Важнейшие результаты по теме госзадания ИПНГ РАН «Научное обоснование оптимальных условий подземного хранения водорода совместно с метаном» (№ темы 0118-2019-0019) за 2021 г. по направлениям исследований в рамках Программ фундаментальных научных исследований (ПФНИ) государственных академий наук на 2013–2020 гг. 132. Комплексное освоение и сохранение недр Земли, инновационные процессы разработки месторождений полезных ископаемых и глубокой переработки минерального сырья

1. Риск развития коррозионных явлений на металлических конструкциях подземного и наземного оборудования ПХГ за счет реализации гидрогеохимических и микробиологических процессов возрастет (а) при увеличения влагосодержания газа и доли конденсационных вод по мере снижении пластового давления; (б) преобладании в резервуаре маломинерализованных вод гидрокарбонатно-натриевого типа с повышенными концентрациями в них диоксида углерода и органических кислот; (в) развития специфических микробиологических сообществ, типичных для строгого анаэробиоза.
2. Водород является легко утилизируемым субстратом и используется как сульфатредуцирующими, так и метанобразующими микроорганизмами. Поэтому для ПХГ, обустроенных в водоносных горизонтах, микробиологически более оправдан риск развития углекислотной агрессии. В ПХГ, расположенных в истощенных месторождениях, будут проявляться как углекислотная, так и сероводородная виды коррозии. Уточнение ведущего типа микробиологической агрессии возможно на основе применения метода высокопроизводительного секвенирования V3 региона гена 16S рРНК, позволяющего определить состав и степень представленности конкретных родов микробного сообщества в пробах пластовых вод.
3. Совместному хранению водорода и метана сопутствует активизация разнообразных гидрохимических и микробиологических процессов, обусловливающих различные виды рисков. Один из них связан с тем, что глинистые толщи, выступающие в качестве покрышек, на глубинах, характерных для ПХГ, как правило, не утрачивают основные объемы поровых вод. Последние под действием циклических нагрузок вносят свой вклад в геодинамическую стабилизацию пластовой системы. К таковым относятся: (а) трансформация пород-покрышек, ухудшение их изоляционных свойств, развитие микротрещиноватости при снижении влагонасыщенности глинистых пород ниже критической величины максимальной гигроскопичности; (б) ухудшение фильтрационных свойств пород-коллекторов при выпадении в осадок цементного материала в поровое пространство за счет снижения величины рН, высокой насыщенности подземных вод карбонатами, сульфатами кальция и другими малорастворимыми минералами.
4. В продолжение исследований принципиальной возможности развития микробиологически обусловленной коррозии при гибридном хранении водорода и метана в ПХГ, размещенных в водоносных структурах (на материалах Щелковского, Калужского, Касимовского ПХГ) в течение отчетного года был проведен комплекс специальных исследований на материалах Песчано-Уметского ПХГ, где в составе пород и пластовых вод присутствуют соединения серы. Полученные результаты подтвердили: (1) достаточную представительность бактерий и археи, потенциально способных к превращениям соединений серы и азота, а также бензоата, полициклических ароматических соединений и образованию метана; (2) вывод о том, что уксусная кислота и другие летучие кислоты, присутствующие в пластовой воде ПХГ, а также метанол, закачиваемый в подземные горизонты для снижения гидратообразования, могут служить субстратами, как для аэробных, так и для анаэробных микроорганизмов (метаногены, сульфатредуцирующие); (3) экспериментально подтверждено, что добавление молекулярного водорода в изолированные пробы пластовых вод стимулирует рост сульфатредуцирующих бактерий, что может приводить к усилению биогенной коррозии металлического оборудования, ухудшению качества газа вследствие образования сероводорода и определенным потерям водорода; (4) экспериментально полученные численные значения скорости коррозии свидетельствуют об активном взаимодействии образца с бактериальным сообществом. Однако эти первые показатели, полученные экспериментальным путем, не могут быть просто экстраполированы для прогнозирования долгосрочного поведения коррозионной активности. Необходимо продолжение исследований на более длительных временных интервалах экспериментов.

Рисунок Численность культивируемых микроорганизмов в пробах воды из Щелковского, Песчано-Уметского, Касимовского и Калужского ПХГ (МЕТ – гетеротрофные метаногены, МЕТ_Н2 – водородиспользующие метаногены, СРБ – гетеротрофные сульфатредуцирующие, 2 – автотрофные сульфатредуцирующие, БР – бродильные бактерии, АМБ – аэробные метилотрофные бактерии, АОБ – аэробные органотрофные бактерии)

Публикации по результатам научной работы:

1. Л.А. Абукова, О.П. Абрамова Прогноз гидрогеохимических эффектов в глинистых флюидоупорах при подземном хранении водорода с метаном // Георесурсы.– 2021 – Т.23 – №1 – С. 118-126 https://doi.org/10.18599/grs.2021.1.13

2. Л.А. Абукова, Ю.А. Волож Геофлюидодинамика глубокопогруженных зон нефтегазонакопления осадочных бассейнов // Геология и геофизика.– 2021 – Т.62 – №8 – С. 1069-1080 https://doi.org/10.2113/RGG20214348

3. Л.А. Абукова, Д.С. Филиппова, Е.А. Сафарова, Р.Н. Абдрашитова, А.В. Быченков. Гидрогеохимические и микробиологические особенности ПХГ в аспекте гибридного хранения природных газов // Материалы конференции, Тюмень 2021, март 2021, Том 2021, стр. 1-6 https://doi.org/10.3997/2214-4609.202150116

4. Монакова А.С., Сафарова Е.А., Филиппова Д. С., Столяров В.Е. Особенности автоматизации производства и хранения промышленного водорода // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. – 2021. – № 3. – С. 18–26. DOI: 10.33285/0132-2222-2021-3(572)-18-26

5. Т.Н. Назина, Л.А. Абукова, Т.П. Турова, Т.Л. Бабич, С.Х. Биджиева, Д.С. Филиппова, Е.А. Сафарова. Микробное разнообразие и возможная активность в водоносных горизонтах подземных хранилищ газа // Микробиология, 2021, T. 90, № 5, С. 589-600

6. Д.С. Филиппова, Е.А. Сафарова, Д.А. Лясников Исследование микробиологической активности пластовых вод Щелковского ПХГ // Материалы конференции, Геомодель 2021, сентябрь 2021, Том 2021, стр. 1-5 https://doi.org/10.3997/2214-4609.202157111

7. Е.А. Сафарова, В.Е. Столяров, Д.С. Филиппова Особенности эксплуатации объектов подземного хранения газа при совместном хранении метана и водорода // Научный журнал Российского газового общества. – 2021. – № 3. https://gazo.ru/ru/media/publications/nauchnyy-zhurnal-rgo-3-2021/

8. Абукова Л.А., Абрамова О.П. Особенности гидрохимической среды подземного хранения водород-метановых смесей // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2021. № 6 (354). С.61-70 10.33285/2413-5011-2021-6(354)-61-70 DOI: 10.33285/2413-5011-2021-6(354)-61-70

9. Абукова Л.А., Абрамова О.П., Филиппова Д.С., Сафарова Е.А. Возможные гидрогеохимические эффекты в терригенных резервуарах подземного хранения водорода с метаном // Подземная Гидросфера, Материалы всероссийского совещания по подземным водам востока России с международным участием, Иркутск 2021, с. 449 – 454 DOI: 10.52619/978-5-9908560-9-7-2021-23-1-449-453

10. Абрамова О.П., Филиппова Д.С. Геобиологические особенности хранения водород-метановых смесей в подземных резервуарах // SOCAR Proceedings Спецвыпуск №.2 (2021) http://dx.doi.org/10.5510/OGP2021SI200548

11. Е.А. Сафарова, В.Е. Столяров, Д.С. Филиппова Особенности мониторинга хранения метано-водородных смесей // SOCAR Proceedings Спецвыпуск №2 (2021) http://dx.doi.org/10.5510/OGP2021SI200552

12. Anikeev D.P., Zakirov E.S., Indrupskiy I.M., Anikeeva E.S SPE 206614 "Estimation of diffusion losses of hydrogen during the creation of its effective storage in an aquifer". DOI: 10.2118/201999-MS https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85118433795&origin=resultslist&...=

13. L Abukova, E Safarova, D Filippova and V Stolyarov Research of the possibilities of the existing transport system in Russia for the transportation of goods and methane-hydrogen mixtures for export // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2021 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 1201 012062 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/1201/1/012062