Моделирование процессов эксплуатации подземных хранилищ метано-водородной смеси тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Бутов Кирилл Андреевич

• Бутов Кирилл Андреевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Бутов Кирилл Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

1.1. Обзор мирового опыта использования ^ для закачки в ПХГ. Состояние изученности вопроса

1.2. Анализ использования неуглеводородных газов для целей подземного хранения

1.3. Подземные хранилища водорода

1.4. Краткое описание проектов по хранению водорода

1.4.1. Германия

1.4.2. Англия

1.4.3. Австрия

1.4.4. Франция

1.4.5. Польша

1.4.6. Аргентина

1.4.7. Испания

1.4.8. Россия

2.1 Физико-химических особенности водорода

2.2 Определение критериев для пласта-коллектора подходящих для закачки водорода

3.1 Исследование процессов диффузии при закачке водорода

3.1.1. Основные понятия

3.2 Построение одномерной математической модели двухкомпонентной фильтрации

3.2.1 Построение одномерной математической модели двухкомпонентной фильтрации

3.2.2 Распределение неуглеводородного газа в пласте коллекторе в результате закачки

3.3 Численные исследования зоны распространения водорода на гидродинамической секторной модели трещиноватого типа

3.3.1 Описание гидродинамической секторной модели. Постановка задачи для исследования

3.3.2. Исследование зависимости изменения содержания концентрации водорода в зависимости от изменения фильтрационно-емкостных свойств коллектора

3.3.3. Исследование и анализ зависимости распространения водорода от темпов закачки и отбора скважины

4.1 Моделирование создания и эксплуатации подземного хранилища газа с закачкой метано-водородной смеси

4.3 Описание гидродинамической модели подземного хранилища газа

4.4. Описание расчетных вариантов закачки водорода в подземное хранилище газа

4.4.1. Обоснование расчетных вариантов

4.5. Исследование и анализ распространения водорода в подземном хранилище газа при заданных концентрациях

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование процессов эксплуатации подземных хранилищ метано-водородной смеси»

Актуальность темы

Основой современной энергетики и ее ближайшей среднесрочной перспективой являются природные ископаемые — нефть, природный газ и уголь, составляющие около 80% сегодняшних мировых поставок энергии [2, 58]. Однако они не могут быть источниками энергии бесконечно долго из-за ограниченности их запасов и увеличивающегося спроса на энергию. Кроме того, основным негативным фактором энергетики на основе ископаемых топлив является эмиссия углекислого газа (С02), являющегося основным парниковым газом, отрицательно влияющим на окружающую среду и климат планеты [71, 82].

Россия в 2019 году ратифицировала Парижское соглашение по уменьшению выбросов парниковых газов, которое должно вступить в силу в 2021 году. Данное соглашение является индикатором обеспокоенности мирового сообщества об окружающем климате, в частности, о необходимости перехода от ископаемых видов топлива к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ). Безусловно, существует несколько видов распространённых технологий ВИЭ - ветреные установки, солнечные панели и т.д. Однако существует риск, когда погодные условия не будут позволять вырабатывать энергию.

Распоряжением Правительства Российской Федерации (РФ) от 09.06.2020 № 1523-р утверждена Энергетическая стратегия на период до 2035 года [98]. Данный документ подразумевает развитие потребления водорода с последующим вхождением России в число мировых лидеров водородной энергетики по его производству и экспорту. В июле 2020 года Министерством Энергетики РФ разработана и направлена в Правительство «дорожная карта» развития водородной энергетики на период 2020-2024 года [88]. Увеличение объемов производства водорода потребует развития мощностей хранения, в том числе и в подземных хранилищах газа (ПХГ).

Учитывая вышесказанное, для применения технологий водородной энергетики необходимо совершенствование методики прогнозных расчетов режимов закачки и отбора ПХГ, определение основных аспектов моделирования процессов эксплуатации ПХГ при учете закачки водорода, а также моделирование метано-водородных смесей с целью прогноза содержания водорода в скважинной продукции в результате отбора и поставки потребителю. Данная задача является актуальной. Разработанность темы диссертации

Разработкой и совершенствованием методов подземного хранения неуглеводородных газов, в том числе метано-водородных смесей, занимались советские, российские и зарубежные ученые и специалисты, с целью совершенствования существующих и разработки новых технологий хранения, с использованием 2Д моделирования и композиционного 3Д моделирования неуглеводородных компонентов в различных программных продуктах (tNavigator, Eclipse 300, ROXAR и др.). Отмечается большой вклад российских и зарубежных ученых в изучение вопросов, связанных с развитием численных схем и методик моделирования Г.Г. Булатовым, К.С. Басниевым, Е.А. Бадюком, В.А. Казаряном М.Б. Панфиловым, А.Е. Толеухановым, О. Кроком, М.Р. Теком, R. Tarkowski и многими другими.

Целью работы является исследование влияния режимов закачки и отборов метано-водородной смеси на эксплуатацию подземных хранилищ газа.

Задачи исследования

1. Выполнение анализа мирового опыта подземного хранения водорода и других неуглеводородных компонентов (азот, гелий и др.);

2. Проведение анализа физико-химических свойств водорода, влияющих на процессы его фильтрации и смешения с природным газом;

3. Выполнение численного исследования влияния диффузионных процессов, фильтрационно-емкостных свойств, режима закачки/отбора на зону смешения «метан-водород»;

4. Определение критериев выбора пласта-коллектора для закачки водорода;

5. Исследование влияния режима эксплуатации ПХГ на фильтрационные процессы, протекающие в пласте при закачке метано-водородной смеси.

Научная новизна

1. В результате анализа и обобщения мирового опыта подземного хранения газа и неуглеводородных компонентов, в том числе, гелия и углекислого газа, обоснованы критерии выбора геологических объектов, подходящих для подземного хранения водорода;

2. На основе результатов, полученных на одномерной математической модели, определено влияние диффузионных процессов, фильтрационно-емкостных параметров, темпов закачки/отбора водорода на зону смешивания системы «метан - водород». Выявленные критерии позволяют выбрать действующий объект подземного хранения газа для хранения водорода.

3. Впервые на базе вычислений секторной трехмерной гидродинамической модели пласта трещиновато-порового типа определено влияние ФЕС пласта-коллектора на распространение метано-водородной смеси по площади;

4. Впервые для действующего подземного хранилища газа на основе гидродинамического моделирования обоснован режим эксплуатации объекта хранения с наличием метано-водородной смеси при различных концентрациях водорода.

Методы исследования

При решении поставленных задач использовались вычислительные эксперименты, методы математического моделирования, модели подземной гидродинамики.

Степень достоверности результатов проведенных исследований

Достоверность результатов, проведенных теоретических и промысловых исследований подтверждается использованием фактических геолого-промысловых данных и базовых методов решения задач подземной

гидромеханики, сертифицированных программных комплексов для численных расчетов и визуализации расчетов (MATLAB) и газогидродинамического моделирования (ECLIPSE 300). Защищаемые положения

1. Обоснование требований, предъявляемых к выбору основных параметров пласта-коллектора, влияющих на зону смешения «водород

- метан»;

2. Метод эксплуатации ПХГ в трещиновато-поровом коллекторе с учетом минимизации распространения водорода по площади структуры;

3. Обоснование эксплуатации подземного хранилища при условии закачки метано-водородной смеси различных концентраций за счет совершенствования методики расчетов режима закачки и отбора из ПХГ.

Публикации и апробация результатов работ

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались на:

- XI-й Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности (газ, нефть, энергетика)». - Москва. - 20-23 октября 2015 г.

- 70-й международной молодежной научной конференции «Нефть и газ-2016». - Москва. -18-20 апреля 2016 г.

- 71-й Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ-2017». - Москва. - 18-20 апреля 2017 г.

- 74-й Международной молодежной научной конференции «Нефть и газ-2020». - Москва. - 28 сентября - 02 октября 2020 г.

Основное содержание диссертационной работы изложено в 10 публикациях, в т.ч. в 4-ех научных статьях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и журналах, входящих в международные реферативные базы данных и системы цитирования.

Теоретическая и практическая ценность полученных в

диссертации результатов заключается в следующем

1. На основании теоретических исследований, а также результатов, основанных на расчетах на одномерной математической модели, отмечается влияние фильтрационно-емкостных свойств пласта на зону смешения «водород-метан». Проведенные исследования на математической модели двунаправленного процесса изотермической фильтрации бинарной сжимаемой смеси газов могут быть использованы для оценочных расчетов параметров процесса циклической эксплуатации подземных хранилищ метано-водородной смеси.

2. Учитывая специфику химических свойств водорода (в частности, высокие коэффициенты диффузии, кинематической вязкости и т.д.), в работе формализованы геолого-технологические критерии выбора перспективных объектов для совместного подземного хранения природного газа и водорода. Определены первоочередные требования к пласту-коллектору, а также к компонентному составу закачиваемого газа, а также к остаточным запасам месторождения с учетом микробиологических процессов, осложняющих процесс хранения.

3. Проведено моделирование процесса эксплуатации ПХГ в пласте-коллекторе трещиновато-порового типа при закачке метано-водородной смеси. По результатам моделирования выявлены зависимости, позволяющие оценить основные риски при эксплуатации данного типа объектов хранения. Рассмотренные варианты различных технологических режимов эксплуатации ПХГ позволили определить зависимости концентрации водорода в скважинной продукции.

4. Проведено моделирование закачки метано-водородной смеси на примере полномасштабной модели одного из хранилищ Европы (Дамборжице). Показано, что во всех моделируемых случаях концентрация водорода не достигает закачиваемой величины, а также увеличение срока

нейтрального периода снижает концентрацию водорода в эксплуатационных скважинах.

Личное участие в получении результатов, изложенных в диссертации, состоит

- в постановке задач, связанных с формализацией геолого-технологических критериев выбора объектов, подходящих для подземного хранения водорода;

- в выполнении расчетов, связанных с моделированием эксплуатации подземного хранилища газа при условии закачки водорода в трещиновато-пористую среду;

- в выполнении численных исследований при построении одномерной математической модели двунаправленного процесса изотермической фильтрации бинарной сжимаемой смеси газов;

- в выполнении расчетов, связанных с композиционным моделированием подземного хранилища газа Дамборжице при закачке метано-водородной смеси с различной концентрацией водорода.

Ценность научных работ

Научные работы К.А. Бутова отражают специфику пластовых процессов, происходящих при эксплуатации ПХГ при закачке метано-водородных смесей, которые необходимо учитывать при управлении технологическими процессами ПХГ на действующих подземных хранилищах газа в пористых пластах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников литературы из 102 наименований. Общий объем работы составляет 125 печатных страниц. Текст работы содержит 91 рисунок и 20 таблиц.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ H2 ДЛЯ СОВМЕСТНОГО ХРАНЕНИЯ С ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ В

ПХГ

1.1.Обзор мирового опыта использования H2 для закачки в ПХГ.

Состояние изученности вопроса

Актуальным технологическим вызовом в настоящее время является возможность применения накопленных знаний в области хранения природного газа к задачам совместного хранения метана и водорода. На текущий момент одной из острых проблем современной мировой энергетики является накопление и аккумулирование полученной энергии. Передовым из возможных решений проблемы накопления большого количества энергии может служить водородная энергетика. Одним из достоинств данного неуглеводородного компонента, как топлива, служит его удельная теплота сгорания второе (выше чем у нефти, а при сгорании образуется вода).

Производство водорода для энергетических компаний на текущий момент не является новой задачей. Следует подчеркнуть, что для незначительных объемов с целью хранения, как правило, используются различные резервуары высокого давления [27, 99]. Однако, в случае выработки излишек данного неуглеводородного компонента или для производственных нужд, возникает проблема масштабного хранения.

В настоящее время промышленное использование водорода сосредоточенно в сферах переработки нефти, производства аммиака и метанола (рисунок 1.1).

Способы получения водорода вызывают много дискуссий в научном сообществе. Значительная часть неуглеводородного компонента (до 70 процентов) в настоящее время производится из ископаемых источников энергии, таких как природный газ и уголь, путём паровой конверсии метана (Steam Methane Reforming) [14, 43]. Главным недостатком этого процесса является выделение углекислого газа при расщеплении углеводородов.

Безусловно, с целью уменьшения выбросов можно применить технологию по улавливанию углекислого газа. Однако, во-первых, это не является стандартной отраслевой практикой, во-вторых, проект по выделению водорода и улавливанию углекислого газа скорее всего станет экономически нерентабельным.

Поэтому способ получения водорода имеет значительные последствия для сокращения выбросов в атмосферу. Водород, полученный с помощью паровой конверсии, также называют «серым водородом», полученный с помощью улавливания углекислого газа - «синим». Более экологически чистым методом производства водорода является электролиз с протонообменной мембраной (Proton Exchange Membrane (PEM)). Данный метод подразумевает выделение водорода из воды при использовании электричества. Неоспоримым плюсом данного метода является отсутствие выбросов углекислого газа, и в сочетании с электричеством, полученным от ВИЭ (ветреные установки, солнечная энергетика) позволяет решить основную глобальную проблему мирового сообщества: как лучше хранить возобновляемую энергию. При использовании возобновляемых источников энергии для получения водорода путем электролиза - такой водород как правило называют «зеленым» [43, 45].

Рис. 1.1 - Динамика изменения мировой потребности в водороде

Рис. 1.2. Анализ изученности подземного хранения водорода Принятый Еврокомиссией в конце 2019 года комплекс политических

инициатив Европейский «Зеленый курс» [1], а также принятая в июле 2020

года «Водородная стратегия» [3] подразумевает значительное увеличение

доли водорода в общем объеме энергогенерации в европейских странах.

Однако, анализируя обобщенный опыт компании МагсоОаг [30]

представленный на рисунке 1.2 относительно проведенных исследований по

совместному подземному хранению природного газа и водорода в пористых

пластах, приходим к выводу об отсутствии единого мнения относительно

концентраций, допустимых к хранению. Данный факт свидетельствует о необходимости продолжения изучения процессов, происходящих в пласте-коллекторе при закачке метано-водородных смесей различных концентраций.

Совместному хранению природного газа и водорода посвящены труды следующих авторов: Г.Г. Булатова, К.С. Басниева, Е.А. Бадюка, В.А. Казаряна М.Б. Панфилова, А.Е. Толеуханова, П.Г. Цыбульского, A. Amid, P. Berest, S. Foh, O. Krock, B.J. Taylor, T. Walters, A. B Ogawa, A. Duigou, R. Tarkowski, S. Giuseppe, C. Hemme, P. Gabrielli, F. Crotogino, M.R. Tek, D.J. Evans и др. [4, 7, 11, 13, 16, 18, 23, 25, 28, 31-35, 39, 48-51, 5357, 68, 69, 79, 80, 86, 87, 89, 91, 94-96].

Учитывая тот факт, что водород самый легкий и распространенный элемент, неоспоримым достоинством которого является экологическая безопасность использования, довольно очевидно его преимущество и всестороннее применение в промышленности.

На 1-ой всемирной конференции, посвященной водородной энергетике, представлено техническое и экологическое сопоставление подземного хранения водорода с хранилищем природного газа в истощенных месторождениях и водоносных структурах [9, 11, 16]. Главный вывод, сделанный по итогам конференции, заключался в отсутствии экологических препятствий и проблем для реализации хранения водорода в подземных хранилищах. Продолжая работу, авторы исследовали вопросы потерь газа, связанных с утечками водорода в истощенных месторождениях и водоносных структурах, и классифицировали их на два типа: «единовременные» (разовые) потери и «операционные» (технологические). Единовременные потери связаны с диффузией газа. По оценкам проведенных исследований необходимый буферный объем должен составлять порядка одной трети от общего объема хранилища. Кроме этого, «разовые потери» могут возникать в результате защемления части активного

объема в результате высоких темпов отбора. Операционные потери водорода могут достигать в результате до 1%. [9, 60].

Стоит отметить, что одно из основных исследований в направлении подземного хранения водорода было проведено в 1979 Институтом Газовой технологии (ныне известный как ГТИ, в США), в докладе подтверждается экономическая и техническая возможность крупномасштабного подземного хранения. Были проанализировали четыре типа хранилищ - соляные каверны, истощённые месторождения нефти и газа, водоносные структуры и выработанные шахты. Единственным ограничением, отраженным в докладе, осложнящим процесс хранения водорода, является водородное охрупчивание металлов при эксплуатации ПХГ [36].

В 1985 году исследования по подземному хранению водорода продолжены в части хранения в соляных структурах [26]. Группа исследователей предлагала использовать 300 млн м3 объема соляных каверн для массового подземного хранения водорода. Исследование показало, что массовое накопление водорода является экономически выгодным в таком сценарии, при котором стоимость водорода оценивается от 3 до 5 долларов за тысячу кубических футов на период расчета цены 1985 г. В случае увеличения стоимости неуглеводородного компонента, проект оказывался нерентабельным [12, 63].

Группой авторов в 1986 г. [15] проведена всесторонняя технико-экономическая оценка, с изложением сценариев подземного хранения водорода в соляных кавернах, шахтах и истощенных месторождениях природного газа. Каждый рассматриваемый сценарий хранения водорода имел свои преимущества и недостатки. Сценарий по хранению в соляных кавернах является самым малозатратным по эксплуатации хранилища, несмотря на высокую стоимость строительства емкости. Подземное хранение водорода в шахтах обходится кратно дороже первого рассмотренного сценария, также фактором риска является возможная негерметичность породы. Что касается истощенных месторождений нефти и

газа, затраты будут зависеть от остаточных запасов месторождения, находящихся в пласте, соответственно, от степени истощённости залежи. Кроме того, проект по закачке водорода (метано-водородной смеси) в истощенное месторождение будет зависеть от состояния фонда скважин на данном объекте. Самым дорогостоящим проектом является хранение водорода в водоносном горизонте [15, 19, 25].

Систематизируя и обобщая опыт подземного хранения водорода за последние десятилетия и отдавая предпочтение крупномасштабному хранению Н2 в выработанных месторождениях и водоносных пластах, той же точки зрения придерживается и автор работ [79-80]. Затраты на создание ПХВ в выработанных месторождениях нефти и газа в 2,5 раза выше относительно водоносных горизонтов. Приводя безразмерное качественное сравнение стоимости, затраты на постройку ПХВ в каменной соли того же объема, по зарубежным оценкам, превосходят затраты на сооружение хранилища в выработанных месторождениях нефти и газа в 1,4-1,8 раза. Хотя эксплуатационные затраты при хранении водорода в резервуарах, созданных в каменной соли существенно ниже.

К.С. Басниев в работе [23] моделирует различные варианты хранения водорода на территории России, в том числе на Якшуновском ПХГ. Автор констатирует об уникальных свойствах водорода и считает наиболее эффективным хранением в истощенных нефтяных и газовых месторождениях.

Группа авторов [9] поставила перед собой задачу, оценить влияние водорода на геомеханические характеристики породы. В проведенной работе доказано, что воздействие на геомеханические характеристики породы минимально.

Авторами работы [38] приводятся характерные объяснения причин почему хранение водорода в пористой среде получило меньшее внимание в отличие от соляных каверн (например, в США, Великобритании и Северной Ирландии), хотя пористые пласты могут обеспечить более высокие емкости

для хранения. Главными проблемами являются высокий коэффициент диффузии водорода, а также реакции между нагнетаемым водородом и пластовым газом. Также, группа авторов в статье описывает проект оценки возможности хранения водорода в истощенных газовых месторождениях путем всесторонних геохимических, биологических, исследований, а также изучений процессов смешивания газов, изучения целостности покрышки во всем временном промежутке хранения водорода и изучение влияния агента на газотранспортную сеть, учитывая агрессивную среду водорода.

М.Б. Панфилов в своей работе [86] смоделировал динамику роста бактерий, которые как известно питаются водородом и углекислым газом и образуют метан в некоторых резервуарах в сочетании с реактивным переносом этих газов. Его работа показала возможный механизм наблюдаемого разделения областей, богатых водородом и метаном, городских газовых хранилищ водоносного горизонта Лободице и Бейн.

Выделяются следующие основные научные и практические проблемы подземного хранения водорода:

- значительные потери водорода не связаны с растеканием по кровле и с высокой диффузионной способностью. В пример данного утверждения приводится сравнение ПХВ в Техасе, где не наблюдалось никаких утечек водорода несмотря на высокую диффузионную способность;

- существует механизм естественной генерации СН в подземном хранилище водорода, учитывая более высокий калорийный потенциал единицы массы СН4 по сравнению с Н2, этот процесс можно назвать естественным обогащением водородного топлива [40];

- существует механизм естественного распада С02 в подземном хранилище водорода, что является положительным эффектом на фоне современных политических тенденций к снижению углекислого газа в атмосфере;

- наблюдается естественная сепарация различных химических веществ (Н2 и СН4) в пространстве, что может играть как положительную роль

(возможность извлечения чистого водорода), так и отрицательную роль (снижение степени обогащения Н2 метаном).

Сказанное выше дает право утверждать, что подземные хранилища водорода являются «модернизирующим устройством», снижающим концентрацию С02 и частично Н2, но в тоже время, увеличивающим массу СН4. Данная проблема затрагивает не только промышленные аспекты, но и экологические. Данных процессов не наблюдается при совместном подземном хранении С02 и СН4 [78, 96].

Анализируя работу [94], автор утверждает, что реакция уменьшения количества углекислого газа, водорода и соответственно увеличения метана в компонентной смеси в ПХГ не происходит мгновенно. Как правило, это длительный временной процесс, на который уходят годы. Для протекания данной реакции необходимы метаногенные бактерии, оптимальная температура их существования до 70 оС, нейтральный рН и оптимальное пластовое давление, составляющее 1,6 МПа.

В работе автора [48] проводилось гидродинамическое моделирование сезонного (циклического) хранения водорода в водоносном горизонте геологической структуры Сулишево (Польша). Моделирование проводилось на примере одной эксплуатационной скважины, расположенной в купольной зоне, с допущением, что значения давления гидроразрыва пласта и давления капиллярного натяжения не будут превышены. Было отмечено, что количество извлекаемого водорода увеличивается в каждом последующем цикле отбора. Кроме того, учитывая специфику эксплуатации ПХГ в водоносных горизонтах, движение больших объёмов воды при отборе водорода будет представлять собой серьезную экологическую проблему, важную также для экономической эффективности подземного хранилища. Полученные результаты моделирования свидетельствуют о том, что подземное хранение водорода в водоносном горизонте может осуществляться при оптимальных темпах отбора газа.

Ряд статей и фундаментальных работ поднимает одну из главных проблем использования водорода - наводороживание [66]. Процесс наводороживания конструкционных материалов, в том числе стали или железа, при различных технологических процессах всегда приводит к водородной хрупкости. Разрушение под влиянием диффузионно-подвижного водорода мало предсказуемо и наиболее опасно вследствие высокой диффузионной подвижности водорода и его способности перераспределяться под влиянием различных физических полей. Существует неопределенность величины критической концентрации водорода в зоне разрушения. Как отмечает автор [102], активность (фугитивность) является движущей силой, с которой растворенный водород может вступать в физические и химические взаимодействия, и которая входит в граничные условия диффузии водорода в объеме металла. Однако, в статье [101] специалисты ООО «Газпром ВНИИГАЗ» провели собственные исследования по воздействию газообразного водорода на стали различных марок. По результатам лабораторных тестов отмечено отсутствие негативного влияния на стали.

Также существует ряд аналитических трудов, описывающих текущую ситуацию по хранению водорода в пористых пластах и солевых кавернах в разных странах.

Авторы статьи [22] на примере ПХГ в Великобритании показали техническую возможность покрытия сезонной неравномерности за счет ПХГ с водородом, с учетом минимальным пластовых потерь неуглеводородного компонента.

В статье [46] рассмотрены актуальные вызовы Японии по хранению водорода.

Авторами статьи [44] рассмотрена техническая возможность и экономический эффект подземного хранения водорода в истощенных месторождениях и соляных кавернах Великобритании.

В работе [20] отмечено выгодное географическое положение Южной Патагонии (Аргентина) для выработки водорода путем ветряной энергии.

В исследовании [12] анализируется технико-экономическая целесообразность крупномасштабного хранения водорода в кавернах Франции.

Авторами [24] проведена работа по поиску геологических структур на территории Испании для хранения водорода.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бутов Кирилл Андреевич, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. The European Green Deal // European Commission URL: https://eur-lex. europa.eu/legalcontent/EN/TXT/?qid= 1588580774040&uri=CELEX:52 019DC0640 (дата обращения: 01.09.2020).

2. 60 лет подземному хранению газа в СССР и России: ист.-техн. сб./ под общ. ред. С.А. Хана; ПАО «Газпром».-М.: ООО «Газпром ПХГ», 2016. - 480 с.

3. A Hydrogen Strategy for a climate neutral Europe // european union URL: https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/FS_20_1296 (дата обращения: 20.07.2020).

4. A. Amid Seasonal storage of hydrogen in a depleted natural gas reservoir // International Journal of Hydrogen Energy. 2016. № 41. С. 53-65.

5. API Recommended Practice 1170 «Design and Operation of Solution-mined Salt Caverns Used for Natural Gas Storage» [Электронный ресурс]: https://www.api.org/~/media/Files/Publications/Whats%20New/1170_e 1 %2 0PA.pdf (дата обращения: 30.11.2020).

6. Berest P., Brouard B. Safety of caverns used for underground storage blow out, mechanical instability, seepage //Oil & Gas Sci. and Tech. Rev. IFP. 2003. V. 58 (3). pp. 361-384.

7. Bulatov, G.G. Underground storage of hydrogen // Ph.D. Thesis, Moscow Gubkin Oil and Gas University. 1979. -234 p

8. Buzek, F., Onderka, V., Vancura, P.,Wolf, I. Carbon isotope study of methane production in a town gas storage reservoir// Fuel, 1994. Vol.73, -P.747-752.

9. Carden P.O., Patterson L. Physical, chemical and energy aspects of underground hydrogen storage // Int. J.Hydrogen Energy. 1974. pp. 145160.

10.Christina Hemme,Wolfgang van Berk Hydrogeochemical Modeling to Identify Potential Risks of Underground Hydrogen Storage in Depleted Gas Fields // Applied Sciences . 2018. №11 . С. 1-19.

n.Crotogino F., Donadei S., Bunger U., Landinger H. Large-Scale Hydrogen Underground Storage for Securing Future Energy Supplies // 18th World Hydrogen Energy Conf. 2010. pp. 38-42.

12.Duigou A. Relevance and costs of large scale underground hydrogen storage in France // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. №79, pp. 78-81.

13.Eilerts C.K. Computing the Movement of Injected Raw Helium in Bush Dome Reservoir / C. K. Eilerts, E. F. Summer // J. Pet. Technol. - 1973. -Т. 25 - № 01 - pp. 15-17.

14.Entsog Winter Supply Review 2019/2020 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.entsog.eu/sites/default/files/2020-10/SO0027-20%20Winter%20Review%2019-20.pdf (дата обращения: 20.11.2020).

15.Evans D.J., Chadwick R.A. Underground Gas storage // Geolog. Soc. Lond. Spec. Publ. 2009. pp. 123-124.

16.Foh S., Novil M., Rockar E., Randolph P. Underground hydrogen storage. Final report. [Salt caverns, excavated caverns, aquifers and depleted fields]. United States, 1979.

17.Frantisek Buzek Methanogenic bacteria as a key factor involved in changes of town gas stored in an underground reservoir // FEMS Microbiology Letters. 1990

18.Gabrielli P. Seasonal energy storage for zero-emissions multi-energy systems via underground hydrogen storage // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. № 4.

19.Gas storage margin recovery continues // Timera Energy [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://timera-energy.com/gas-storage-margin-recovery-continues/ (дата обращения: 20.11.2020).

20.Giuseppe S. South Patagonia: Wind/hydrogen/coal system with reduced CO2 emissions // International Journal of Hydrogen Energy . 2014. № 38, pp. 154-161.

21.Hagemann, Birger & Rasoulzadeh, Mojdeh & Panfilov, Mikhail & Ganzer, Leonhard & Reitenbach, Victor. (2015). Hydrogenization of underground storage of natural gas. Computational Geosciences. accepted on Septembre 2,. 10.1007/s10596-015-9515-6.

22.Howard B., Stone J., Veldhuis I., Richardson N, Underground hydrogen storage in the UK //Geological Society, London, -2009, Vol.313, -P. 217226.

23.K.S. Basniev, F.A. Adzynova Underground Hydrogen Storage Problems in Russia // 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 - WHEC 2010. 2010. №Vol. 78-4. P. 47-53.

24.Karakilcik H. HyUnder - Hydrogen Underground Storage at Large Scale: Case Study Spain // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. №65. P. 56-65.

25.Krock O., Crotogino F., Rudolph T. Overview on all Known Underground Storage Technologies for Hydrogen //HyUnder-research report. 2013. pp.16-18.

26.Mau R.E. Particle transport in flow through porous media: advection, longitudinal dispersion, and filtration / R. E. Mau - 1992. № 1 (23), 2020, pp. 203-207.

27.Measures for a sustainable gas storage market August 2018. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/mf31_background_^i -cl_energy_gie_study.pdf (дата обращения: 20.11.2020).

28.Oladyshkin S., Panfilov M. Hydrogen penetration in water through porous medium: application to a radioactive waste storage site// Environmental Earth Sciences, 2011. Vol.64, №4, -P 989-999.

29.Oldenburg C.M. Carbon dioxide as cushion gas for natural gas storage // Energy and Fuels.- 2003, №17, pp. 178-182.

30.0verview of available test results and regulatory limits for hydrogen admission into existing natural gas infrastructure and end use // European union URL:

https://ec.europa.eu/info/sites/info/files/energy_climate_change_environme nt/events/documents/02.c.03_mf33_background_-_marcogaz_-_infographic_hydrogen_admission_-_j_dehaeseleer_g_linke.pdf (дата обращения: 20.07.2020).

31.Panfilov M. Undeground storage of hydrogen: self-organisation and methane generation// Transport in Porous Media, 2010. Vol.85, -P 841-865.

32.Panfilov M. Underground storage of hydrogen: natural methane generation and in-situ self-organisation// Gas Industry, March, 2010. № 644, -P. 98105.

33.Panfilov M., Rassoulzadeh M. Interfaces of phase transition and disappearance and method of negative saturation for compositional flow with diffusion and capillarity in porous media.// Transport in Porous Media, 2010. Vol.83, №1,-P. 73-98.

34.Panfilov M., Underground and pipe-line storage of hydrogen // In: Compendium of Hydrogen Energy, Ed. R.B. Gupta, Eslevier, 2015, -P. 91115.

35.Panfilov, M., Gravier, G., Fillacier, S. Underground storage of H2 and H2-C02-CH4 mixtures// In: Proc.ECMOR-X: 10th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, 2006, Amsterdam,EAGE, paper A003.

36.Paterson, L.: The implications of fingering in underground hydrogen storage. Int. J. Hydrog. Energy 8(1),53-59 (1983)

37.Perkins T.K. A Review of Diffusion and Dispersion in Porous Media / T. K. Perkins, O. C. Johnston // Soc. Pet. Eng. J. - 1963, pp.42-53.

38.Pudlo D., Ganzer L., Henkel S., Liebscher A., Kühn M., Lucia M., Panfilov M., Pilz P., Reitenbach V., Albrecht D., Würdemann H.,Gaupp R.

Hydrogen underground storage in siliciclastic reservoirs - intention and topics of the H2STORE project. 2013. -270 p.

39.Radoslaw Tarkowski Numerical simulation of hydrogen injection and withdrawal to and from a deep aquifer in NW Poland // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. № 10, pp.74-77.

40.Sen, N.K., Das, D., Khilar, K.C., Suraishkumar, G.K.: Bacterial transport in porous media: new aspects of the mathematical models. Colloid Surf. A 260, 53-62 (2005)

41.Simbek D.R. CO2 capture and storage - the essential bridge to the hydrogen economy// Energy, 2004. Vol. 29, -P. 1633-1641.

42.Smigai, P, Greksak, M., Kozankova, J., Buzek, F., Onderka, V., Wolf, I.: Methanogenic bacteria as a key factor involved in changes of town gas in an underground reservoir. FEMS Microbiol. Ecol. 73, 221-224 (1990)

43.Source and scale are biggest challenges as hydrogen interest grows // SiP Global Platts URL: https://blogs.platts.com (дата обращения: 25.03.2020).

44.Stone H. B. J. Underground hydrogen storage in the UK // Geological Society London Special Publications. 2009. №313, pp.354-361.

45.Sylvie Cornot-Gandolphe «Underground gas storage in the world - 2019 status » // Cedigaz Insights. November 2019. № 35. - P. 10.

46.T. Ogawa Underground storage of hydrocarbons in Japan - Past and present // Rock Mechanics in Petroleum Engineering. 1994. pp.50-53.

47.Tade M. Helium Storage in Cliffside Field / M. Tade // J. Pet. Technol. -1967. - Т. 19 - № 7 - 885-888 с.

48.Tarkowski R. Perspectives of using the geological subsurface for hydrogen storage in Poland // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. №76. P. 42-49.

49.Tarkowski R. Salt domes in Poland - Potential sites for hydrogen storage in caverns // International Journal of Hydrogen Energy. 2018. №81. P. 60-71.

50.Tarkowski R. Screening and ranking framework for underground hydrogen storage site selection in Poland // International Journal of Hydrogen Energy. 2018, pp.236-243.

51.Tarkowski R. Underground hydrogen storage: Characteristics and prospects // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. №4. С. 86-94.

52.Taylor B.J. Technical and economic assessment of methods for the storage of large quantities of hydrogen // Int. J.Hydrogen Energy. 1986. pp. 5-22.

53.Toleukhanov A, Panfilov M., Panfilova I., Kaltayev A. Bio-reactive twophase transport and population dynamics in underground storage of hydrogen: natural self-organisation // In: Proc. ECMOR-XIII: 13th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, -Biarritz, France, EAGE, 2012. -paper B09

54.Toleukhanov A., Dussembayev I., Burketbayev M., Panfilov M. Storage of hydrogenous gas in geological formations-Conceptual Model of In-situ Bio-reactions and Gas Transformations // 2nd EAGE International Conference KazGeo2012, - Almaty, EAGE, 2012. -paper D012.

55.Toleukhanov A., Kaltayev A., Panfilov M. Modeling of bacterium influence on methane concentration in underground storage of hydrogen // Вестник КазНУ. Серия математика, механика, информатика. -2015. №2(85). -C. 69-80

56.Toleukhanov A., Panfilov M., Kaltayev A. Analytical and numerical study of the impact of methanogenic bacteria on gas composition in underground hydrogen storages // Eurasian Chemico-Technological Journal. 2015. Vol.17, №3, -P. 1-7.

57.Toleukhanov A., Panfilov M., Kaltayev A. Self-Organization Phenomena in Underground Hydrogen Storages // Communications in Computer and Information Science. Mathematical Modeling of Technological Processes. Springer: -2015.Vol.549, -P. 177-189.

58.Underground Gas Storage in PAO Gazprom 60 years of success. брошюра/под общ. ред. С. А. Хана; ПАО «Газпром». - М.: Газпром ПХГ, 2016. - 25 с.

59.Van der Meer B., Obdam A. Is Carbon Dioxide in Case of Natural Gas Storage a Feasible Cushion Gas? // TNO report. - 2008.

60.Walters. A.B. Technical and environmental aspects of underground hydrogen storage // World Hydrogen Energy Conf. 1976. V. 2B. pp. 65-79.

61.Weinstein C.Optimizing Helium Gas Recovery: A Compositional Dual Porosity Reservoir Simulation Study of the Bush Dome Helium Storage Reservoir, Amarillo, Texas / C. Weinstein, T. Firincioglu, A. Albertoni - , 2003.- 1-12 с.

62.William C.Leighty Alternatives to Electricity for Transmission, Firming Storage, and Supply Integration for Diverse, Stranded, Renewable Energy Resources: Gaseous Hydrogen and Anhydrous Ammonia Fuels via Underground Pipelines // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012.

63.Yang C., Jing W., Daemen J.J.K., Zhang G., Du C. Analysis of major risks associated with hydrocarbon storage caverns in bedded salt rock // Reliability Engineering & System Safety. 2013. V. 113. pp. 94-111.

64.Азиз Х., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем. Пер. с англ. - М: Недра, 1982, 407 с.

65.Алиев З.С., Бондаренко В.В. Руководство по проектированию разработки газовых и газонефтяных месторождений. Печора: Изд. Печерское время, 2003.

66.Астафурова Е.Г., Москвина В.А., Гальченко Н.К. Влияние легирования водородом на деформационное упрочнение и разрушение высокоазотистой аустенитной стали // Letters on Materials. 2018. №8. С. 71-76.

67.Барсук Н.Е., Хан С.А. "Зеленый газ» в газотранспортной системе Европы // Газовая промышленность. 2018. №10. С. 104-109.

68.Басниев К.С., Выродова И.В., Бадюк Е.А Подземное хранение водорода // Наука и техника в газовой промышленности. 2008. №35. С. 87-94.

69.Басниев К.С., Выродова И.В., Бадюк Е.А. Водородная энергетика: Состояние, проблемы, перспективы // Наука и техника в газовой промышленности. 2008. №35. С. 5-20.

70.Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Каневская Р.Д., Максимов В.М. Подземная гидромеханика. - М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2006. - 488 с

71.Бутов К.А. «Подземное хранение водорода. Основные проблемы перехода на «Зеленую энергетику». Процессы в геосредах, № 1 (23) -2020, стр. 553-560.

72.Бутов К.А. «Численные исследования и анализ распространения водорода в подземном хранилище газа» // Вестник Евразийской науки, Том 12 / 2020, № 4, Том 12. https://esj.today/PDF/03NZVN420.pdf

73.Бутов К.А., Дьяченко Г.И. «Особенности моделирования эксплуатации подземного хранилища водорода в трещиновато-пористом коллекторе» Вестник Евразийской науки, Том 12/ 2020, № 5, Том 12 https ://esj.today/PDF/04NZVN520.pdf

74. Водородная стратегия // european union URL: https://eur-lex.europa.eu/legalcontent/EN/TXT/?qid=1588580774040&uri=CELEX:52 019DC0640 (дата обращения: 20.07.2020).

75. Газпром и Uniper обсудили вопросы сотрудничества // neftegaz.ru URL: https://neftegaz.ru/news/partnership/497246-gazprom-i-uniper-obsudili-voprosy-sotrudnichestva/ (дата обращения: 20.07.2020).

76.Газпром и Росатом начнут производить «чистый» водород в 2024 году//РБКURL:https://www.rbc.ru/business/22/07/2020/5f1565589a79471 2b40faedf (дата обращения: 21.07.2020).

77.Гарайшин А.С. Исследование возможности частичного замещения буферного газа на диоксид углерода на подземных хранилищах газа /

А. С. Гарайшин, И. Г. Бебешко, А. В. Григорьев, С. С. Дейнеко, Н. А. Исаева, В. В. Осадчая, С. А. Хан // Научно-технический сборник Вести газовой науки - 2015. - Т. 3 (23) - 79-83 с.

78.Дорохин В.Г., Методика использования углекислого газа в различных агрегатных состояниях на подземных хранилищах газа // дис. к.т.н. ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2017. С 119.

79.Казарян В.А., «Подземное хранение газов и жидкостей». РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, Институт компьютерных исследований, Москва, Ижевск, 2006. -490 С.

80.Казарян В.А., Цыбульский П.Г. Крупномасштабное хранение водорода // Наука и техника в газовой промышленности. 2008. №35. С. 95-101.

81.Каримов М.Ф. Эксплуатация подземных хранилищ газа, М.: «Недра», 1981. -381 С.

82.Макарьев О.В., Барсук Н.Е., Дьяченко Г.И., Бутов К.А. «Роль подземных хранилищ газа в формировании новой мировой энергетической отрасли» // Газовая промышленность. Спец.выпуск № 4. 2020. № 808 С. 25-38.

83. Михайловский А.А. Совершенствование технологий частичной замены буферного метанового газа ПХГ неуглеводородными газами / А. А. Михайловский, С. А. Хан, Н. А. Исаева // Газовая промышленность - 2014. - Т. 01/701 - 62-65 с.

84. Михайловский А.А., Аналитический контроль объемов газа в пластах-коллекторах ПХГ//-Газпром ВНИИГАЗ,2013. -250 с.

85.Михайловский А.А., Григорьев А.В. Опыт прогнозирования и регулирования эксплуатации ПХГ в частично выработанном месторождении высокоазотного природного газа ПХГ // Газовая промышленность. - 2014. - №5. - С. 64-67.

86. Панфилов М.Б. Подземное хранение водорода: естественная генерация метана и внутрипластовая самоорганизация / М. Б. Панфилов // Газовая промышленность - 2010. - Т. 13 (644) - 50-60 с.

87.Петренко В.И., Зленко В.Я., Ераткина В.П. Водород как один из альтернативных источников энергии будущего и проблема его подземного хранения // Наука и техника в газовой промышленности. 2008. №35. С. 80-86.

88.Правительство Российской Федерации утвердило план мероприятий по развитию водородной энергетики// Министерство энергетики РФ URL: https://minenergo.gov.ru/node/19194 (дата обращения: 14.09.2021).

89.Родичкин И., Карасевич В., «Северный поток-2 для водорода. Оценка возможности использования магистральных газопроводов для экспорта водорода из России в ЕС. // Нефтегазовая вертикаль - 2021. №1. С.5-12.

90.Росатом предложит комплекс мер по развитию водородной энергетики в России // РИА НОВОСТИ URL: https://ria.ru/20190916/1558716342.html (дата обращения: 20.07.2020).

91. Справочник по подземным хранилищам газа мира: обз. инф. / под ред. В.А. Михаленко. - 2018. - М.: Газпром, Газпром ВНИИГАЗ.

92. Справочное руководство Eclipse. - Публичная компания Schlumberger, 2003. - 2285 с.

93.Техническое описание Eclipse. - Публичная компания Schlumberger, 2003. - 1068 с.

94.Толеуханов А.Е. Гидродинамический анализ процессов самоорганизации в подземных хранилищах водорода: дис. д-р фил. А, 2015. 75 с.

95.Толеуханов А.Е., Калтаев А., Панфилов М.Б. Проведение численного и аналитического исследования кинетики химических реакций, вызываемых бактериями в пластовых условиях процесса самоорганизации в подземных хранилищах водорода //Матер. Международной науч.-практ.конф.посв. 50-летию создания Института математики и механики АН КазССР «Актуальные проблемы математики и математического моделирования». -Алматы,2015- С.266

96.Толеуханов А.Е., Панфилов М.Б., Калтаев А. Двухфазная модель изменения состава углеводородной смеси при хранении в подземном водоносном резервуаре // Известия НАН РК, Серия физико-математическая. 2013. №6. - С. 99-108.

97.Троицкий В.М., Рассохин С.Г., Соколов А.Ф., Мизин А.В. В.П.В. Экспериментальная оценка параметров массопереноса при закачке диоксида углерода в продуктивные пласты / В. П. В. В.М. Троицкий, С.Г. Рассохин, А.Ф. Соколов, А.В. Мизин // Научно-технический сборник Вести газовой науки - 2013. - Т. 1 (12) - 105-110 с.

98. Утверждена энергетическая стратегия Российской Федерации до 2035 года// Министерство энергетики РФ URL: https://minenergo.gov.ru/node/18038 (дата обращения: 21.07.2020)

99.Фатеев В.Н., Алексеева О.К., Коробцев С.В., Серегина Е.А., Проблемы аккумулирования и хранения водорода // Chemical problems. 2018. №4. С. 453-483.

100.Хан С.А., Бебешко И.Г., Гайрашин А.С., Дейнеко С.С., Исследование возможности частичного замещения буферного объема газа на диоксид углерода на ПХГ / Н. А. И. С.А. Хан, И.Г. Бебешко, А.С. Гайрашин, С.С. Дейнеко // Территория нефтегаз - 2015. - № 5 - 18-21 с.

101.Чугунов А.В., Бабешко И.Г., Семенов А.М. Экспериментальное исследование воздействия смеси газов метана и водорода на структурно-механические свойства некоторых марок стали // Газовая промышленность. 2016. №10. С. 40-51.

102.Шашкова Л.В., Фрактально-синергетические аспекты локальной микроповреждаемости и разрушения диффузионно-активированной водородом стали: дис. д-р физико-математических наук наук: 01.04.07 Физика конденсированного состояния. М, 2014. 336 с.