Лабораторное исследование землетрясений оправдывает закачку CO2 под землю для предотвращения потепления климата.
Профессор Сколтеха и его коллеги из Норвежской сейсмической группы и Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, США, провели эксперимент, воспроизводящий закачку парникового газа под землю для полупостоянного хранения, чтобы предотвратить глобальное потепление климата. Они обнаружили, что, несмотря на некоторые опасения, этот процесс не вызывает землетрясений, если CO 2 впрыскивается при обычно используемых давлениях. Исследование опубликовано в Scientific Reports.
Хранение углерода является одним из столпов низкоуглеродной экономики, наряду со многими способами фактического сокращения выбросов CO 2 . Основными способами связывания CO 2 являются биомасса, например, путем посадки деревьев, и глубокие подземные резервуары, такие как истощенные нефтяные месторождения. Последний подход, известный как геосеквестрация, является предметом многочисленных споров из-за предполагаемой способности нагнетаемого под давлением газа вызывать землетрясения.
«Наши эксперименты показывают, что при здравом уме и ограничении давления закачки газа можно безопасно погружать углекислый газ в горные резервуары, находящиеся глубоко под землей, не вызывая разрушительных землетрясений», — комментирует соавтор исследования, профессор Сколтеха Сергей Станчиц.
И это исследование, в котором использовалось оборудование Schlumberger в США, и текущая работа Станчица в Сколтехе в России включают эксперименты с массивными камнями кубической формы, распиленными пополам (см. фото), чтобы имитировать две стороны геологического разлома, скользящие друг относительно друга. Куб сжат со всех шести сторон, чтобы имитировать силы, движущие тектонику плит. Химически инертное силиконовое масло было закачано в породу, чтобы имитировать увеличение порового давления, вызванное закачкой СО 2 в полевых условиях.
«Мы включили нашу импровизированную тектонику плит , приложив неравномерное давление к разным граням куба из песчаника, каждая сторона которого имеет размер около одного метра», — объясняет Станчиц. «Плиты» начали медленно ползти друг к другу, и мы могли слышать, как они издавали слабый потрескивающий звук с очень чувствительными микрофонами, расположенными со всех сторон куба».
Однако это само по себе является нормальной сейсмической активностью. «Таковы тектонические плиты , всегда медленно движущиеся», — добавляет исследователь. «И это никогда не станет проблемой, если только они не застревают в течение некоторого времени, напряжение накапливается, а затем исчезает в одно мгновение. Это внезапное проскальзывание разлома и есть землетрясение».
Команда хотела посмотреть, вызовет ли закачка жидкости в скважину, которая находится относительно близко к разлому, нечто большее, чем слабое потрескивание — настоящее землетрясение в лаборатории! Но это не так. «Итак, мы сделали то, что вы не должны делать в реальном проекте секвестрации: у нас была еще одна скважина, которая шла прямо к разлому, и именно туда мы теперь закачивали жидкость под давлением, ожидаемым в Земле во время CO. 2 секвестрации», — рассказывает Станчиц. «Тем не менее, к некоторому разочарованию, камни продолжали двигаться с той же не катастрофической скоростью».
Поэтому исследователи изменили эксперимент в стиле разрушителя мифов. «Мы подумали, что, может быть, мы могли бы использовать первую скважину, ту, что заканчивалась в 10 сантиметрах от разлома, но увеличить давление настолько, чтобы вызвать трещину в скале», — говорит ученый. «Это то, что вы определенно не хотели бы делать в проекте по хранению углерода , но это чем-то похоже на гидроразрыв пласта». Энергетические компании делают это, чтобы добывать нефть или газ из нетрадиционных резервуаров, а также, потенциально, проникать в теплые глубины планеты через образовавшуюся трещину и производить возобновляемую геотермальную энергию.
Короче говоря, команде пришлось пройти весь путь от 45-кратного нормального атмосферного давления в первоначальных экспериментах до целых 180 атмосфер, прежде чем песчаник поддался и открылась трещина, ведущая прямо в разлом. «Мы прекратили закачку, давление в стволе упало, и минут 10 все было спокойно. Но, как мы вскоре узнали, именно за это время жидкость перераспределилась в зоне разлома .до того момента, когда, наконец, в ранее плавном движении тарелок появился довольно заметный рывок. Это определенно квалифицировалось как лабораторное землетрясение», — говорит Станчиц, добавляя, что в полевых условиях подготовка к землетрясению, вероятно, заняла бы день или около того, если бы гидроразрыв проводился в непосредственной близости от разлома.
Подводя итоги этого весьма увлекательного эксперимента, исследователь приходит к выводу, что секвестрация углерода под землей при обычном для этой цели давлении и в правильно выбранных местах должна быть безопасной и не должна вызывать землетрясений и просачивания газа в грунтовые воды или обратно в атмосферу. Даже фрекинг кажется безопасным, если он проводится с учетом местной геологии: на достаточном расстоянии от любого разлома. Авторы исследования считают, что подобные лабораторные эксперименты имеют решающее значение для минимизации как затрат, так и неотъемлемых рисков любых подобных геологических вмешательств. «Это не то, что вы хотите делать методом проб и ошибок», — заключает Станчиц.
