализации проектов ССS. Результаты. Впервые проведена оценка Московского артезианского бассейна с точки зрения пригодности для длительного хранения СО2. Прогноз по предложенным критериям позволил закартировать земли с различными категориями перспективности. К среднеперспективным отнесены 16 геологических структур с величиной начальной емкости под размещение СО2 в размере 150,6 млрд т в водорастворенном состоянии и 13,4 млрд т - в сверхкритическом. Кроме того, выделены низкоперспективные и бесперспективные области. Проведенный анализ позволяет перейти к локальной оценке среднеперспективных структур для осуществления лицензирования и выделения структур в фонд потенциальных хранилищ углекислого газа, что подразумевает более детальные исследования коллекторов и флюидоупоров, структурно-тектонических показателей, компьютерного моделирования взаимодействия в системе «вода-порода-газ» и проведение обязательных лабораторных экспериментов

The relevance of the investigation is caused by a substantial increase in greenhouse gas emissions all over the world, which is the most essential ecological problem causing climate change, glaciers melting, and atmospheric pollution. The most efficient method to reduce emissions is long-term carbon dioxide capture and storage in geological formations. Since the enterprises emitting carbon dioxide are highly concentrated in the European part of the Russian Federation, it is reasonable to arrange carbon dioxide storage facilities within the boundaries of the Moscow artesian basin. The aim of the investigation was to make a zonal forecast of the outlooks for the implementation of CCS projects at the territory of the Moscow artesian basin, to reveal the geological structures that are promising for carbon dioxide storage, and evaluate the potential capacity of traps for carbon dioxide capture and storage. The objects of the investigation are water-bearing and waterproof horizons of the lower aquifer in the Moscow artesian basin. Methods. A system of criteria for the zonal forecast of hydrogeological structures is proposed to implement the projects aimed at geological capture and storage of carbon dioxide in deep aquifers, relying on the actual international and Russian normative basis on the burial of carbon dioxide, industrial wastewaters, toxic wastes, arrangement and monitoring of underground storage facilities. An evaluation system includes eight groups of criteria: general hydrogeological, structural-tectonic, lithological, hydrodynamic, geothermal, hydrogeochemical, environmental, and resource-related. Within each group of criteria, two and more parameters affecting evaluation of the suitability of a territory for CCS project implementation are distinguished. Results. Evaluation of the Moscow artesian basin potential from the viewpoint of its suitability for long-term CO2 storage has been carried out for the first time. The forecast over the proposed criteria allowed us to map the lands with different degrees of prospective viability. The structures of medium promise include 16 geological structures with the initial CO2 capture and storage capacity of 150,6 billion tons in waterdissolved state and of 13,4 billion tons in the supercritical state. In addition, the regions of low and zero promise were distinguished. The analysis results allow us to pass to the local evaluation of the structures of medium promise in order to perform licensing and to assign the structures to the foundation of potential carbon dioxide storage facilities, which implies more detailed investigation of collectors and impermeable seal rocks, structural tectonic parameters, computer simulation of water-rock-gas interactions, and compulsory laboratory experiments