Description:

"First Break том 26, Январь 2008", специальная тема CO2 секвестрация Хранилище СО2 на газовом месторождении Aztbach-Schwanenstadt: исследование возможности сейсмического мониторинга. СO2 storage at the Aztbach-Schwanenstadt gas field: a seismic monitoring feasibility study Giuliana Rossi,1 * Davide Gei,1 Stefano Picotti,1 и Jose M. Carcione1 Геологическое хранение углекислого газа (СО2), т. е. его закачивание в подповерхностные горизонты, является одним из вариантов уменьшения эмиссии возможно самого вредного парникового газа. Хранение на существующих нефтяных и газовых месторождениях или в невозможных для разработки угольных пропластах, закачанного СО2 дает дополнительную экономическую выгоду посредством увеличенного улавливания нефти газа (EOR EGR), или извлечения метана из угольных пластов (e.g. Barnes and Worden, 2004). Хотя EOR (вторичный метод добычи нефти) является хорошо разработанной технологией, возможность EGR (рециркуляция отработавших газов), обусловленная эффектом выталкивания подушки СО2, все еще не является доказанной несмотря на отдельные исследования по этой проблеме (например, Oldenburg, 2003; Oldenburg et al., 2004). Закачивание уже активно осуществляется на газовых месторождениях K12-B, морская акватория Нидерландов, тогда как другие месторождения в Японии, Соединенных штатах, Австралии и Европе являются объектами изучения возможной пригодности и прединъекционных исследований (например, Riddiford et al., 2004; Kreft et al., 2006). Среди них газовое месторождение Atzbach-Schwanenstadt является одним из четырех опытных местоположений финансируемого Европейским союзом (EU) проекта CASTOR (СО2 от улавливания до сохранения CO2 from CApture to STORage) для испытательного и проверочного использования технологии. Atzbach-Schwanenstadt, фактически полностью выработанное газовое месторождение, расположено в центральном районе северной Австрии (рис. 1), в бассейне Molasse во фронтальной части Альпийской горной цепи, вне области, подверженной деформациям сжатия. Участки песчаникового резервуара приблизительно на глубине около 1600 м под поверхностью были образованы в бассейне Puchkirchen, глоководной впадине, параллельной альпийскому фронту. Разрабатывающее это месторождение RohoelAufsuchungs AG рассматривает его преобразование в хранилище СО2 и проверяет пригодность закачивания СО2 при EGR. Возможные источники СО2 - это бумажная фабрика (производит около 200000 тонн ежегодно) и завод по производству удобрений (производит около 100000 тонн СО2 ежегодно), между тем как транспортировка СО2 может производиться в автоцистернах. Геофизика, геохимия, геомеханика и разработка газовых месторождений являются дисциплинами, которые в пределах проекта CASTOR проводят исследования возможности повышенного улавливания газа (Enhanced Gas Recovery), а также влияния закачивания СО2 на механическую прочность ловушки. Более того, исследования оценивают опасность миграции СО2 в грунтовые воды или атмосферу (Polak et al., 2006). Ключевая позиция, в частности, когда место ловушки находится на суше, заключается в обеспечении уверенности в предварительных оценках долговременного хранения СО2 под поверхностью земли и в установлении и измерении любых потенциально опасных утечек к поверхности, что требует эффективной программы мониторинга хранилищ СО2. Выбор из числа широкого ранга доступных методов мониторинга зависит от характеристик ловушки, технических требований и бюджета (например, Benson et al., 2004; Arts and Winthae-gen, 2005). Обычно, 3D наземная сейсмика, со временем дополненная многокомпонентной сейсмической съемкой, межскважинная сейсмика и ВСП (вертикальное сейсмическое профилирование) могут быть главными методами для контроля оценки поведения СО2 в течение стадий до закачивания, закачивания и после закачивания, как демонстрируется на месторождении Sleipner (e.g. Arts et al., 2004). В этом конкретном случае, однако, из-за присутствия остаточного метана условия для сейсмического картирования плюма СО2 менее благоприятны, чем в случае выработанного нефтяного резервуара или засоленного водоносного горизонта. В целом, чувствительность сейсмической съемки 4D при определении изменчивости флюидонасыщенности зависит от геологических характеристик резервуара и покрывающих его пород и от сейсмических параметров, которые будут приняты для испытаний. Сейсмическое моделирование является задачей, предназначенной для изображения конкретной геологической ситуации и воспроизведения различных сценариев изоляции СО2, но его успех зависит от корректного описания физических свойств пород, содержащих СО2. Настоящая работа исследует чувствительность сейсмических характеристик к небольшим вариациям СО2 и СН4 внутри резервуара как изучение возможности для последующих сейсмических мониторинговых съемок. 1 Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica (OGS), Borgo Grotta Corresponding author: Giuliana Rossi, E-mail: grossi@inogs.it.nte 42 C, Sgonico 34010, Italy. 2008 EAGE www.firstbreak.org Специальная тема First Break том 26, Январь 2008 CO2 секвестрация a) Геологическая модель b) Численное моделирование На входе: Геометрия пластов, Геометрия съемки, Физические свойства пород, Насыщение флюидами, Физические свойства флюидов. Сейсмограмма ОПВ Кадр волнового поля c) Томографический анализ d) На выходе: Осуществимость мониторинга, Различаемость особых фаз флюидов, Оптимальные параметры съемки. Рисунок 2 Комплексный метод, теоретические исследования сейсмических свойств пород и флюидов, численное моделирование, томографический анализ и обратное моделирование. Модели для получения сейсмических характеристик основаны на поро-вязкоупругой теории для глинистых песчаников. Объемная упругость CH4 Расчетные данные BW T_ 323 K Расчетные данные PR T_ 323 K Расчетные данные BW T_ 398K Расчетные данные PR T_ 398 K Экспериментальные данные T_310 K Расчетные данные T_ 310 K Экспериментальные данные Т_ 330K Расчетные данные T_330 K Уравнения поро-вязкоупругости, которые составляют ядро алгоритма моделирования, решаются по дискретизированной по времени схеме четвертого порядка Runge-Kutta и скользящему методу Fourier для вычисления пространственных производных. Входные параметры - это пористость, насыщенность, вязкость, модуль сухой породы, состав глины, факторы качества, температура, поровое давление и напряжение, создаваемое горным давлением. Дифференциальные уравнения движения задаются, и метод использует модули Gassmann, обычно применяемые для флюидного метасоматического выполнения. Моделирование дает полное волновое поле для произвольных геометрии пластов и основных физических характеристик (Carcione and Helle, 1999; Carcione et al., 2003a, b). Наш запатентованный томографический пакет программ CAT-3D позволяет решать прямые и обратные задачи. Могут быть вычислены поля скоростей волн P и S, а также геометрия отражений. Сравнение экспериментальной и вычисленной объемной упругости для двуокиси углерода (экспериментальные данные Wang and Nur (1989)). b) Сравнение объемной упругости метана вычисленной по уравнениям состояния Peng-Robinson (PR) и по полуэмпирическим формулам Batzle и Wang (1992) (BW). совместные задачи для точной оценки достоверности томографической системы и качественного контроля результатов. Программное обеспечение позволяет совместное 46 www.firstbreak.org (c) 2008 EAGE First Break том 26, Январь 2008 специальная тема CO2 секвестрация Формация Средн глуб. Давление (МПа) Температура (С) Твердые вещества Насыщенные флюиды Sw Cc s (кг м3) Ks (ГПа) Кm (ГПа) µm (ГПа) 0 Покрывающ. 106 1.17 17.7 Глина+песок Соляной раствор+воздух 0.3 0.5 2625 24.3 0.30 0.82 0.31 1 HSCHT 590 6.06 29.8 Глина+песок Соляной раствор 1.0 0.3 2635 29.2 0.26 3.90 3.75 1.1 Hall (высокоскоростной-) 1008 1.10 Глина+песок Соляной раствор 1.0 0.7 2615 19.1 0.20 18.38 4.79 3 A2(A3 верхний) 1283 13.12 42.2 Глина+песок Соляной раствор 1.0 0.8 2610 16.9 0.15 15.31 4.56 4 A3(А;верхн.) А3(А4верхн. утечка) 1588 1588 16.15 54.7 Глина+песок Глина+песок Соляной р-р+СО2+СН4 0.4 0.3 2635 29.2 0.26 3.90 3.75 5 A4(А4основн.) А4(А4основн.) А4(А4основн.) 1788 1788 1788 18.7 18.7 59.7 Глина+песок Глина+песок Глина+песок Соляной р-р Сол. р-р+СО2(90_)+ СН4(10_) 1.0 0.4 0.3 2635 2635 2635 29.2 29.2 29.2 0.17 0.17 0.17 10.58 10.58 10.58 5.3 A4(А4основн.) 1788 18.7 59.7 Глина+песок Соляной р-р+СО2(90_)+ СН4(10_) Сол. р-р+СО2(100_) 0.4 0 Ключевые слова: похожий, приведенный сопоставление, метод, специальный, hoversten, соляный раствор, madrussani, газ, геологический модель, заброшенный скважина, gasperikova, baines, рассчитать, geological, расчётный дать, низок давление, хранение, storage, сейсмический, arts, объёмный, моделирование, съёмка, поверхность, рассчитанный, отношение, флюид, секвестрация, порода, gas, benson, break январь, дать, кмс, характеристика, worden, свойство, томографический, field, acoustic, резервуар, мониторинг, численный моделирование, двуокись, break, исследование, тонна ежегодно, тема секвестрация, физический, месторождение, batzle, возможность, слой, gei, firstbreak org, рисунок, oldenburg, определяться, давление, helle, geophysics, расчетный, получить, связанный, формация, вязкость, firstbreak, параметр, специальный тема, скорость, пласт, экспериментальный, leading, геологический, чувствительность, январь, модель, energy, изменение, миграция, зависеть, хранилище, давать, carbon, газовый месторождение, твердый, плотность, eage, полезный, оценка, раствор, смесь, газовый, geopbys, свойство порода, твёрдый, appl, модуль, wang, свойство флюид, edge, batzle wang, геометрия, утечка, объёмный модуль, закачивание, carcione, физический свойство, rossi, org, возможный, leading edge, egr, гпа, monitoring, уравнение, источник, метан, волна, rms, расчётный, тема, соляный, bdhm, температура, соляный соляный