Ученые выявили риски закачки углекислого газа в нефтяные пласты

Закачка CO₂ в нефтяные пласты может не только увеличить добычу нефти, но и повредить сам пласт, снизив эффективность разработки месторождения. Это выяснили исследователи из Уфимского института химии УФИЦ РАН и компании "РН-БашНИПИнефть", проанализировав результаты десятков лабораторных и промысловых исследований, посвященных использованию углекислого газа для повышения нефтеотдачи и его подземного хранения.
Закачка CO₂ в настоящее время считается одной из наиболее перспективных технологий нефтедобычи. Попадая в пласт, углекислый газ растворяется в нефти, снижает ее вязкость, увеличивает объем и помогает вытеснить остатки нефти из мельчайших пор горной породы, куда уже не может проникнуть вода. Одновременно значительная часть CO₂ остается под землей, что позволяет сократить выбросы парниковых газов. Однако, как показало недавнее исследование, взаимодействие углекислого газа с породой, водой и нефтью также способно вызвать процессы, которые постепенно ухудшают свойства самого коллектора.
Ученые выяснили, что при контакте с пластовой водой CO₂ образует слабую угольную кислоту, которая начинает растворять минералы горной породы. С одной стороны, это может увеличить пористость карбонатных пород примерно на 20%, а проницаемость некоторых песчаников вырастет почти в семь раз. Но одновременно в растворе накапливаются ионы кальция, железа, бария и других элементов, которые затем вновь выпадают в осадок и закупоривают поры. Кроме того, поток жидкости переносит мелкие частицы глины и минералов, которые также застревают в узких каналах, препятствуя движению нефти.
Еще одна серьезная проблема возникает из-за изменения свойств самой нефти. После растворения CO₂ из нее начинают выпадать тяжелые органические вещества. Они оседают в порах горной породы, постепенно закупоривая каналы, по которым нефть движется к скважине. Из-за этого проницаемость коллектора снижается. В некоторых экспериментах уже после первого цикла закачки она уменьшалась почти на 50%. Особенно чувствительны сланцевые коллекторы с очень мелкими порами.
Помимо этого, химические реакции способны ослаблять саму горную породу. Ряд исследований показывает, что после воздействия сверхкритического CO₂ прочность некоторых типов сланцев на сжатие снижается примерно на треть. Это повышает риск деформации пласта и может осложнить как добычу нефти, так и долгосрочное хранение углекислого газа в недрах.
Таким образом, чтобы избежать проблем в ходе добычи, необходимо заранее учитывать состав нефти, минералогию породы и химический состав пластовой воды, а также тщательно контролировать давление и температуру закачки. Кроме того, перспективным направлением ученые считают применение специальных химических реагентов, которые препятствуют образованию отложений, а также наноматериалов, которые помогают сохранить проницаемость пласта.