|
 |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
115927 |
| típus |
K |
| Vezető kutató |
Falus György |
| magyar cím |
CO2-elárasztás geokémiai hatásainak vizsgálata természetes és kísérleti kőzet-(pórus)víz rendszerekben valamint numerikus modellekben |
| Angol cím |
Geochemical effects of CO2 flooding in natural and experimental rock-(pore)water systems and numerical models |
| magyar kulcsszavak |
klímaváltozás, szén-dioxid geológiai tárolása, kőzet-víz kölcsönhatás, hosszú távú biztonság, geokémiai reaktivitás |
| angol kulcsszavak |
climate change, geological sequestration of carbon dioxide, rock-water interaction long-term security, geochemical reactivity |
| megadott besorolás |
| Geológia, tektonika, vulkanológia (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 85 % | | Ortelius tudományág: Geológia | | Geofizika, a szilárd Föld fizikája, szeizmológia (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 15 % | | Ortelius tudományág: Geofizika |
|
| zsűri |
Földtudományok 1 |
| Kutatóhely |
Geokémiai és Laboratóriumi Főosztály (Magyar Földtani és Geofizikai Intézet) |
| résztvevők |
Kónya Péter
Kovács István János
Kovácsné Kis Viktória
Kózelné Székely Edit
Szabó Csaba
Szabó-Krausz Zsuzsanna
Szamosfalvi Ágnes
|
| projekt kezdete |
2015-11-01 |
| projekt vége |
2017-06-30 |
| aktuális összeg (MFt) |
7.744 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
2.27 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Részletes ásvány- és kőzettani vizsgálatot tervezünk olyan természetes CO2-rezervoár valamint CO2-mentes kőzeteken, melyek CO2-tárolás szempontjából perspektivikus késő miocén törmelékes kifejlődésből származnak. Az ásványtani, szöveti, szerkezeti és geokémiai jellegzetességek alapján, olyan adatbázist alakítunk ki, amely alkalmas az egyensúlyi ásványegyüttes és ásványi reakciók nyomás-, hőmérséklet- és pórusvíz-összetétel függésének meghatározására.
Ezzel lehetőség nyílik a diagenetikus illetve a CO2 megjelenéséhez kapcsolódó ásványi reakciók egyértelmű elkülönítésére, valamint a CO2-elárasztáshoz kapcsolódó geokémiai folyamatok és azok időbeliségének megbízhatóbb modellezésére.
Nagy p-T reakciók kivitelezését tervezzük a természetes előfordulások záró kőzeteiben megjelenő agyagásványokhoz hasonló sztenderdeken, hogy megismerjük ezen ásványok viselkedését CO2-gazdag vizes környezetben. Az agyagásványok jelentős mértékben hozzájárulnak a fedőkőzetek zárási képességéhez. A kísérletek végtermékeit, valamint a természetes előfordulások és CO2-mentes területek ásványait hagyományos, és saját fejlesztésű, fázisanalitikai valamint kifejezetten ásványszerkezeti vizsgálatoknak vetjük alá. Célunk az agyagásványokban és egyéb indikátor-ásványokban (pl. dawsonit) bekövetkező változások, speciális helyettesítések azonosítása.
Ezek alapján modellezzük egyes rutinszerűen használt mélyfúrás-geofizikai mérések paramétereiben, a CO2-pórusvíz-kőzet között lezajló reakciók hatására bekövetkező változásokat. A modellezési eredményeket természetes előfordulások eredményeivel vetjük össze. Így lehetségessé válhat a CO2 által érintett horizontok detektálása egyszerű geofizikai eszközökkel.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az elmúlt évtizedben számos tanulmány rámutatott arra, hogy Magyarország jelentős CO2 tárolópotenciállal rendelkezik. Ugyanakkor, a CO2-elárasztás hosszú távú hatása a tároló és fedőkőzetekre nem ismert.
Magyarország földtanilag egyedülálló, abban a tekintetben, hogy a természetes CO2-előfordulások és az elhelyezés szempontjából perspektivikus kifejlődések ugyanabban az késő miocén kifejlődésben jelennek meg. A természetes CO2-előfordulások és az azonos formáció-együttes CO2-mentes kifejlődéseinek részletes vizsgálata lehetővé teszi a diagenetikus illetve a CO2 következtében lezajló reakciók egyértelmű szétválasztását, a tároló és fedő kőzetekben egyaránt.
A reakciók kiindulási és végtermékeinek tekinthető CO2-mentes és CO2-t tartalmazó kőzetekből nem sokat tudhatunk meg az ásványi reakciók kinetikai tulajdonságairól, ezért geokémiai modellezés elvégzését is tervezzük. A kőzeteket átható, a CO2 jelenlétében bekövetkező ásványi reakciók, vélhetően egyszerű mélyfúrás geofizikai szondázással kimutathatók. A projektben modellezni fogjuk a geofizikai módszerek által vizsgált paraméterekben bekövetkező változásokat. A modellek eredményeit természetes előfordulások mélyfúrás-geofizikai adatival vetjük össze.
Az agyagásványok fontos szerepet játszanak a fedő kőzetek zárási képességének meglétében. Vizes környezetben, a CO2-elárasztás hatására bekövetkező változásuk ismerete kulcsfontosságú, mert alapvetően meghatározzák a fedőkőzetek CO2-visszatartó képességét. Nagy p-T kísérletekben a CO2-tartalmú és CO2-mentes kifejlődések fedőkőzeteire jellemző agyagok változását és változási sebességét fogjuk vizsgálni sós víz és CO2 jelenlétében.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A CO2-elárasztás biztonságáról több mint egy évtizede folyik a vita. Nagy előrelépést jelenthet az elárasztás következtében várható események előrejelzésében a természetes CO2-előfordulások kőzeteinek, ásványainak vizsgálata, a lezajlott reakciók azonosítása és az eredmények összevetése ugyanazon formáció-együttes CO2-mentes kifejlődéseinek tulajdonságaival. A projekt eredményei segíthetnek eldönteni, hogy milyen módon, mely kőzettípusokba, milyen fizikai körülmények mellett valósítható meg a hosszú távon is biztonságos CO2-elárasztás Magyarországon. A CCS-technológia mellett a hazánkban az 1970-es évek óta zajló CO2-EOR tevékenységek hosszú távú hatása is előre jelezhető.
A kőzet-vizes oldat-CO2 rendszerben futó geokémiai modellezéshez szolgáltatott jobb peremfeltételek javíthatják a modellezési előrejelzések pontosságát, megbízhatóságát. A modellezés eredményei általánosíthatók és tág kőzettani adottságok mellett használhatóvá válnak.
A projekt-eredmények alapján, a rutinszerűen használt mélyfúrás-geofizikai módszerek segítségével, lehetségessé válhat CO2 által érintett zónák kimutatása. Ez a tárolóból, vagy EOR-tevékenységhez kapcsolódó CO2-szivárgás korai észlelését és riasztási lehetőségét eredményezheti , melynek köszönhetően, gyors elhárítási lépésekkel minimalizálható tároló rendszerből történő, nem kívánatos CO2-kiszivárgás mértéke.
A projekt eredményei támogathatják a CO2-elárasztáshoz kapcsolódó projektek tervezési és engedélyezési folyamatait.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az emberi tevékenységből származó ÜHG-kibocsátás jelenti az egyik legnagyobb kihívást, amelyet kezelni kell a következő évtizedekben. A CCS-technológia az egyik olyan eszköz lehet, amely alkalmas rövid idő alatt markáns csökkenést előidézni. Mindezek mellett a CO2-elárasztásos serkentett olajtermelést (CO2-EOR) már az 1970-es évek óta alkalmazzák kimerülő olajmezők harmadlagos termelési módszereként az Egyesült Államokban és hazánkban.
Magyarországon több mint egy évtizede végzünk kutatásokat szén-dioxid tárolására alkalmas geológiai kifejlődések megtalálása érdekében. Ezek a vizsgálatok megállapították, hogy hazánk jelentős tárolópotenciállal rendelkezik.
A projekt indítását azért tartjuk szükségesnek, mert a föld alá sajtolt CO2 hosszú távú (>50 év) viselkedése nem megfelelően ismert. A kőzet-víz-CO2 rendszerben bekövetkező reakciók és azok sebességei ma még tisztázatlanok. A tárolók zárását biztosító fedőkőzetek tulajdonságainak tartóssága -amelyek a CO2 kiszivárgásának megakadályozására az egyedüli gátak- erősen függ a CO2-elárasztás következtében zajló folyamatok milyenségétől és sebességétől. Mindezek alapján további vizsgálatok szükségesek annak bizonyítására, hogy a CO2 föld alatti tárolása hosszú távon biztonságos.
A felvetődő kérdések megválaszolására laboratóriumi kísérleteket, geokémiai modellezést és azonos, nagy területen elterjedt kőzetkifejlődésből származó CO2-tartalmú és –mentes kőzetek részletes műszeres vizsgálatát tervezzük. Eredményeinket a potenciális tároló, és az elárasztásos technológiát alkalmazó, vagy alkalmazni kívánó olajtermelő helyek vizsgálata és engedélyezési folyamata során lehet felhasználni.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Detailed petrographic analysis, identification of mineralogy will be carried out on drill core samples from natural CO2 occurrences and CO2-barren rocks from Late Miocene (potential for future CO2 storage) in Hungary. Mineral reactions, the relative timing of reaction events, structure, texture and geochemistry of samples will be determined. A comprehensive database will be assembled to enlighten the possible dependence of equilibrium mineral assemblage and reactions on p-T and pore fluid compositions.
Based on this a distinction between diagenesis-related and subsequent CO2-related processes could be made. This could improve the reliability of geochemical modeling of CO2 flooding-induced processes and their reaction rates.
High p-T lab experiments will be conducted to observe behavior of clay minerals in CO2-rich aqueous environments. Clays are believed to be responsible for the sealing effect of caprocks. The products in the experimental runs, together with minerals from natural reservoirs and caprocks will be analyzed using conventional and in-house developed analytical methodologies and TEM (for the determination of mineral structures) to observe structural changes in these mineral phases and special substitutions in indicator minerals (e.g. dawsonite).
The outcomes of above activities will be used to model how measured physical parameters are expected to change in routinely used well-logging technologies. Modeling results will be verified using well logging documentation of bore holes in CO2 bearing and barren lithologies in wells where studied core samples originate from. Results are expected to make well-logging capable of detecting CO2-affected horizons.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Several studies have been carried out in the last decade indicating that Hungary may have significant geological CO2 storage potential. Nevertheless, the long term behavior of CO2 flooding in the sub-surface pore volume and the adjacent, overlying sealing rock formations is not clear.
The geological situation in Hungary is exceptional, in the sense that natural CO2 reservoirs occur in the same geological structures, namely Late Miocene siliciclastic sediments that seem to be the best candidates for CO2 sequestration. Detailed analysis of these natural CO2 occurrences together with rocks from the same lithology but without being affected by CO2 will provide a unique opportunity to clearly separate diagenetic and CO2 related reactions both in reservoir and cap rocks. The reaction end-member stages represented by the CO2 bearing and barren occurrences, however do not provide information on mineral reaction kinetics. Therefore, geochemical modeling will also be used. Furthermore, pervasive mineral reactions taking place in the CO2-affected lithologies are believed to be detectable by routinely used well-logging methods. We will model the effect of these reactions and test the results on well-log information of natural lithologies.
Clay minerals play an essential role in the sealing capability of cap rocks. Their behavior in the aqueous environment in the presence of CO2 is key in the long term retention of injected CO2 in the reservoirs. High p-T experiments using clay minerals similar to those in the cap rocks of natural CO2 reservoirs and barren structures, involving saline water and CO2 will provide an insight to the change and rate of change in these minerals.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Long-term safety of CO2 geological storage has been debated for over a decade. Studying natural CO2 reservoirs and their cap rocks, the mineral reactions taking place in these rocks and comparing them with CO2 barren lithologies, coming from the same geological formations will be a significant step in understanding what we should expect to occur in response to CO2 flooding into the subsurface. The project would help to decide how, and in what rock types and at what physical conditions long term safety of CO2 flooding in Hungary could be achieved. In addition to CCS, the long term effect of CO2-EOR activities, which have been continuously running since the early seventies in Hungary could be predicted.
Providing better boundary conditions to geochemical modeling of mineral reactions in the rock-aqueous solution-CO2 system could improve the accuracy and reliability of modeling predictions. The results of these models could be generalized and more widely applied in variable lithologies.
Project results will contribute to the applicability of routinely used geophysical well-logging methods to be capable of detecting carbon dioxide-affected horizons. This could enable early detection and early warning of unwanted leakage or break-through from the storage reservoir or EOR-activities, respectively. This would also enable early mitigation actions minimizing the amount of CO2 unwantedly leaving the storage system.
Project results are expected to assist planning and licensing of activities that involve CO2-flooding, including sequestration and CO2-EOR.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Anthropogenic GHG emissions are among the main environmental challenges man-kind has to tackle with in the forthcoming decades. One of the tools that has the potential to make drastic cuts within a short time period in CO2 emissions is carbon capture and geological sequestration (CCS). In addition, already in the early 1970s enhanced oil recovery using CO2 flooding was successfully tested in the USA and in Hungary. Since that CO2-EOR has been routinely used as a tertiary method to improve recovery of depleted oilfields.
Hungary has been involved for over 10 years in the assessment of its industrial CO2 storage potential. These studies have shown that Hungary has a significant CO2 storage potential.
The motivation of our project is that long term (>50 years) behavior of injected CO2 in the sub-surface pore volume is still unclear. Reactions, reaction rates in rock-aqueous solution-CO2 system are unclarified at present. Porosity and permeability of cap rocks, the only physical barriers that retain injected CO2 in the storage volume and the stability of the reservoir rocks depend on specific mineral reactions, fluid rock interactions and their rates that take place as a result of the CO2 flooding. Therefore, further research is necessary in order to provide scientifically sound evidence for long term safety of geological CO2 sequestration.
We plan to use the combination of lab experiments, geochemical modeling based on the detailed study of natural CO2 reservoir rocks and candidate storage rocks that derive from the same, regionally occurring geological formation. Our results are expected to be directly usable for site assessment and licensing.
|
|
|
|
|
