Summary.

The research deals with the investigation of one alternative of carbon-dioxide utilization – underground storage – from a petroleum geoscience point of view. The basic assumptions and the results of the laboratory studies to be carried out later are based on a specific hydrocarbon field in Hungary. The previously measured and studied geological and petrophysical parameters of the reservoir (porosity, permeability, saturation, capacity, etc.) will be restudied and specified, based on the results of the new concept of laboratory experiments.

By defining these parameters, a 3D geological model, a “Dynamic model” will be created to understand the effect of carbon-dioxide injection on the dynamic behavior of a moderate-tight sandstone reservoir. Based on the results of the dynamic model, the storage capacity will be defined. The carbon-dioxide injection laboratory experiments will contribute to understanding these underground geo-chemical reactions (e.g. carbonation ability, compositional variation) and flow characteristics.

Összefoglalás.

Korunk egyik legmeghatározóbb problémája az üvegházhatású gázok, különösen a szén-dioxid kibocsátásának csökkentése. Alapvetően két fő ágra oszlanak ezen törekvések: egyrészt a kibocsátásért felelős technológiák optimalizálására/„zöldítésére”, másrészt a már kibocsátott szén-dioxid hasznosítására (CCU), illetve befogására és letárolására (CCS). A kutatás a szén-dioxid hasznosítás egyik alternatívájával, a föld alatti letárolás lehetőségének vizsgálatával foglalkozik földtudományi aspektusból.

A kézirat alap felvetései és a későbbiekben magmintákon elvégzendő laborkísérletek eredményei egy konkrét, Magyarországon található szénhidrogén mezőre vonatkoznak. Emiatt más szén-dioxid tárolására alkalmas földtani képződmény (sókaverna, széntelep, illetve sósvizes aquifer) vizsgálatára a tanulmány nem tér ki. A laborkísérletek eredményeinek segítségével az előzetesen a mérnöki gyakorlatban használt és ismert tárolói paraméterek (porozitás, permeabilitás, kapacitás, telítettség stb.) kerülnek pontosításra. Az elvégzendő labormérések: higany besajtolásos porozitás vizsgálat, centrifugális kapilláris nyomásgörbe és relatív permeabilitási görbék meghatározása, röntgendiffrakciós anyagvizsgálat. Ezen paraméterek ismeretében egy pontosított földtani modell kerül megalkotásra.

A kutatás első fázisában a már meglévő, ipari gyakorlatban alkalmazott kőzetvizsgálati módszerek kerültek felülvizsgálatra, és egy új szemléletű, az eddigi módszereket pontosító eljárás került kidolgozásra a hazai geológiai formációkra vonatkoztatva. A későbbiekben a kőzetmintákon végzett tárolói paramétereket szimuláló szén-dioxid besajtolási kísérletek a föld alatti reakciók (pl. karbonátosodási képesség) és az áramlástani sajátosságok megértéséhez és modellezéséhez is hozzájárulhatnak. Feltételezhetően a föld alatti reakcióknak köszönhetően egy, a korábbi becslésektől eltérő tárolótérfogatot lehet meghatározni.

Megállapításra került, hogy a szén-dioxid szuperkritikus állapotban besajtolva, rétegvízzel rendelkező zárt rétegekben egybefüggő „csóvaként” vándorol a porózus kőzeteken keresztül, amely a gravitációs szegregáció következtében vertikálisan kitágul a fedőkőzet alatt. Az oldalirányú szén-dioxid expanzió folyamatát a folyadékok csapdázódása korlátozza. Ezért a többfázisú áramlás és csapdázódás alapos vizsgálata elengedhetetlen a tárolókapacitás pontos meghatározásának érdekében.

A szén-dioxid besajtolhatóságát és a tárolási kapacitást nagymértékben befolyásolja a szén-dioxiddal telített sóoldat relatív permeabilitása, amely erősen függ a kőzet heterogenitásától. Miljkovic (2006) sóoldattal telített homokkő minták szimulációs méréseit hasonlította össze, amelyek csak a heterogenitás tekintetében tértek el egymástól. Megmutatta, hogy a kis strukturálatlan heterogenitás, úgy tűnik, nem befolyásolja jelentősen a CO₂ telítettségét és ennek következtében a tárolási kapacitást. Ezzel ellentétben Kuo és társai (2011) kimutatták, hogy a telítési profilt erősen befolyásolja a mag heterogenitása, és nagy injektálási sebességre van szükség ahhoz, hogy a heterogén közeg relatív állandó telítettségét elérje a homogénhez képest. Hozzájuk hasonlóan Shi és társai (2009) heterogén homokkő magokon szimulálták a szén-dioxiddal telített sóoldat elvezetését és beszívódását. Kimutatták, hogy a porozitás változása szignifikáns hatással volt a CO₂ migrációs mintázatára alacsony kiszorítási sebesség mellett és ez fokozatosan eltűnik az injektálási sebesség növelésével.

Fontos célkitűzésként jelenik meg a kutatásokban ezen tézisek vizsgálata, valamint a többfázisú áramlási kísérletek elvégzése a magyarországi CCS potenciális jelöltjeként számon tartott tároló magmintáin. A víz-gáz elvezetési relatív permeabilitási vizsgálatok szimulált tározókörülmények között szintén fontos új információkat fognak szolgáltatni, melyek lehetőséget teremtenek a CO₂ front végső eloszlásának meghatározására, valamint javaslattételre a tárolási kapacitás pontosítására és a geokémiai változásokra az adott tárolórétegekre jellemző heterogenitás függvényében.