CC BY
148
УДК 502.211 + 622.276.344
В. Н. Хлебников (д.т.н., за. лаб.)1, П. М. Зобов (к.т.н., зам. зав. лаб.)1, И. Р. Хамидуллин (инж.)1, Ю. Ф. Рузанова (магистр, н.с.) 1, Е. В. Иванов (н.с.) 2, В. А. Винокуров (д.х.н., проф., зав. каф.)2
Перспективные регионы для осуществления проектов по хранению парниковых газов в России
1 ООО «Объединенный центр исследований и разработок», лаборатория нефтедобычи 119333, г. Москва, Ленинский проспект, 55/1 стр.2; тел. (495) 730-61-01, e-mail: KhlebnikovVN@yrd.ru, ZobovPM@yrd.ru, RuzanovaJF@yrd.ru, khamidullin_85@mail.ru 2Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина, кафедра физической и коллоидной химии 119331, г. Москва, Ленинский проспект, 65; тел. (499) 233-95-89, e-mail: ivanov166@list.ru, vinok_ac@mail.ru
V. N. Khlebnikov1, P. M. Zobov1, I. R. Khamidullin1, Ju. F. Ruzanova1, E. V. Ivanov2, V. A. Vinokurov2
Perspective regions for hothouse gas sequestration project
realization in Russia
1 United Research and Development Center Building 2, 55/1, Leninskii Pr, Moscow, 119333, Russia; р^ (495) 730-61-01, e-mail: KhlebnikovVN@yrd.ru, ZobovPM@yrd.ru, RuzanovaJF@yrd.ru, khamidullin_85@mail.ru
2Gubkin Russian State University of Oil and Gas 65, Leninskii Pr., Moscow, 119331, Russia; рh. (499) 233-95-89, e-mail: ivanov166@list.ru, vinok_ac@mail.ru
Under analysis of positional relationship emission sources, geological traps, infrastructure development degree and perspective of project commercialization, it was shown that most perspective regions for CO2 sequestration are Bashkortostan and Tatarstan republics, and probably Samara region.
Key words: hothouse gases; sequestration.
Основными способами уменьшения выброса парниковых газов являются: снижение энергопотребления, повышение эффективности традиционной энергетики, замена ее альтернативной и атомной энергетикой и захоронение СО2. Уменьшение энергопотребления, глубокая реконструкция энергетики требуют длительного времени и огромных капитальных затрат и не позволяют полностью решить проблему изменения климата в результате эмиссии парниковых газов. Поэтому необходимо
На основании анализа взаимного расположения источников эмиссии, геологических ловушек, степени развития инфраструктуры регионов и перспективы коммерциализации проектов показано, что наиболее перспективными регионами для начала осуществления проектов по хранения техногенного СО2 являются республики Башкортостан и Татарстан и Самарская область.
Ключевые слова: парниковые газы; секвестрация.
В Рио-де-Жанейро на конференции ООН в 1992 г. была принята Конвенция о климате и признана необходимость согласованных мероприятий по сокращению антропогенных выбросов углекислого и других парниковых газов. В декабре 1997 г. в Киото на III конференции участников Рамочной конвенции ООН по изменению климата был принят протокол, требующий сократить за период 2008—2012 гг. выбросы парниковых газов на 5% ниже уровня 1990 г.
Исследование производилось в рамках Государственного контракта № 02.515.11.5086 от 26 июня 2008 г. с Федеральным агентством по науке и инновациям.
Дата поступления 04.02.09
приступить к осуществлению проектов по секвестрации парниковых газов. Целью настоящей работы является выбор перспективных регионов России для начала осуществления проектов по секвестрации СО2.
Регионы для осуществлению проектов секвестрации должны обладать:
• крупными стационарными источниками эмиссии СО2,
• надежными ловушками на небольшом удалении от источников эмиссии,
• возможностью создания инфраструктуры для секвестрации СО2 .
Крупными стационарными источниками эмиссии СО2 являются тепловые электростанции, поэтому перспективными являются регионы с развитой энергетикой. Наиболее крупные источники эмиссии расположены в Московской области, Западной Сибири, Урало-Поволжье и Восточной Сибири (табл. 1).
В качестве ловушек для хранения СО2 наиболее подходят месторождения с трудноиз-влекаемыми запасами нефти (запасы вязкой нефти, низкопроницаемые коллектора и т.п.) и месторождения с хорошими коллекторами, находящимися на поздней стадии разработки 1. В регионах, где нет нефтяных и газовых месторождений, в качестве ловушек могут быть использованы глубокозалегающие водоносные горизонты и угольные пласты.
Таблица 1
Наиболее крупные источники эмиссии СО2 в бывшем РАО ЕЭС
Производственное объединение Доля в эмиссии РАО ЕЭС, %
МОСЭНЕРГО 10.4
ТЮМЕНЬЭНЕРГО 8.0
СВЕРДЛОВЭНЕРГО 7.9
КУЗБАССЭНЕРГО 5.5
БАШКИРЭНЕРГО 4.0
ТАТЭНЕРГО 3.7
ИРКУТСКЭНЕРГО 3.7
САМАРАЭНЕРГО 2.7
КРАСНОЯРСКЭНЕРГО 2.7
НОВОСИБИРСКЭНЕРГО 2.5
ХАБАРОВСКЭНЕРГО 2.2
ПЕРМЭНЕРГО 2.0
ЛЕНЭНЕРГО 2.0
ОМСКЭНЕРГО 2.0
ОРЕНБУРГЭНЕРГО 1.9
ЧЕЛЯБЭНЕРГО 1.8
ЯКУТСКЭНЕРГО 1.2
САРАТОВЭНЕРГО 1.0
КОМИЭНЕРГО 1.0
ДАЛЬЭНЕРГО 1.0
Особенность экономической географии России заключается в близком соседстве густонаселенных, промышленно развитых регионов
с крупными стационарными источниками эмиссии СО2 с нефтяными и газовыми месторождениями. С точки зрения географического расположения наиболее подходящими для осуществления проектов хранения является Ура-ло-Поволжье и Западная Сибирь. Данные регионы имеют все необходимое для создания инфраструктуры хранения СО2.
Минимальное расстояние между источниками эмиссии и нефтяными ловушками в стране имеет место в районе г. Уфы (республика Башкортостан) (рис. 1). Уфимский промышленный узел включает три нефтеперерабатывающих завода, завод органического синтеза. Энергетика крупного промышленного города с населением более 1000000 человек обеспечивается пятью ТЭЦ (Уфимские ТЭЦ №1-4 и Приуфимская ТЭЦ). В непосредственной близости от г. Уфа расположены несколько нефтяных месторождений, крупнейшими из которых являются Сергеевское и Бузовьяз-овское месторождения. Сергеевское месторождение расположено всего в нескольких километрах от стационарных источников СО2 (ТЭЦ) и нефтеперерабатывающих заводов.
В 80-е гг. на Сергеевском месторождении была предпринята попытка использования СО2 для повышения нефтеотдачи пластов, т.е. создана инфраструктура для закачивания парниковых газов. Данный опыт поможет значительно упростить и ускорить осуществление проекта по захоронению СО2.
В перспективе в качестве ловушек для СО2 из уфимского промышленного узла могут быть использованы месторождения севера республики, включающие одно из крупнейших месторождений Европы — Арланское нефтяное месторождение, имеющее емкость несколько сотен миллионов тон СО2 2.
В республике Башкортостан перспективными районами для осуществления проектов секвестрации парниковых газов также являются промышленный узел в районе гг. Стерлитамак, Салават и Кумертау (ОАО «Сода», ОАО «Кустик», ОАО «Каучук», г. Салават ОАО «Сала-ватнефтеоргсинтез», а также 5 ТЭЦ). В непосредственной близости к промышленному узлу расположены небольшие месторождения ри-фогенного типа (рис.2), которые представляют собой карбонатные пласты толщиной от 100 до 500—600 м, т. е. при небольшой площади простирания они обладают значительной емкостью. Закачка диоксида углерода в такие ловушки позволит дополнительно получить значительный эффект от добычи нефти, т. к. современный КИН этих месторождений
Рис. 1. Карта ТЭК района г. Уфы
составляет не более 25—35 % 2. Надежность покрышки месторождений подтверждает тот факт, что большинство из них первоначально имели газовую шапку.
Республика Татарстан также является перспективным регионом для осуществления проектов захоронения техногенного диоксида углерода. Центральный и восточный Татарстан относятся к промышленно развитым регионам, т.е. на этой территории расположено несколько крупных стационарных источников парниковых газов (рис. 3). По доле в общей эмиссии СО2 Татэнерго практически не уступает Башэнерго (соответственно, 4.0 % и 3.7 %). На территории республики расположены крупные нефтяные месторождения, находящиеся на поздней стадии разработки, имеются большие запасы вязкой нефти и битумов 3 4.
Перспективным регионом для осуществления проектов захоронения СО2 с положительным эффектом от нефтедобычи является Самарская область. На севере и в центре Самарской области расположены несколько стационарных источников эмиссии парниковых газов (крупные ТЭЦ ВАЗа и нефтехимический комплекс в г. Тольятти (ОАО «Азот», ОАО
«Каучук»), т.е. имеется инфраструктура, которая может быть использована при выделении, концентрировании, транспорте и закачке СО2 (рис. 4). В качестве ловушек для захоронения техногенных парниковых газов могут быть использованы месторождения Северной группы месторождений ОАО «Самаранефте-газ» (подразделения компании Роснефть). В достаточной близости к источникам эмиссии СО2 и г. Тольятти находятся Радаевское, Боровское, Якушкинское и др. месторождения. Часть этих месторождений находится на заключительной стадии разработки, а часть (Боровское, северная часть Якушкинского месторождения) практически не разрабатывается, т. к. они содержат ТИЗ нефти (низкопроницаемые карбонатные коллектора, вязкая нефть). В 80-е гг. на Радаевском месторождении был осуществлен единственный в стране крупный эксперимент по закачке СО2 в нефтяные пласты, т. е. имеется важный для осуществления настоящего проекта опыт.
Тюменский регион (собственно Тюменская область, Ханты-Мансийский автономный округ (ХМАО) и Ямало-Ненецкий автономный округ (ЯНАО)) занимает одно из первых
Рис. 2. Карта расположения нефтяных геологических структур — перспективных ловушек для СО2 (данные работы 2): а — нефтяные; б — газовые; в — нефтегазовые; г — газонефтяные; д — выведенные из разработки. 1 — Лемезинское; 2 — Архангельское; 3 — Ирныкшинское; 4 — Малышевское; 5 —Карташевское; 6 — Бакрак-ское и Табынское; 7 — Покровское; 8 — Куганское; 9 — Карлинское; 10 — Буруновское; 11 — Цветаевское; 12 — Кусяпкуловское; 13 — Салиховское; 14 — Кинзебулатовское; 15 — Ишимбайское; 16 — Аллакаевское; 17 — Салаватское; 18 — Столяровское; 19 — Северо-Зирганское; 20 — Тейрукское; 21 — Воскресенское; 22 — Введеновское; 23 — Южно-Введеновское; 24 — Тереклинское; 25 — Грачевское; 26 — Шамовское; 27 — Старо-Казанковское; 28 — Волостновское; 29 — Северо-Подгорновское; 30 — Озеркинское; 31 — Мусин-ское; 32 — Канчуринское; 33 — Кумертауское; 34 — Ермолаевское; 35 — Маячное; 36 — Белоглинское; 37 — Кунакбаевское; 38 — Казлаирское; 39 — Прокопьевское; 40 — Мурапталовское; 42 — Подгорновское; 43 — Саратовское; 44 — Тавакановское; 45 — Исимовское; 46 — Буркутовское
01
а
Е
*
х "о
о *
X X X X
X
-с
ф
0 *
X
X *
1 а ь
о о
со
н
0
НЕОТ1
НИЖНЕКАМС1
N N
Рис. 3. Карта ТЭК восточной и центральной части республики Татарстан
N со
01
а
Е
*
х "о
о *
X X X X
ф
0 *
X
X *
1 а ь
1*0 о о со
н
О
05
к Го
ОБЪЕКТЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
ф электростанции
Характеристика злекростанций включает вид топлива {У-уголь, Г-гаэ, М-маэут; С-сланцы) и установленную МОЩНОСТЬ 8 млн «Вт на начало 1999 года
МЕСТОРОЖДЕНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ■ кирлично-череличного сырья в ^ р? керамзитового сырья
# песков для строительных работ
ТЭЦ (ГНУ 9,7 и
тэц ¡гн о ЖЭТчС'
О^Г X СНЫШЯ1Н
Рис. 4. Карта ТЭК севера Самарской области
мест по эмиссии парниковых газов в стране (табл. 1). Данный регион обладает максимальным количеством перспективных геологических структур (нефтяных и газовых месторождений) — ловушек для диоксида углерода. Большую часть территории ХМАО и ЯНАО занимают нефтяные и газовые месторождения. В ХМАО в основном расположены нефтяные коллектора, а в ЯНАО — газовые и газокон-денсатные месторождения.
Недостатком большинства нефтяных и газовых коллекторов Западной Сибири с точки зрения захоронения диоксида углерода является то что, они расположены на больших глубинах. Закачивание диоксида углерода будет сопровождаться значительными затратами энергии, потребует сложного и дорогостоящего компрессорного оборудования, поэтому необходимо выбрать ловушки, которые находятся на относительно небольшой глубине. К такому типу ловушек относятся нефтяные и газовые месторождения, приуроченные к сеноманско-му горизонту (глубина залегания 900—1400 м). Истощенные газовые коллектора сеноманского горизонта в результате подъема водогазового контакта практически полностью заполняются водой, поэтому получить заметное количество дополнительного газа невозможно. Положительного эффекта от проектов секвестрации углекислого газа можно добиться, если использовать его для добычи вязкой нефти сеноманс-ких горизонтов Западной Сибири (Русское, Вань-Еганское, Тазовское месторождения и т. д.), которые практически не разрабатываются из-за отсутствия эффективных технологий.
В условиях Крайнего Севера (ЯНАО) сложно проводить строительные работы. Поэтому для рассмотрения был выбран более южный регион — ХМАО. Особенность региона заключается в том, что источники эмиссии распределены достаточно равномерно по территории региона и представляют собой относительно небольшие городские и производственные ТЭЦ, котельные и т.п. Крупные ТЭЦ имеются только в районе Сургута. Строительные работы в Западной Сибири обходятся значительно дороже, чем в европейской части страны, что дополнительно увеличит затраты на осуществление проектов.
Секвестрация парниковых газов в Западной Сибири потребует значительно более высоких капитальных затрат, чем в Урало-Повол-жье. Поэтому на первом этапе работ по уменьшению эмиссии СО2 экономически оправданным является проведение мероприятий по снижению энергоемкости производств и уменьшению теп-
ловых потерь, прекращение сжигания попутного нефтяного газа на факелах и т.п.
Крупные источники эмиссии парниковых газов располагаются в районе Кузбасса (Кемеровская и Новосибирская области). Это и большое количество тепловых электростанций, предприятия химической и металлургической промышленности. В регионе расположены крупные города, и значительное количество диоксида углерода образуется при получении энергии для бытовых целей в условиях сурового климата Сибири. Так Новосибирскэнерго и Кузбасэнерго производят суммарно 8 % от общей эмиссии РАО ЕЭС. Основным топливом на тепловых станциях является уголь, т. е. количество выделяемого СО2 при получении единицы энергии выше, чем в случае сжигания нефти или газа.
В регионе практически не имеется месторождений нефти и газа, поэтому использовать их в качестве ловушек для хранения углекислого газа с получением положительного эффекта от добычи нефти и газа невозможно. Таким образом, в качестве ловушек перспективно использовать неразрабатываемые угольные пласты и водоносные горизонты.
Угольные пласты простираются в Кемеровской области практически повсеместно в районе сосредоточения источников эмиссии парниковых газов. Источники эмиссии в Новосибирской области расположены недалеко от западной границы Кузбасского угольного бассейна и Горловского угольного бассейна.
В регионе можно выделить четыре перспективных участка для осуществления проектов секвестрации. Это районы гг. Новокузнецк и Междуреченк (5 тепловых электростанций и развитая металлургия), г. Кемерово (2 ТЭЦ и ГРЭС); г. Белово (Беловская ГРЭС) и г. Новосибирск (4 ТЭЦ).
Захоронение парниковых газов в угольных ловушках не будет сопровождаться заметным положительным эффектом, поэтому масштабное внедрение проектов секвестрации в регионе будет затратным делом. По-видимому, к широкомасштабному осуществлению секвестрации диоксида в регионе необходимо приступить, когда технология процессов выделения и концентрирования углекислого газа будет полностью отработанна в других регионах.
Московский регион является крупнейшим источником парниковых газов в России. Для хранения СО2 могут быть использованы глу-бокозалегающие водоносные пласты, приуроченные к поднятиям ряжского и щигровского горизонтов девона 5, которые надежно перекры-
ты непроницаемыми для газа и воды глинистыми породами общей толщиной более 100 м.
Плотность населения, жилых и промышленных объектов, инфраструктуры и стоимость земли в Московской области — самая высокая в России, поэтому при осуществлении проектов хранения диоксида углерода капитальные затраты будут наибольшими.
Проведение работ по созданию подземных хранилищ углекислого газа, трубопроводных систем и установок выделения и концентрирования СО2 увеличит техногенную и экологическую нагрузку в данном густонаселенном регионе. Потребуется существенно большие затраты на обеспечение безопасности работ по захоронению углекислого газа, по сравнению с другими менее населенными районами. По-видимому, проблему уменьшения выбросов парниковых газов в Московском регионе лучше решать методом уменьшения энергопотребления, совершенствованием ТЭЦ и переносом энергоемких производств в другие регионы страны.
Важным условием осуществления секвестрации СО2 является участие нефтяных и газовых компаний в проектах. Нефтяные компании, особенно действующие в старых нефтедобывающих регионах, должны быть заинтересованы в увеличении степени извлечения нефти из нефтяных пластов и освоении трудноизвлекае-мых запасов нефти. Наибольшей мобильностью при внедрении инноваций обладают средние и небольшие компании. С этой точки зрения республики Татарстан и Башкортостан являются наиболее перспективными регионами для начала осуществления секвестрации СО2. Средние по размерам нефтяные компании ОАО «Башнефть» и ОАО «Татнефть» занимают ведущее место в стране по применению новых методов добычи нефти и повышения нефтеотдачи. Кроме того, в Татарстане действует значительное количество независимых недропользователей.
Взаимное расположение источников эмиссии, геологических ловушек, степени развития инфраструктуры регионов и перспективы коммерциализации проектов, позволил все рассматриваемые регионы разделить на следующие группы.
1. Регионы, наиболее перспективные для начала работ по захоронению СО?. Это республики Башкортостан и Татарстан и, возможно, Самарская область.
2. Регионы, в которых осуществление проектов будет происходить после решения основных технических вопросов секвестрации СОт и доказана экономическая эффективность проектов. Это Пермская и Тюменская области, а в перспективе Оренбургская, Астраханская области и Республика Удмуртия, т.е. практически все нефте- и газодобывающие районы страны.
3. Регионы, в которых будут осуществляться проекты без положительного эффекта от нефтедобычи. В первую очередь это Кемеровская, Новосибирская, Свердловская области и т.д., т.е. промышленно развитые регионы с высокой эмиссией парниковых газов, в которых секвестрация будет осуществляться путем закачивания в глубокозалегающие водоносные горизонты и неразрабатываемые угольные пласты. Финансировать данные проекты должно государство.
4. Московский регион, в котором проекты по захоронению парниковых газов осуществлять не рекомендуется, чтобы не увеличивать техногенную и экологическую нагрузку на самую густонаселенную область страны.
Литература
1. Хлебников В. Н., Зобов П. М., Хамидуллин И. Р., Рузанова Ю. Ф., Гущин П. А., Винокуров В. А. / Баш. хим. ж.- 2009.- Т. 16, №1.- С. 117.
2. Баймухамметов К. С., Викторов П. Ф., Гайнул-лин К. Х., Сыртланов А. Ш. Геологическое строение и разработка нефтяных и газовых месторождений Башкортостана.- Уфа: РИЦ АНК «Башнефть», 1997.- 424 с.
3. Муслимов Р. Х., Шавалиев А. М., Хисанов Р. Б., Юсупов И. Т. Геология, разработка и эксплуатация Ромашкинского нефтяного месторождения.- М.: ВНИИОЭНГ.- 1995.- Т.1.
4. Химия и геохимия битумов Татарстана / Г. П. Ка-юкова, Г. В. Романов, Р. Х. Муслимов и др.-М.:Наука, 1999.- 304 с.
5. «Технико-экономическое обоснование применения технологии сжигания топлив в химических циклах с выделением СО2 на основе разработанных инженерных методов расчета и обобщения результатов исследований с учетом данных по возможностям и перспективам геологического захоронения и закачки в нефтяные скважины (заключительный отчет)» / Отчет по государственному контракту № 02.516.11.6041. Теплотехнический научно-исследовательский институт (ВТИ), Москва.- 2008 г.
