Экспертное мнение

Экспертное мнение16.09.2023

Ловушки для захоронения СО­2, или как достичь углеродной нейтральности

Сериккали Брекешев, заместитель председателя Правления АО НК «КазМунайГаз».

Антон Бачурин, начальник управления энергоэффективности и ВИЭ АО «НК «КазМунайГаз»

Каковы геологические особенности Прикаспийского, Устюрт-Бузачинского и Мангышлакского бассейнов, связанные с историей их осадконакопления? О чем говорят результаты анализа подходящих для закачки СО­2 месторождений и итоги поиска подходящих потенциальных ловушек для захоронения СО­2? Где будут проходить границы пилотного проекта АО НК «КазМунайГаз»? Обо всем этом, а также о концепции, соответствующей трем сценариям, и о законодательных барьерах, препятствующих реализации проектов, размышляют авторы статьи. 

Анализируя свои бизнес-процессы в рамках реализации Программы низкоуглеродного развития на 2022–2031 годы, а также учитывая развитие казахстанской экономики, АО «НК «КазМунайГаз» пришло к выводу, что без использования систем по улавливанию, хранению и использованию углерода (CCUS) достичь углеродной нейтральности невозможно.

В этой связи Департамент низкоуглеродного развития АО «НК «КазМунайГаз» при экспертной поддержке ТОО «КМГ Инжиниринг» приступил к реализации пилотного проекта по улавливанию, хранению и использованию СО­2 (CCUS) и определению потенциала закачки СО­2 с целью увеличения нефтеотдачи выработанных нефтяных пластов (см. рисунок 1). В настоящий момент проект находится на этапе предварительного технико-экономического исследования, в рамках которого выполняется скрининг источников СО­2, проводятся геологические изыскания на месторождениях АО «НК «КазМунайГаз» и осуществляется поиск возможных ловушек для захоронения СО­2 в непосредственной близости от источников выбросов СО­2, находящихся под управлением АО «НК «КазМунайГаз».

Свое исследование мы начали с экспресс-анализа истории осадконакопления с точки зрения формирования региональных коллекторов трех наиболее крупных нефтегазоносных бассейнов на территории Республики Казахстан и распространения потенциальных покрышек.

Девонский рифтинг Юго-Восточной Европейской платформы способствовал образованию Прикаспийского бассейна с массивными карбонатными поднятиями по бортовым зонам. Погружение бассейна в каменноугольном возрасте привело к проседанию бассейна, где продолжалось формирование карбонатных построек с минимальным привносом терригенных пород.

Позднепалоезойское столкновение Европейской и Казахской тектонических плит ограничило Прикаспийский бассейн от древнего океана Тетис, что привело к формированию мощного слоя солей в кунгурском возрасте и к обширной деформации районов Северного Устюрта и Мангышлака.

Эрозия надвигающейся Казахской плиты повлекла за собой привнос аллювиальных и флювиальных терригенных осадков в северную часть нынешней территории Каспийского моря.

Продолжающаяся соляная тектоника создала сложные геологические надсолевые структуры в Прикаспийском бассейне.

Коллизии столкновения разных микроконтинентов привели к инверсиям, образованиям складчатостей и эрозии рифтовых бассейнов триассового возраста в Северном Устюрте и Центральной части Мангышлакского бассейна

Поднятие Уральских гор в ранней и средней юре привело к проседанию Устюрт-Бузачинского и Мангышлакского бассейнов и накоплению в регионе флювиальных, озерных и мелководных фаций. Поэтому в верхней юре преобладало осадконакопление морских карбонатов. При этом накопление морских терригенных осадков продолжалось до среднего мелового возраста, после которого последовало накопление морских карбонатов.

Вследствие этих процессов Прикаспийский бассейн по ряду причин имеет ограниченные свойства для хранения СО­2. При этом подсолевая часть Прикаспийского бассейна залегает на больших глубинах, где преобладают высокие давления и температуры, а надсолевой этаж имеет сложную геологическую структуру и неравномерное распространение коллекторов из-за активной соляной тектоники, что и повлияло на значительную анизотропию имеющихся коллекторов. Вместе с тем молодые отложения Прикаспийского бассейна находятся на глубинах, не подходящих для хранения СО­2.

Принимая во внимание историю осадконакопления, наша команда пришла к выводу, что наиболее вероятными перспективами с точки зрения хранения СО­2 обладают терригенные отложения нижнего и среднего мела Мангышлакского осадочного бассейна и в ограниченном объеме западная часть Устюрт-Бузачинского бассейна. При этом региональной покрышкой служат позднемеловые мергели и локальные внутриформационные глины.

Команда проекта

Руководитель проекта: А. Бачурин 

Инженерная команда со стороны АО «НК «КазМунайГаз»: Ж. Уразалиева, К. Алиев, С. Барамысова, Д. Мачехин, В. Иванов, С. Шмунк

Инженерная команда со стороны ТОО «КМГ Инжиниринг»: Е. Жакашев, М. Нугиев, Б.  Танирбергенов, А. Есбатыр, Р. Садыков, Д. Цой, Д. Батыргалиева, Э. Идрисова, Г. Атемова


Прикаспийский же бассейн имеет ряд ограничений, существенно ограничивающих возможность захоронения выбросов СО­2.

Несмотря на ограничения Прикаспийского бассейна, наша команда скрупулезно выполнила скрининг всех действующих источников выбросов СО­2 во всех трех бассейнах и определила их тип, объемы и местоположение. Кроме того, мы, опираясь на проектную документацию, учли все перспективные источники выбросов, которые должны появиться в этом регионе в перспективе ближайших пяти лет.


После чего в целях выбора подходящего под закачку СО­2 месторождения и поиска подходящих потенциальных ловушек мы продолжили детальный анализ геологической структуры в радиусе 100 км от указанных источников выбросов СО­2.

Предварительный выбор месторождений под закачку СО­2 для повышения нефтеотдачи проводился путем скрининг-анализа 21 месторождения.

При этом основными критериями для выбора месторождений служили:

– достаточность выбросов от основного ближайшего источника;

– глубина залегания – более 700 м;

– достаточный объем эксплуатационного фонда скважин;

– геологические запасы нефти.

Согласно основным критериям было отобрано шесть месторождений – Каламкас, Жетыбай, Узень, Карамандыбас, Асар, Восточный Жетыбай.

По этим месторождениям была сформирована база данных по 63 эксплуатационным объектам разработки для проведения дальнейшего анализа с применением дополнительных критериев оценки, таких как глубина, вязкость и плотность нефти, а также отсутствие блочного строения и газовой шапки у месторождений.

При этом важно понимать, что основным критерием эффективности применения закачки СО­2 в пласт является условие смешиваемости углекислого газа с нефтью, обеспечивающееся пластовым давлением, поэтому для всех объектов разработки были рассчитаны значения минимального давления смешиваемости с использованием корреляций.

В итоге месторождения Каражанбас и Каламкас были исключены по причине высокой вязкости пластовой нефти, а месторождение Асар исключено из-за отсутствия репрезентативных глубинных проб.

Вместе с тем детальный анализ геологической структуры в радиусе 100 км от источников выбросов СО­2, расположенных в юго-восточной части Прикаспийской впадины, подтвердил наши предварительные выводы, о которых говорилось ранее (см. рисунок 3). 


В частности, были выделены только четыре потенциальные ловушки. При этом в относительной близости к KPI и KLPE была выявлена только одна ловушка с сильно ограниченным объемом закачки.

Что касается детального анализа геологической структуры Прикаспийской впадины, то тут несмотря на тот факт, что месторождения Прорвинской группы были исключены на этапе скрининг-анализа месторождения, нами были выделены 15 крупных ловушек, являющихся потенциальными хранилищами для СО­2 (см. рисунок 4). 


При этом отсутствие в непосредственной близости от данных ловушек крупных сконцентрированных источников выбросов делает ловушки бесперспективными с точки зрения проекта CCUS.

Детальный анализ геологической структуры Устюрт-Бузачинского бассейна выделил семь потенциальных ловушек, при этом сами месторождения Каражанбас и Каламкас оказались неприемлемы для закачки СО­2 по причине высокой вязкости пластовой нефти (см. рисунок 5).



Детальный анализ геологической структуры в Мангышлакском осадочном бассейне, как и ожидалось по итогам предварительной оценки, показал наиболее интересные результаты (см. рисунок 6).

Во-первых, были выявлены большие потенциальные ловушки, приемлемые для захоронения СО­2. Во-вторых, месторождения Узень и Жетыбай, Восточный Жетыбай и Карамандыбас, расположенные Мангышлакском осадочном бассейне, оказались приемлемыми для закачки в них СО­2. И расположены они в непосредственной близости от крупных потенциальных источников выбросов СО­2, строительство которых планируется в среднесрочной перспективе (новый КазГПЗ и газовая электростанция ОМГ). Проектные выбросы СО­2 ГТЭС ОМГ и КазГПЗ суммарно составляют более 400 тыс. тонн.

Учитывая все вышесказанное, именно на этом регионе АО «НК «КазМунайГаз» решило сконцентрировать свои дальнейшие усилия при разработке концепции пилотного проекта, ориентированного на повышение нефтеотдачи месторождений Жетыбай и Карамандыбас.

В настоящий момент, исходя из нескольких сценариев, нашей командой разрабатывается концептуальный дизайн (состав и расположение основного оборудования) наземной инфраструктуры.

При этом с целью формирования положительного денежного потока проекта по месторождениям Жетыбай, Карамандыбас и Узень завершаются работы по расчету профилей для КИН, учитывающие уровень смешиваемости нефти и приемистость резервуаров, для следующих горизонтов:

– четырех горизонтов месторождения Жетыбай;

– двух горизонтов месторождения Восточный Жетыбай;

– и по одному горизонту на месторождениях Узень и Карамандыбас.

К сожалению, несмотря на близость месторождения Узень к источникам выбросов СО­2 мы были вынуждены отказаться от идеи его использования ввиду недостаточного уровня смешиваемости нефти. Именно поэтому в итоговых сценариях развития наземной инфраструктуры не рассматривался вариант закачки СО­2 в месторождение Узень.

В настоящий момент проектная команда выполняет адаптацию графиков дополнительной добычи для наиболее приемлемых месторождений Жетыбай и Карамандыбас.

После завершения этого этапа работ и оценки капитальных затрат на развитие наземной инфраструктуры АО «НК «КазМунайГаз» будет иметь возможность финансового моделирования проекта (примерно III квартал 2023 года). После разработки финансовой модели АО «НК «КазМунайГаз» планирует окончательно утвердить концепцию пилотного проекта и рассмотреть возможность реализации пилотного проекта на НТС Фонда СК с последующим включением в перечень проектов НИОКР Фонда СК.

В случае положительного решения АО «НК «КазМунайГаз» планирует осуществить следующий этап по детальному моделированию и проектированию за счет средств НИОКР Фонда СК с привлечением международных компаний, специализирующихся на этих работах.

В то же время стоит отметить, что улавливание, хранение и использование СО­2 в настоящий момент является инновационной технологией и в Казахстане отсутствует опыт реализации подобных проектов, поэтому наша команда экспертов ожидаемо столкнулась с наличием значительных пробелов в законодательстве РК.

В первую очередь это, конечно же, вопросы недропользования. В частности, согласно подпункту 2 пункта 3 статьи 213 Экологического кодекса Республики Казахстан закачка в недра технологических растворов и (или) рабочих агентов для добычи полезных ископаемых в соответствии с проектами и технологическими регламентами, по которым выданы экологические разрешения и положительные заключения экспертиз, предусмотренных законами Республики Казахстан, не является сбросом загрязняющих веществ. При этом регламентов по закачке СО­2 на данный момент в Казахстане нет.

Кроме того, при практически полном отсутствии технических регламентов и стандартов отсутствует возможность проектирования, и реализация пилотного проекта становится просто невозможна.

В настоящий момент АО «НК «КазМунайГаз» рассматривает возможность привлечь экспертов по международному и местному праву с целью:

– изучения успешного международного опыта законодательного и технического регулирования;

– выявления имеющихся пробелов в законодательстве и техническом регулировании Казахстана;

– разработки комплекса законодательных инициатив и перечня технических стандартов и регламентов направленных на реализацию проектов CCUS в Казахстане.

В АО «НК «КазМунайГаз» надеются, что рамках этой работы им удастся наладить прямой диалог привлекаемых экспертов с уполномоченными органами, что позволит обеспечить эффективность совместной работы по устранению законодательных пробелов.

15.07.2024
Покрасить стены и получать энергию: ученые создали новый вид солнечных батарей
15.07.2024
Доля ВИЭ в Азербайджане достигла 15%
15.07.2024
Открыта регистрация на аукцион по строительству маневренных генерирующих установок
12.07.2024
В Германии заработала крупнейшая солнечная электростанция Европы
12.07.2024
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
12.07.2024
IRENA: Для утроения объема ВИЭ к 2030 году требуется ежегодный рост как минимум на 16,4%
11.07.2024
Казахстану выгодно перейти от угля к ВИЭ
11.07.2024
Китайские ветровые и солнечные мощности почти в два раза превышают мировые: отчет
11.07.2024
Нефтегаз, ВИЭ и атомная энергия: В каких энергопроектах будут сотрудничать страны ШОС
10.07.2024
Германия меняет курс на пути к «зелёной» энергетике
09.07.2024
Узбекистан активно реформирует свой энергетический сектор
09.07.2024
Треугольные плавающие ветряки сделают морскую ветрогенерацию дешевле
09.07.2024
В Китае создали эффективный перовскитный солнечный элемент с долгим сроком службы
09.07.2024
В США разработали портативное солнечное зарядное устройство для подзарядки авто в любом месте
08.07.2024
Президент Казахстана подписал Закон «О теплоэнергетике»
08.07.2024
В Казахстане после затяжного спада выросли инвестиции в ВИЭ
05.07.2024
Крошечные сферы дают энергию даже от искусственного света
05.07.2024
Государственные железные дороги Дании намерены закупать солнечную энергию
05.07.2024
Китай вышел на первое место в мире по ключевым патентам в ветроэнергетике
04.07.2024
Ученые создали компактную установку для производства зеленого водорода