Determination of the permissible amount of carbon dioxide for placement in a geological structure
Abstract
Relevance. This article presents the results of a study assessing the capacity of geological structures for carbon dioxide (CO2) storage. The target storage formations are the productive reservoirs of depleted hydrocarbon fields. The key objective of the study is to determine the maximum allowable volume of CO2 that ensures secure and safe storage. The placement of CO2 in geological structures is relevant given the trend toward low-carbon energy and the need to reduce greenhouse gas emissions. This issue is related to various aspects: legislative requirements, technology, research, and economics. Underground CO2 placement is recognized as a key technology for reducing atmospheric emissions and is an important component of carbon dioxide capture and storage (CCS) projects. Carbon dioxide disposal projects in geological structures are regulated by international and Russian standards, with specific requirements for the geological conditions and characteristics of CO2containing reservoirs to ensure long-term safe storage. Injection into depleted oil and/or gas reservoirs–after oil and gas resources have been extracted, these well-studied reservoirs represent the best solution for CO2 storage. Carbon dioxide can be stored in geological structures in gaseous, liquid, and supercritical states. The study of the prospects and risks of CO2 storage in geological structures shows that geological changes (rock movements) can cause carbon dioxide migration from the formation to less sealed rocks and then to the Earth’s surface. Therefore, determining the permissible amount of CO2 for disposal in a geological structure is a pressing issue. The aim of the study is to assess the suitability of geological structures for carbon dioxide (CO2) storage, taking into account various factors, criteria, and regulations. It also examines the criteria for selecting CO2 storage sites, methods for assessing storage potential, the risks associated with gas placement, and methods for calculating the permissible amount of CO2 for placement in a geological structure. Materials and Methods. To determine the permissible amount of CO2 for placement in a geological structure, theoretical methods are used that take into account structure selection criteria, methods such as quantitative assessment of storage potential; calculation of the required volume of CO2 injection; and assessment of the coefficient of gas dissolution in formation water. These methods allow for safe and long-term geological storage of CO2, minimizing risks to the environment, natural resources, and human health. Theoretical-level materials are used, including regulatory documents, calculation methods, rock requirements, and monitoring information. Results. The method – equation is proposed for determining the permissible amount of carbon dioxide for disposal in a geological structure, taking into account the conditions for its long-term safe storage. Several criteria are identified for evaluating potential geological structures for CO2 storage, taking into account changes in the compressibility coefficient of carbon dioxide.
References
Аникеев Д.П., Аникеева Э.С. Оценка различных доступных опций в пакетах гидродинамического моделирования для моделирования захоронения углекислого газа в геологические структуры различных типов // Актуальные проблемы нефти и газа. – 2023. – Вып. 2(41). – С. 108–123. DOI: 10.29222/ipng.2078-5712.2023-41.art7.
Архипов В.Н., Ященко С.А., Анкудинов А.А., Молчанова А.А., Смирнова Е.В. Технология CCS: от теории к практике // Экспозиция. Нефть. Газ. – 2023. – № 8. – С. 107–110. DOI: 10.24412/2076-6785-2023-8-107-110.
Васильева Д.А. Применение метода материального баланса для оценки снижения запасов газа // Молодой учёный. – 2021. – № 24(366). – С. 39–42.
Гасумов Р.А., Гасумов Э.Р. Оценка воздействия подземного размещения жидких отходов на геологическую среду (на примере истощенных газовых месторождений) // Юг России: экология, развитие. – 2025. – Т. 20. № 1. – C. 145–159. DOI: 10.18470/1992-10982025-1-13.
Гасумов Р.А., Гасумов Э.Р., Валиев В.М., Мусаева Ф. Геологические и технико-экономические аспекты проектирования подземных хранилищ газа в пластах-коллекторах // Геология и геофизика Юга России. – 2024. – Т. 14. № 4. – С. 152–165. DOI: 10.46698/ VNC.2024.24.13.013.
Дымочкина М.Г., Самодуров М.С., Павлов В.А., Пенигин А.В., Ушмаев О.С. Геологический потенциал улавливания и хранения диоксида углерода в Российской Федерации // Нефтяное хозяйство. – 2022. – № 12. – С. 20–23. DOI: 10.24887/0028-2448-2021-12-20-23.
Кислицын А.А., Кузнецов С.В. Оценка дренируемых запасов газа методом материального баланса // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2022. – № 6. – С. 56–72. DOI: 10.31660/0445-0108-2022-6-56-72.
Корзун А.В., Ступакова А.В., Харитонова Н.А., Асеева А.В., Осипов К.О., Прони- на Н.В. и др. Применимость природных геологических объектов для хранения, захоронения и утилизации углекислого газа (обзор) // Георесурсы. – 2023. – № 25(2). – С. 22–35. DOI: 10.18599/grs.2023.2.2.
Лапшин В.И., Волков А.Н., Шафиев И.М. Коэффициент сжимаемости газов и газоконденсатных смесей: экспериментальное определение и расчеты // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». – 2011. – № 1(6). – С. 120–131.
Макашева К.Н. Глобальные климатические изменения и экологическая безопасность: сравнительно-правовой анализ опыта России и Казахстана // Актуальные проблемы российского права. – 2023. – T. 18. № 12. – С. 178–186. DOI: 10.17803/19941471.2023.157.12.178-186.
Мосоров В.И., Тамилов М.Ю., Мотошкин П.В. Криогенная обработка нержавеющие стали // Образование и наука. – 2024. – С. 44–52.
Мустафина К.А., Сагидуллин А.К. Влияние гидрокарблоната натрия на образование и роста газового гидрата углекислого газа // Сборник научных трудов. Часть 2. Наука. Технологии. Инновации. Новосибирск: НГТУ, 2025. – С. 66–69.
Новиков Д.А., Фомина Я.В., Юрчик И.И. и др. Оптимальный комплекс критериев зонального прогноза перспектив захоронения углекислого газа в геологических формациях // Экология и промышленность России. – 2023. – Т. 27. № 4. – С. 44–49. DOI: 10.18412/18160395-2023-4-44-49.
Осипов А.В., Мустаев Р.Н., Монакова А.С., Бондарева Л.И., Данцова К.И. Механизмы и варианты утилизации и захоронения углекислого газа в недрах // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. – 2022. – № 4. – С. 40–53. DOI: 10.32454/00167762-2022-64-4-40-53.
Переверзева С.А., Коносавский П.К., Тудвачев А.В., Хархордин И.Л. Захоронение промышленных выбросов углекислого газа в геологические структуры // Вестник СанктПетербургского университета. Серия 7. Геология. География. – 2014. – № 1. – С. 5–21.
Раков Э.Г. Углерода диоксид // Большая российская энциклопедия. М.: Большая российская энциклопедия. – 2016. – Т. 32. – С. 662–663.
Рыбин И.В. Ресурсы метана в подработанном массиве – как опасное может стать полезным // Геология и геофизика Юга России. – 2025. – Т. 15. № 2. – С. 196–205. DOI: 10.46698/VNC.2025.99.81.001.
Современные проблемы и перспективные направления инновационного развития науки. // Сборник материалов международной научно-практической конференции. Т. 2. М.: Международная корпорация научных исследований и разработок, 2020. – 84 с.
Хан С.А., Дорохин В.Г., Бондаренко Н.П. Использование особенностей агрегатных состояний двуокиси углерода для замещения части буферного объёма подземных хранилищ газа // Газовая промышленность. – 2016. – № 4. – С. 50–54.
Arany D., Kurucz N., Korosi M. Phase behavior of potential drug delivery systems, polycaprolactone nonsteroidal anti-inflammatory drug in a pressurized carbon dioxide medium // ACS Omega. – 2025. – No. 10(51). – pp. 62657–62666.
Da Costa A.M., Da Costa P.V.M., Udebhulu O.D. et al. Potential of storing gas with high CO2 content in salt caverns built in ultra-deep water in Brazil // Greenhouse Gases: Science and Technology. – 2019. – Vol. 9. Issue 1. – pp. 79–94. DOI: 10.1002/ghg.1834.
Daval D., Sissmann O., Menguy N. et al. Influence of amorphous silica layer formation on the dissolution rate of olivine at 90°C and elevated pCO2 // Chemical Geology. – 2011. – Vol. 284(1–2). – pp. 193–209. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2011.02.021.
DeVries K.L., Mellegard K.D., Callahan G.D., Goodman W.M. Cavern roof stability for natural gas storage in bedded salt. Final Report. Rapid City: RESPEC, 2005. – 191 p.
Donadei S., Schneider G.S. Compressed air energy storage // Storing Energy. – 2022. – pp. 141–156. DOI: 10.1016/ B978-0-12-824510-1.00034-9.
Masoud R., Ilyushin P.Y., Baldina T.R. et al. Analysis of the assessment of the prospects for the burial of CO2 in unexplored aquifer complexes on the example of a facility in the Perm Region // Journal of Mining Institute. – 2024. – Vol. 270. – pp. 931–940.
Schussler U., Kummel R. Carbon dioxide removal from fossil fuel power plants by refrigeration under pressure // In: Proceedings of the 24th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference. Washington: IEEE, – 1989. DOI: 10.1109/IECEC.1989.74714.
Siddiqui F., Waqas G.M., Noma M. Application of general material balance on gas condensate reservoirs GIIP estimation // In: SPE/PAPG Annual Technical Conference. Islamabad, Pakistan. 2010. pp. 120–131.
Soon W., Baliunas S.L., Robinson A.B., Robinson Z.W. Environmental effects of increased atmospheric carbon dioxide // Energy and Environment. – 1999. – Vol. 13(5). – pp. 149–164. DOI: 10.1260/0958305991499694.
English
Русский
