中国CO2地质埋存条件分析及有关建议

化石燃料燃烧产生的温室气体导致全球气候变暖是人类共同面临的重大环境问题.本文提出减排大气CO2含量最为现实和有效的对策是采取CO2地质埋存技术.在总结国际CO2地质埋存研究成果的基础上,全面分析了中国适宜CO2埋存的地质条件和潜在的埋存区域.初步估算,中国CO2地下贮存总容量约为14548×108t.建议近期加强中国CO2埋存地质条件调查和相关重大科技问题的研究.     

地下咸水层封存CO_2的关键技术研究

CO2 地质储存是减缓温室气体排放的重要手段之一,根据对全球范围内不同形式 CO2 地质埋存能力的计算,地下咸水层以分布广泛,埋存潜力大而成为最有效的地质埋存方式之一.在总结国内外 CO2 地质埋存工程现状的基础上,介绍了利用地下咸水层埋存 CO2 的原理、地下咸水层的关键参数、埋存能力计算、场地调查、数值模拟和监测技术等.并提出了相关建议.     

我国吉林油田大情字井区块CO2地下埋存试验区地质埋存格架

目前,我国在CO2地质埋存的试验研究才刚刚开始,其研究方法与研究思路需要不断探索。本文立足于吉林油田大情字井区块,从储层埋存潜力、埋存体稳定性及水文地质条件三个方面对试验区实施CO2地质埋存工程进行评价。通过对注CO2层段的储层砂体有效厚度、空间展布范围、储层物性及储层微观结构,以及在此基础上,对各砂体横向和垂向上的连续性、砂体间的连通性等等方面的分析和评价,试验区具备一定的埋存潜力,其有效储层厚度平均为273m;同时对试验区盖层的封盖性、断裂的稳定性及井筒的密封性三方面的评价,建立试验区埋存体稳定性评价体系。研究表明,试验区具备厚层泥岩封盖层、盖层内断裂不发育且比较单一以及储层内广泛发育隔夹层,可以有效地对CO2的运移或渗漏实施封盖和遮挡;另外,结合试验区矿化度、水化学成分的研究表明,试验区与邻近区域存在明显的矿化度分带特点、水化学成分也相对较单一以及含水层和隔水层均较发育。在一定程度上说明,试验区目的层段具有相对独立的地下水水体环境,比较有利于适合注入CO2,并进行地质埋存。通过这三方面的研究,建立大情字井区块适合CO2地质埋存的埋存格架,为该区实现CO2长期有效安全埋存奠定基础。     

CO2的地质埋存与资源化利用进展

把CO2注入油气藏、煤层提高油气采收率的方法(CO2-EOR、CO2-EGR、CO2-ECBM),因其在提高石油、天然气和煤层气采收率的同时,又能使一部分CO2永久地埋存于地下,实现油气增产和CO2减排的双赢效果,而成为当今CO2减排最具潜力的现实选择.CO2-EOR(Enhanced Oil Recovery)方法适用于油田开发晚期,通过把CO2注入到比较稳定的油藏,一般可提高油藏采收率达10%～15%;另外把CO2注入到气田中,实施CO2-EGR(Enhanced Gas Recovery).一方面,接近枯竭的气田在没有地层水入侵之前具有巨大的埋存能力,为CO2提供巨大的埋存空间;另一方面注入CO2后,使地层重新增压保持储层中原始的压力,可以保持储层的完整性和安全性.同时,原有的油气圈闭可作为良好的埋存箱能有效地阻止CO2泄漏,使部分CO2能永久地埋存于地下.此外,也可以把CO2注入到煤层中,实施CO2-ECBM(Enhanced Coalbed Methane Recovery),利用煤层对CO2和煤层气(主要为甲烷)吸附能力的差异,实现CO2排替CH4,提高CH4的采收率.     

中国CO2地质埋存关联技术的现状

CO2地质埋存是减少CO2净排放量的有效措施之一。CO2地质埋存技术在发达国家已有十几年的研究历史。目前,我国这方面的研究工作刚刚起步,因此,很有必要对我国CO2地质埋存的技术现状进行调查。CO2地质埋存过程主要包括3个要素：从发电厂或者工业生产过程中回收CO2;将CO2运送到埋存场地;CO2注入与埋存。其中的很多技术在现有工业以及石油、天然气开采等行业中已经存在。对我国现有工业以及石油、天然气开采等行业中涉及到的CO2回收、运输以及注入与埋存等技术的现状进行了初步调查,并与国外进行对比。结果表明,我国CO2地质埋存技术现状与国外存在一定的差距,但还是有一定的技术基础,尤其是在CO2回收与注入方面有一定的实践经验。     

盐水层温室气体地质埋存机理及潜力计算方法评价

针对盐水层CO2地质埋存评价要求,提出了盐水层CO2埋存机理以及埋存潜力计算方法。CO2在盐水层中的埋存机理包括水力圈闭、残余气圈闭、溶解埋存和矿物埋存等4种基本方式。水力圈闭是CO2向上运动到达致密隔层受到遮挡后,在地质体中聚集,形成CO2气相埋存;残余气圈闭是由于驱替和吸吮相渗滞后现象存在,部分CO2以残余气形式被圈闭;溶解埋存是CO2溶解在水中,与水中的钙、镁、铁等离子发生反应生成碳酸盐矿物,实现CO2圈闭;矿物埋存是CO2与储层岩石发生缓慢的化学反应,形成碳酸盐矿物或HCO3-实现CO2封存。各种埋存方式随埋存时间不同,发挥的作用不一样,埋存安全性级别各不相同。埋存潜力只由残余气圈闭和溶解圈闭两部分构成。在此基础上,提出了埋存潜力计算公式及参数确定方法。埋存机理及潜力计算方法的提出为盐水层目标区CO2地质埋存评价提供了方法基础。     

松辽盆地二氧化碳地质埋存研究

CO2地下储存可有效地减少人类活动排放到大气中的CO2量,从而缓解日趋严重的全球气候变化问题。沉积盆地地下深部存在体积巨大的咸水含水层,咸水不宜开发利用,可用来储存大量的CO2。研究结果表明,利用松辽盆地进行CO2的地质埋存是可行的;松辽盆地深部咸含水层的CO2储存容量大约为8.96×109t,约为2003年中国大陆地区CO2放量的25倍。     

南海西部盐水层CO2埋存潜力评估

南海西部东方1-1、崖城13-1和乐东等气田具有CO2含量高的特点,每年从生产出的天然气中分离出大量的CO2。为了减少CO2在大气中的排放,考虑在莺歌海地区选择合适的盐水层埋存体,拟进行CO2地质埋存示范工程。根据CO2在盐水层中的各种埋存机理,并考虑盐水层构造特征对CO2运移分布的影响,提出了一种较为准确的CO2埋存潜力评估方法,并利用此方法对筛选出的5个备选盐水层进行了评估。评估结果表明,各盐水层埋存潜力巨大,都远远大于示范工程期限内预计的CO2埋存总量,并可将这些盐水层作为将来海南省及临近广东省人为CO2的埋存场所。南海西部东方1-1、崖城13-1和乐东等气田具有CO2含量高的特点,每年从生产出的天然气中分离出大量的CO2。为了减少CO2在大气中的排放,考虑在莺歌海地区选择合适的盐水层埋存体,拟进行CO2地质埋存示范工程。根据CO2在盐水层中的各种埋存机理,并考虑盐水层构造特征对CO2运移分布的影响,提出了一种较为准确的CO2埋存潜力评估方法,并利用此方法对筛选出的5个备选盐水层进行了评估。评估结果表明,各盐水层埋存潜力巨大,都远远大于示范工程期限内预计的CO2埋存总量,并可将这些盐水层作为将来海南省及临近广东省人为CO2的埋存场所。     

松辽盆地南部青山口组盖层裂隙流体对泥质围岩成分及封闭性的影响

<正>CO2提高原油采收率技术(CO2—EOR)的实施不仅可以提高原油产量,还可将能够引起温室效应的CO2埋存于地下岩层,以达到减排目的。CO2在地下最终将以稳定的碳酸盐矿物形式固定,即完成矿物捕获。而一旦注入的CO2泄露,其后果往往是灾难性的。当油气藏枯竭并进入CO2地质封存阶段后,含CO2及少量残余还原性成分的流体对盖层的改造将影响其封闭能力。本研究以松辽盆地南部王府凹陷发育方解石脉的青山口组剖面为对象,阐述了裂隙流体对泥质围岩成分及封闭性的影响。     

世界油气储层二氧化碳埋存量计算研究

二氧化碳减排问题备受世界瞩目,由于温室气体大量排放而引起的全球气候变暖问题日趋严峻,必须采取积极有效措施.应用CO2提高采收率是埋存CO2的重要途径,CO2提高采收率项目分为混相驱油和非混相驱油,CO2的埋存量决定于储层的性质和提高的采收率数值.通过对二氧化碳埋存计算方法的研究,实现CO2埋存和提高原油产量最大化,改善开发效果.必将为全球生态保护,石油资源的高水平、高效益开发和可持续发展提供理论及实践依据.     

苏南地区温室气体CO2地质处置的探讨

化石能源是现代工业飞速发展的重要保障。但从工业革命以来,无节制的能源消耗导致越来越多的温室气体被排入大气,带来了一系列的环境问题,全球气候变暖就是其中最严重的问题。业已觉悟的国际社会,已经认识到问题的严重性,并开始行动起来,其中二氧化碳(CO₂)的回收及安全处置就是一项减缓大气变暖的重大工程。针对全球温室气体减排的压力,详细分析了CO₂的地质处置机制与措施,并探讨了工业发达的苏南地区进行CO₂地质处置的方式,认为存在苏北油田注CO₂增产、句容盆地深层盐水层或贫油气储层的CO₂地质处置和薄煤层CO₂吸附处置等3种方式,提出句容盆地将是未来苏南地区进行CO₂地质处置的重要场所,同时认为进行CO₂地质处置存在巨大的商机。     

二氧化碳地质储存逃逸通道及环境监测研究

CO2地质储存逃逸通道可分为人为逃逸通道、地质构造逃逸通道以及跨越盖层和水力圈闭逃逸通道三类.在CO2地质储存场地选址和场地勘查阶段,应高度重视区域地壳稳定性、地震危险性和CO2逃逸通道专门性地质调查评价工作,避免因CO2逃逸造成对人群健康和生态系统产生影响,导致地下水污染和诱发地质灾害发生.同时要对可能的CO2逃逸通道进行灌注前CO2背景值监测,灌注工程运营期CO2控制监测和封场后长期监测,确保CO2地质储存的有效性、安全性和持久性.     

Determining effective wellbore permeability from a field pressure test: a numerical analysis of detection limits

We propose a simple pressure test that can be used in the field to determine the effective permeability of existing wellbores. Such tests are motivated by the need to understand and quantify leakage risks associated with geological storage of CO₂ in mature sedimentary basins. If CO₂ is injected into a deep geological formation, and the resulting CO₂ plume encounters a wellbore, leakage may occur through various pathways in the “disturbed zone” surrounding the well casing. The effective permeability of this composite zone, on the outside of the well casing, is an important parameter for models of leakage. However, the data that exist on this key parameter do not exist in the open literature, and therefore specific field tests need to be done in order to reduce the uncertainty inherent in the leakage estimates. The test designed and analyzed herein is designed to measure effective wellbore permeability within a low-permeability caprock, bounded above and below by permeable reservoirs, by pressurizing the reservoir below and measuring the response in the reservoir above. Alternatively, a modified test can be performed within the caprock without directly contacting the reservoirs above and below. We use numerical simulation to relate pressure response to effective well permeability and then evaluate the range of detection of the effective permeability based on instrument measurement error and limits on fracture pressure. These results can guide field experiments associated with site characterization and leakage analysis.     

CO_2地质储存潜力与适宜性评价方法及初步评价

借鉴国外CO2地质储存潜力与适宜性调查评价工作程序,在充分考虑我国复杂的地质背景、CO2地质储存研究现状等因素的基础上,将我国CO2地质储存潜力与适宜性评价工作划分国家级潜力评价阶段、盆地级潜力评价阶段、目标区级潜力评价阶段、场地级评价阶段、灌注、监测运行期评价阶段,按评价精度由低到高,分称为CO2地质储存潜力与适宜性评价E、D、C、B、A级;并对我国CO2地质储存潜力与适宜性进行了E级评价,即运用层次分析-模糊指数法对我国陆相沉积盆地进行了初步筛选,并对其储量进行了计算,认为我国陆上沉积盆地深部咸水含水层是最主要的CO2地质储量场所。     

CO2深部咸水层封存选址的地质评价

深部咸水层封存是目前最具前景的CO2地质封存方式。本文通过调研CO2地质封存相关文献，对CO2咸水层封存选址地质评价依据进行分类，总结咸水层封存涉及的定量研究方法并探讨目前CO2地质封存中的不确定性问题。主要认识有：① CO2咸水层封存选址的地质依据可根据在评价中的作用分为两类，第一类是用于可行性评价的通用依据，第二类是用于进一步筛选优选靶区的封存适宜性和安全性指标，其中封存适宜性评价针对的是更加细致的储层特征（相较于可行性评价），而安全性评价则集中在盖层适宜性、场地地震安全性、水文地质条件、地面场地地质条件、储层盖层空间分布和构造六个方面；② 封存潜力评价方面，大范围的可行性评价可首选资料要求较低的面积法进行封存潜力评价，对小范围的优选靶区采取精度更高的容积法和包含更多封存机制的容量系数法；③ 目前CO2地质封存中的不确定性问题主要在于相同依据在不同评价方面产生的不同影响、CO2- 水- 岩反应对储集物性的影响、研究发现的特殊现象、多场耦合模拟研究不系统以及封存潜力计算中参数不确定问题。     

Geologic storage of carbon dioxide as a climate change mitigation strategy: performance requirements and the implications of surface seepage

The probability that storage of carbon dioxide (CO₂) in deep geologic formations will become an important climate change mitigation strategy depends on a number of factors, namely (1) public acceptance, (2) the cost of geologic storage compared to other climate change mitigation options, and (3) the availability, capacity, and location of suitable sites. Whether or not a site is suitable will be determined by establishing that it can meet a set of performance requirements for safe and effective geologic storage. To date, no such performance requirements have been developed. Establishing effective requirements must start with an evaluation of how much CO₂ might be stored and for how long the CO₂ must remain underground to meet goals for controlling atmospheric CO₂ concentrations. Answers to these questions provide a context for setting performance requirements for geologic storage projects.According to the results presented here, geologic storage could be an effective method to ease the transition away from a fossil-fuel based economy over the next several centuries, even if large amounts of CO₂ are stored and some small fraction seeps from storage reservoirs back into the atmosphere. An annual seepage rate of 0.01% or 10^-4/year would ensure the effectiveness of geologic carbon storage for any of the projected sequestration scenarios explored herein, even those with the largest amounts of storage (1,000 s of gigatonnes of carbon-GtC), and still provide some safety margin. Storing smaller amounts of carbon (10 s to 100 s of GtC) may allow for a slightly higher seepage rate on the order of 0.1% or 10^-3/year. Based on both the large capacity of geologic storage formation and the likelihood of achieving leakage rates much lower than the rates estimated here, geologic storage appears to be a promising mitigation strategy.     

Long‐Term Reaction Characteristics of CO2–Water–Rock Interaction: Insight into the Potential Groundwater Contamination Risk from Underground CO2 Storage

CO₂ sequestration into saline aquifers is considered to be one of the most promising options for reducing industrial CO₂ emissions to the atmosphere. However, there are still many uncertainties regarding the storage of CO₂ in the subsurface because of a lack of knowledge about CO₂–water–rock interaction within CO₂ reservoirs and the potential risk of CO₂ leakage. In this study, we construct a semi‐open type experimental system that can reproduce the interactions under conditions close to those of actual CO₂ reservoirs. Using the system, we conduct CO₂–water–rock interaction experiments for 8 months to monitor the long‐term reaction and the mobilization of harmful metal elements. Altered tuffaceous rock is used in the experiment because these tuffaceous rock formations (called “Green Tuff”) are a potential candidate for CO₂ storage in Japan. The results show that the major‐element water composition will converge to the point where host rock dissolution and secondary mineral precipitation are balanced; then, the interaction will proceed under a certain groundwater composition. In addition, we found that groundwater contamination by some metal elements (Ni, Ba, and Mn) may reach unsafe levels for drinking water as a result of CO₂‐water–rock interaction.     

二氧化碳地质存储过程中沿井筒渗漏定性分析

二氧化碳沿井筒渗漏是二氧化碳地质埋存过程中所面临的重要风险之一.尤其是对于已经封堵的废弃井,由于获取井下的信息比较困难,因此评价废弃井的完整性是一个比较大的挑战.本文为评估二氧化碳沿废弃井渗漏提出了风险分析的方法.该方法包括了三个主要步骤:渗漏方案的制定,定量模拟及结果分析.所制定的渗漏方案将通过数值模拟进行定量分析及评价.本文将阐述该评价方法的第一步骤:渗漏方案的制定.该步骤为渗漏的定量模拟提供了理论基础.该方法被广泛接受并现场应用于德国某大型二氧化碳存储及提高天然气采收率项目中.