ТПУ разработал модель добычи метана из угольных пластов с использованием CO₂ и агроотходов

Специалисты Томского политехнического университета разработали комплексный подход к моделированию процессов в угольных пластах. Он учитывает добычу метана, закачку и связывание CO₂, а также биогенерацию метана при использовании питательных сред на основе побочных продуктов сельскохозяйственной переработки.

Результаты исследования опубликованы в журнале Natural Gas Industry B. Проект выполнен при поддержке гранта Передовой инженерной школы ТПУ.

Добыча метана из угольных пластов решает сразу несколько задач. Предварительная дегазация может повысить безопасность последующей разработки угля шахтным или карьерным способом. Кроме того, метан угольных пластов рассматривается как самостоятельный энергетический ресурс: его прогнозные запасы в основных угольных бассейнах России исследователи оценивают более чем в 80 трлн м³.

Угольные пласты также могут использоваться для закачки CO₂. Углекислый газ адсорбируется углем и способствует вытеснению метана, благодаря чему хранение CO₂ можно совместить с увеличением газоотдачи пласта.

Еще один элемент модели — закачка питательных растворов, включая мелассу и отходы производства пальмового масла. Предполагается, что микроорганизмы могут перерабатывать такую органическую среду с образованием дополнительного метана. Возникающий при разложении CO₂ при этом способен адсорбироваться угольной матрицей.

Для отрасли вторичных ресурсов работа важна как попытка количественно оценить еще один возможный способ использования органических побочных продуктов. Если подход подтвердит эффективность в реальных пластах, отдельные отходы агропереработки смогут рассматриваться не только как сырье для традиционной переработки, но и как компонент питательной среды для подземной биогенерации газа.

Модель позволяет раздельно оценивать метан, десорбированный из угольной матрицы, образованный микроорганизмами и дополнительно извлеченный благодаря закачке CO₂. Она также помогает определять зоны максимальной концентрации компонентов и выбирать участки для добывающих и нагнетательных скважин.

В расчетах объединены гидродинамические, геомеханические, химические и биологические процессы: движение многофазных потоков, адсорбция и десорбция газов, перенос питательных веществ и микробная кинетика. При этом результат зависит от неоднородности пласта, связности трещин, состава и возраста угля.

Разработчики подчеркивают, что технология пока находится на стадии прототипа. Ее работоспособность показана на синтетической секторной модели угольного пласта, а перенос лабораторных результатов на реальные месторождения остается сложной задачей.

Поэтому говорить о готовом способе массовой переработки агроотходов пока рано. Следующими ключевыми вопросами станут проверка модели в полевых условиях, оценка экономической целесообразности и определение того, какие виды органического сырья подходят для таких проектов.

Фото: ТПУ