Исследователи исследовали свойства пористых пород, в которые закачивается углекислый газ. Эти породы, известные как вмещающие породы, действуют как контейнеры для углекислого газа.
Команда изучила две многочисленные вмещающие породы, известняк и песчаник, которые имеют разные химические свойства.«Мы были заинтересованы в изучении этих пород, потому что они широко встречаются под землей, но были опасения, что углекислый газ может улетучиться, когда он закачан под землю», — сказал Ли Ли, доцент кафедры нефти и природного газа. «Даже если он не ускользнет на поверхность Земли, есть опасения, что он может просочиться в питьевые водоносные горизонты подземных вод».Помимо контакта с вмещающими породами, углекислый газ, хранящийся под землей, также может контактировать и растворяться в отложениях соленой воды.
Когда это происходит, углекислый газ увеличивает кислотность соленой воды. Смесь соленой воды и углекислого газа с высокой кислотностью может растворять определенные типы горных пород, такие как известняк, а также цементные обсадные трубы на заброшенных нефтяных и газовых скважинах.«Если этот шлейф насыщенного диоксидом углерода рассола достигнет заброшенной скважины, он вступит в реакцию с цементом», — сказала Зулейма Карпин, доцент кафедры нефти и природного газа, а также Квентин Э. и Луиза Л. Вуд, научный сотрудник факультета нефти и природных ресурсов. Газовая инженерия. «Это может привести к появлению трещин в цементе в зависимости от условий, что повысит вероятность утечки углекислого газа.
Мы пытались оценить, что произойдет в процессе, если сама вмещающая порода вступит в реакцию со смесью двуокиси углерода и морской воды. . "Чтобы воссоздать естественные условия, исследователи провели эксперимент, переливая соленую воду, богатую углекислым газом, в две разные системы — цемент, залитый в песчаник, вмещающий породу, и цемент, залитый в известняк. Они отслеживали происходящие химические реакции и измеряли изменения, происходящие во вмещающих породах и цементе.
Их выводы, опубликованные в текущем выпуске Международного журнала по контролю за парниковыми газами, показывают, что вмещающие породы могут создавать различные типы путей утечки. Раствор соленой воды и углекислого газа растворил части известняка, что снизило кислотность раствора. За восемь дней известняк потерял 3 процента своей массы и стал в 24 раза более проницаемым, чем в начале реакции, что означает, что жидкости и газы могут проходить через него намного легче.
Жидкость двуокиси углерода и соленой воды также стала менее кислой в процессе растворения. В результате цемент не растворялся.
«При взаимодействии известняка сама порода становится доминирующей средой для реакции растворения, в то время как цемент был вторичным реагентом», — сказал Карпин. «Это означает, что стволы скважин с большей вероятностью останутся нетронутыми, если у вас есть известняк. Но растворение известняка может создать пути утечки, например, путем образования пальцевидных каналов растворенной породы».Исследователи обнаружили обратное для образца песчаника.
Вместо того чтобы растворить песчаник, раствор разрушил цемент. Песчаник потерял очень небольшую массу, а цемент потерял массу и стал более пористым.Эти результаты подчеркивают сложность подземного связывания углерода, который исследуется как метод снижения уровня углекислого газа в атмосфере.«Процесс оценки того, подходит ли участок для закачки, должен быть системным и учитывать не только химический состав и состав пород, но и легкость, с которой вода и углекислый газ могут проходить через вмещающие породы», — сказал он.
Ли. Пэйлинь Цао, доктор философии в Пенсильвании. студент, принимавший участие в этом исследовании.