Оценка целостности покрышки для оптимизации хранения CO₂ с использованием сопряжённого геомеханического моделирования: пример месторождения Ангостура

Долговременное хранение диоксида углерода (CO₂) в истощённых углеводородных коллекторах или глубоких солёных водоносных горизонтах в значительной степени зависит от герметизирующей способности покрышки. Поэтому крайне важно оценивать геомеханическую целостность покрышки, поскольку закачиваемый CO₂ может изменять действующий в породе режим напряжений, потенциально приводя к разрушению породы и потере герметичности. В настоящем исследовании смоделировано влияние изменений нормального эффективного напряжения в режиме сдвигового напряжения. Герметизирующая способность покрышки и экранирующей глинистой породы, расположенной примерно на 409 м ниже покрышки, оценивалась при различных сценариях закачки с использованием модифицированной модели Бартона—Бандиса. Для этого была построена двумерная поперечная гидродинамическая модель морского истощённого газового коллектора, сопряжённая с геомеханическим модулем композиционного симулятора CMG-GEM. Основное внимание уделялось концептуальной оценке эксплуатационных и геомеханических параметров, а также механизмов захоронения, способных повлиять на герметичность покрышки. Результаты моделирования показали, что покрышка не разрушится при дебитах закачки ниже 4531 м³/сут. Однако при различных сценариях закачки трещины образовывались только в нижних участках экранирующей глинистой породы. За период моделирования в 1000 лет средние рассчитанные объёмы утечки CO₂ для сценариев утечки с наихудшим потоком составляли приблизительно 8137 м³ (3 804 000 кг). Анализ чувствительности модуля Юнга и коэффициента Пуассона покрышки показал, что более высокие значения коэффициента Пуассона приводили к усилению латерального расширения. Напротив, при более высоком модуле Юнга покрышка быстрее растрескивалась при повышенных дебитах закачки. Результаты также показали, что закачка CO₂ с низкими дебитами значительно отсрочивала начало разрушения породы. Оценка механизмов остаточного и растворного захвата дала сходные результаты. В конечном итоге вероятно разрушение как покрышки, так и экранирующей глинистой породы в ходе...