Снижение выбросов СО2 в атмосферу за счет применения «зеленого» облегченного тампонажного цемента

В 2021 году компания ООО “Холсим(Рус)” сертифицировала и начала в городе Вольске производство “зеленого” облегченного тампонажного цемента ПЦТ-III-Об5-50 (ГОСТ 1581-2019) с меньшим углеродным следом, поддерживающего повестку устойчивого развития (рисунок 1).

Рисунок 1. «Зеленый» цемент ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)», упакованный в биг-беги по 1 тонне

«Зеленый» облегченный тампонажный портландцемент ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)» за счет специально разработанного технологического процесса производства и специально подобранной сырьевой базы до 30 % уменьшает потребление клинкера в готовой продукции (цементных растворах низкой плотности). Кроме того, при производстве «зеленого» цемента как минимум на 30 % снижаются выбросы углекислого газа в атмосферу по сравнению с общестроительными и тампонажными марками портландцемента. Особенно это актуально для нефтегазовой индустрии, где вопрос снижения выбросов CO₂ становится все более острым с каждым годом.

Насколько сократится потребление клинкера с 1 м³ цементного раствора при использовании ПЦТ-III-Об5-50 по сравнению с распространенными рецептурами, которые используются для цементирования верхних секций обсадных колонн? Одной из самых распространенных является рецептура с использованием ПЦТ-I-50, бентонитовой глины и метасиликата натрия (расход компонентов может незначительно варьироваться). Рассчитаем потребление клинкера с 1 м³ для распространенной рецептуры, применяемой для цементирования верхних секций, и рецептуры на основе ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)»:

1. Для плотности 1,55 г/см³ с использованием ПЦТ-I-50 – 100 %, бентонитовой глины – 3 %, метасиликата натрия – 1 % и выходом цемента 0,79 т на 1 м³ потребление клинкера составляет:

m_{клинкера в 1 м3} = %_{клинкера в 1 т} · выход цемента = 0,95·0,79 = 0,75 т;

* Из 100 % общей массы ПЦТ-I-50 – 95 % приходится на клинкер.

1. Для плотности 1,55 г/см³ с использованием ПЦТ-III-Об5-50 – 100 %, выходом цемента 0,84 т на 1 м³ потребление клинкера составляет:

m_{клинкера в 1 м3} = %_{клинкера в 1 т} · выход цемента = 0,7·0,84 = 0,59 т;

* Из 100 % общей массы ПЦТ-III-Об5-50 – 70 % приходится на клинкер.

Таким образом, уменьшение использования клинкера при проведении работ с ПЦТ-III-Об5-50 с 1 м³ составляет: (0,75-0,59)/0,75) · 100 = 21 %.

Для оценки снижения выброса СО₂ на 1 м³ и эффективности использования ПЦТ-III-Об5-50 с точки зрения повестки декарбонизации направления бурения нефтегазовых скважин проведем расчет количества СО₂ при использовании стандартных рецептур на основе ПЦТ-I-50 – 100 %, бентонитовой глины – 3 %, метасиликата натрия – 1 % в сравнении с «зеленым» облегченным портландцементом ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)».

Формула расчета выброса СО₂ с 1 м³ для стандартных рецептур на основе ПЦТ-I-50 – 100 %, бентонитовой глины – 3 %, метасиликата натрия – 1 % следующая:

СО_2общий = x₁ + x₂ + x₃ + x₄,

где x₁ = количество СО₂, выбрасываемое в атмосферу при производстве 1 т цемента, кг/т;

x₂ = количество СО₂, выбрасываемое в атмосферу при производстве 1 т бентонитовой глины, кг/т;

x₃ = количество СО₂, выбрасываемое в атмосферу при производстве 1 т метасиликата натрия, кг/т;

 x₄ = количество СО₂, выбрасываемое в атмосферу при приготовлении сухой смеси на цементном заводе, кг/т.

Для рецептуры на основе ПЦТ-I-50:

• x₁ = 800 кг/т – количество СО₂, которое выбрасывается в среднем в атмосферу при производстве 1 тонны ПЦТ-I-50;
• x₂ = 50 кг/т – количество СО₂, которое выбрасывается в атмосферу при производстве 1 тонны бентонитовой глины;
• x₃ = 60 кг/т – количество СО₂, которое выбрасывается в атмосферу при производстве 1 тонны метасиликата натрия;
• x₄ = 20 кг/т – количество СО₂, которое выбрасывается при приготовлении 1 тонны сухой смеси за счет потребления электроэнергии и работы техники.

Таким образом, при использовании 1 м³ цементного раствора на основе ПЦТ-I-50, метасиликата натрия и бентонитовой глины выброс составляет:

СО_2общий = 800·0,79 + 0,03·50·0,79* + 0,01·60·0,79^** + 20 · (0,79 + 0,0236 + 0,0079) = 650 кг с 1 м³,

* процент бентонитовой глины в цементе · выброс СО₂ при производстве бентонитовой глины · количество цемента в 1 м³;

** процент метасиликата в цементе · выброс СО₂ при производстве метасиликата · количество цемента в 1 м³.

В свою очередь, при использовании ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)» выброс составляет:

СО_2общий = 500·0,84 + 0^* + 0^* = 420 кг с 1 м³.

* в данном случае не используются добавки, а также нет необходимости в приготовлении сухой смеси на цементном заводе в силу того, что продукт может использоваться уже в готовом виде с завода.

Рассчитаем, насколько меньше будет выброс СО₂ с 1 м³ при использовании цементного раствора на основе ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)» (рисунок 2):

Уменьшение выбросов СО₂ = (650 – 420)/6650) · 100 = 35 %

Рисунок 2. Снижение выброса СО₂

За первое полугодие 2022 года тампонажное управление компании ООО «Татбурнефть-ЛУТР» успешно зацементировало с применением «зеленого» цемента ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)» 24 верхних интервала секций эксплуатационных колонн на месторождениях Республики Татарстан и Оренбургской области (рисунок 3). Суммарное количество цементного раствора плотностью 1,55 г/см³ для цементирования 24 верхних интервалов эксплуатационных колонн составляет 401 м³.

Рисунок 3. Бурение секции эксплуатационной колонны для дальнейшего цементирования «зеленым» облегченным цементом ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)»

Таким образом, можно оценить уменьшение выбросов СО₂ за первое полугодие 2022 года при использовании ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)» в сравнении со стандартной рецептурой на основе ПЦТ-I-50, бентонитовой глины и метасиликата натрия, которые зачастую используются для цементирования секций обсадных колонн:

1. Суммарное количество м³ · выброс СО₂ с 1 м³ на рецептуре с ПЦТ-I-50 и добавками = 401·650 = 260650 кг, или 260,65 т СО₂
2. Суммарное количество м³ · выброс СО₂ с 1 м³ на ПЦТ-III-Об5-50 = 401·420 = 168420 кг, или 168,42 т СО₂
3. Сокращение выброса = 260,65 - 168,42 = 92,23 т СО₂

Использование ООО «Холсим(Рус)» и ООО «Татбурнефть-ЛУТР» облегченного зеленого цемента ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)» значительно снижает выбросы СО₂ в атмосферу, демонстрируя приверженность этих компаний принципам «зеленой» повестки. Одновременно с уменьшением углеродного следа основным преимуществом ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)» является экономический эффект, достигаемый в результате его применения: стоимость цементного раствора уменьшается до 20 % за 1 м³ по сравнению с классической рецептурой цементных растворов низкой плотности на основе ПЦТ I-50 с применением облегчающих и химических добавок. Это делает ПЦТ-III-Об5-50 от ООО «Холсим(Рус)» основным выбором клиентов компании, ориентированных на устойчивый рост и развитие, что подтверждается новыми заявками на поставку материала.

Благодаря слаженной работе бригады по цементированию ООО «Татбурнефть-ЛУТР», а также высокому качеству цемента ПЦТ-III-Об5-50 ООО «Холсим(Рус)» удалось достигнуть коэффициента качества цементирования верхних интервалов эксплуатационных колонн до 0,95 (рисунок 4), что является превосходным результатом, особенно в условиях низких и нормальных температур в интервалах применения облегченного цементного раствора.

Рисунок 4. Качество сцепления цементного камня с обсадной колонной и стенками скважины