玄武岩CO2 地质封存研究进展

玄武岩CO2 地质封存相比于常规的封存技术（如驱油驱气注入封存和深部咸水层封存）,具有能促进快速碳矿化、封存效果长期且安全及封存容量巨大等明显优点。目前玄武岩CO2 封存理论方面的研究已经取得了大量进展：① 对常见主要成岩矿物的封存能力进行了排序;② 进一步了解玄武岩的矿物成分、玄武岩层内孔隙分布特征及其形成机理;③ 完善了对玄武岩CO2 封存机理、反应速率及影响因素等方面的认识;④ 查明了玄武岩在地球上的分布并评估了各种典型玄武岩的封存潜力;⑤ 发现适合于CO2 封存的场地主要包括大陆溢流型玄武岩、洋底高原玄武岩和洋中脊玄武岩等三种类型,并对目标储层选择提出了初步评价标准。本文在综述玄武岩固碳机理、玄武岩CO2 地质封存潜力及封存场地与目标储层选择的基础上,介绍了世界上已有的三个玄武岩CO2 地质封存工程示范项目：冰岛Carbfix、美国Wallula和日本Nagaoka,探讨了玄武岩CO2 地质封存存在的若干问题：① 反应速率受多种因素影响,对最终封存效果起着决定性作用;② 堵塞或压裂和保护层会影响注入封存的稳定性或可持续性;③ 封存潜力评价方法和结果不同;④ 封存场地选址和储层选择缺乏统一标准与规范;⑤ Carbfix方法的使用受限。     

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。     

深部咸水层二氧化碳地质储存场地选址储盖层评价

深部咸水层CO2地质储存属于环保型工程项目,开展地质评价来确定良好的储盖层是实现CO2地质储存长期、有效、安全封存的首要前提。储层地质评价内容主要包括储层的物理性质及其注入能力等;盖层地质评价内容主要包括盖层发育特征及封闭能力等。在规划选址到工程选址的不同阶段,储盖层评价的内容和对象应根据不同阶段的目的依次提高精度和量化程度。通过国内深部咸水层CO2地质储存工程场地选址阶段划分,结合储盖层地质评价的主要内容,初步建立了储盖层适宜性评价指标及其分级标准,对国内深部咸水层CO2地质储存工程场地选址中的储盖层地质评价及适宜性评价工作具有一定的指导意义。     

深部咸水层CO2地质储存工程场地选址技术方法

CO₂地质储存作为环保型工程项目,其合理的工程场址是实现长期、安全封存CO₂的首要前提。我国CO₂地质储存工作刚刚起步,尚未形成成熟的选址技术方法体系。CO₂地质储存工程场地选址应遵循目标储层有效储存量大、安全、经济、符合一般建设项目环境保护选址条件、不受外部不良地质因素影响的原则,选址技术宜采用多尺度目标逼近法,选址程序包括规划选址和工程选址两大阶段。规划选址包括国家级、盆地级和目标区级潜力评价3个阶段;工程选址旨在通过目标靶区确定、综合地质调查、钻探及灌注试验和选定场地多因子排序综合评价,最终选出良好的工程场址。深部咸水层CO₂地质储存工程场地多尺度目标逼近选址技术方法对我国批量开展CO₂地质储存工程场地选址具有一定的指导意义。     

中国年封存量百万吨级CO2地质封存选址策略

CO₂地质封存是实现碳中和背景下难减排产业可持续发展的重要支撑技术。相较一些发达国家已经成功实现封存量为每年百万吨级CO₂封存项目工业化,中国的CO₂地质封存项目起步较晚,以封存量为每年十万吨级CO₂封存项目为主,而针对年封存量百万吨级及以上大型CO₂封存项目的选址、封存和监测尚缺乏经验。在针对世界上15个年封存量百万吨级CO₂地质封存项目成功案例调研基础上,按照封存场地圈闭地质类型划分了构造型圈闭(背斜型、断层型和裂缝型)和岩性型圈闭(砂岩型和碳酸盐岩型)两大类。在统计不同类型封存场地地质特征参数基础上,从“规模性、注入性、安全性和经济性”4大指标入手,提出了“大(Big)、通(Permeable)、保(Preserved)、值(Value)” BPPV选址原则,明确了年封存量百万吨级CO₂地质封存场地选址原则及参数标准。我国盆地类型多样差异大,需要采取不同的CO₂封存策略。针对鄂尔多斯、大庆油田等大型坳陷型盆地,由于其构造规模大、砂体分布面广、大规模背斜和岩性圈闭发育,寻找大型整装深层盐水层或者衰竭型油气藏封存场地的潜力大;针对东部渤海湾及近海断陷型盆地,由于断层发育、断层相关圈闭多、单圈闭容量较小,封存有效性受断层影响大,宜采取圈闭群综合评价与断层活动性动态评价相结合的策略;对西部叠合盆地,盆地边缘构造冲断带一般构造应力强、地层压力高、CO₂注入难度大,但盆地中央古隆起斜坡可以成为有效的封存场地,因此对西部盆地需要采取分区分带分层评价策略。     

深部咸水层CO2地质储存地质安全性评价方法研究

CO2地质储存工程属于环保型工程项目,地质安全性是影响CO2长期封存的首要因素。深部咸水层CO2地质储存地质安全性影响因素主要包括盖层适宜性、场地地震安全性、水文地质条件、地面场地地质条件四个方面,其中盖层适宜性是CO2安全储存的最关键因素,场地地震安全性和水文地质条件次之,而地面场地地质条件也是影响工程施工的重要因素。本文基于CO2地质储存的地质安全性影响因素分析,建立了层次分析结构的地质安全性评价指标体系,并初步计算了评价指标的权重;提出可以利用模糊综合评价方法进行深部咸水层CO2地质储存地质安全性综合评价,为中国深部咸水层CO2地质储存的地质安全性评价方法和安全选址指明了方向。     

欧洲二氧化碳地质封存能力评价——欧盟地质封存潜力项目

欧盟地质封存潜力项目的工作重点是欧洲二氧化碳点源、基础设施以及地质封存的GIS编图。该项目的主要目标是评价欧洲深部咸水含水层、油气构造与煤层中二氧化碳的地质封存能力。其他优先考虑的事项是进一步开发地质封存能力评价、经济模拟与场地选择的方法,以及开展国际合作,尤其是与中国合作。欧盟地质封存潜力项目成果包括适于二氧化碳地质封存的25个国家和欧洲大多数沉积盆地。     

规模化深部咸水含水层CO2地质储存选址方法研究

本文依据中国沉积盆地CO2地质储存潜力评价结果,认为深部咸水含水层是实现规模化CO2地质储存的主体,进而对适宜CO2地质储存的深部咸水含水层属性进行了界定。提出了深部咸水含水层CO2地质储存选址原则,合理划分了选址工作阶段。建立了选址技术指标、安全性评价指标、经济适宜性和地面地质-社会环境选址指标4个指标层,60余个指标的选址指标体系,提出了基于层次分析(AHP)的多因子排序选址评价方法。本文的研究成果对中国深部咸水含水层CO2地质储存场地选址具有一定的指导意义。     

原生矿物组分对CO_2地质储存地球化学过程的影响

CO2的地质储存是迅速减少温室气体向大气排放最直接、最有效的方法之一,其封存量受很多因素影响,储层原生矿物组分是其中之一。本文以松辽盆地、美国墨西哥湾、日本Nagaoka场地资料为基础,对CO2矿物封存过程进行数值摸拟。结果表明:原生矿物组成及含量相差不大时,地球化学反应过程相似,原生矿物组成较为复杂时,地球化学反应过程也更复杂;在以石英、长石为主的砂岩储层中,长石和绿泥石是重要的溶解矿物,铁白云石和片钠铝石是主要的固碳矿物;CO2矿物封存量随着原生矿物中奥长石和绿泥石含量增加而增大,其中奥长石的影响更大。以上研究对CO2地质储存储层的选取有指导意义。     

深部咸含水层CO2注入的流体迁移模拟研究 ——以松辽盆地三肇凹陷为例

CO2地质封存是减少温室气体向大气排放的有效措施之一,而深部咸含水层CO2地质封存是目前可行的最有潜力的封存技术。先前研究表明,松辽盆地是一个潜在的封存场地。基于对松辽盆地地质资料的初步分析,选取三肇凹陷的姚家组1段和青山口组2、3段地层作为CO2的注入层,建立一个典型二维模型,研究CO2注入后的迁移规律。结果表明,CO2注入后会向上和侧向迁移,后期可能出现的对流作用能促进CO2的溶解。残留气体饱和度、注入层水平和垂直渗透率的比值对模拟结果影响最大。此外,储层中的薄页岩夹层有利于CO2的溶解,因此,在保证注入性和封存量的情况下,储层中低渗透性夹层是允许的。     

Origin and Distribution Factors of Sour Gases in Natural Gas Reservoirs in the Amu Darya Right Bank Block,Turkmenistan

Through the analysis of original carbon isotopes in the blocks on the right bank of the Amu Darya River, Turkmenistan, it can be firstly concluded that the carbon dioxide (CO₂) in the sour gas reservoirs belongs to the inorganic-origin gas. The origin of hydrogen sulfide (H₂S) in the Amu Darya Right Bank Block is thermochemical sulfate reduction from the detailed analysis of hydrocarbon source rocks data, reservoir characteristics, vitrinite reflectance of organic matter, and sour gas content. Then, the factors affecting the distribution of sour gases in the Amu Darya Right Bank Block were investigated by the analysis of conventional sour gas distribution factors including geological structure, fracture and fault, caprock integrity, sedimentary facies, reservoir types, lithofacies, the source of sulfur and so on. The following basic findings were achieved: ① The basement rift in the study area is conductive to the distribution of CO₂. The caprock integrity contributes to the concentration of CO₂. The gas reservoirs in the biological dike reefs, patch reefs and overthrust zones usually have medium CO₂ content. ② The geological structure and fracture caused the complexity of the distribution of H₂S. The gypsum-salt rock in upper Jurassic-Tithonian is an important sulphur source, and the main hydrocarbon source rocks are also the major sulfur source of H₂S gas reservoirs. Furthermore, the giant gypsum layers in the middle-upper Jurassic Callovian-Oxfordian and the upper Jurassic-Tithonian are conductive to preservation of H₂S, and the small openings and holes in the reservoir is also correlative to the distribution of H₂S. ③ The H₂S in the study area is mostly distributed in the formations with the geothermal temperature of higher than 100 ℃. The open platform deep-water sedimentary facies are harmful to the formation of H₂S. The patch reef and overthrust zones belong to the belts of low H₂S content, however, the biological dike reef zones belong to the belts of medium-high H₂S content. However, the origin and distribution factors of sour gases in natural gas reservoirs were obtained. At the same time, it was pointed out that more necessary and accurately quantitative research is still needed to determine the origin and distribution of acid gases in the Amu Darya Right Bank Block, Turkmenistan.     

Using distributed temperature sensing (DTS) technology in acid gas injection design

The use of slickline distributed temperature sensing (SL-DTS) technology is becoming widespread due to its ease of operation and ability to acquire real-time multiple temperature traces inside the wellbore. Injection of treated acid gas (TAG)—a mixture of CO₂ and H₂S—into geologic formations has become an attractive technical and economic option for oil and gas producers and processors who are faced with regulations concerning excess sulfur and greenhouse gas emissions. Acid gas injection (AGI) into geologic formations is more economical and more flexible in dealing with varying TAG compositions than sulfur recovery units (SRUs) using the Claus process. SRUs do not achieve air quality standards and have high operation and maintenance costs. In addition, there is low demand for sulfur and sulfur disposal costs are high. The results of the analysis of SL-DTS data acquired in conjunction with step rate and pressure falloff (PFO) tests are presented in this paper. These tests were conducted to evaluate the injection potential of geologic formations. The injection zone consisted of a carbonate formation characterized by Karst features, vugs, and natural fractures. The SL-DTS data during the initial injection flow rate for the step rate test (SRT) indicated that high permeability zones accepted fluid at lower injection rates. An increasing number of discrete zones began to accept fluid as the injection rate was increased. The results of the SRT provided the fracture pressure of the formation. This information was used to design an AGI program that would avoid fracturing the formation while allowing for the required volume of TAG to be injected. The results of the PFO test provided information on the reservoir pressure and permeability and also indicated the presence of one or more hydraulic fractures. This case study of SL-DTS measurements made during a SRT and a PFO test for the design of an AGI well provides valuable insights into the potential of DTS technology and its use in AGI and carbon capture/sequestration (CCS) operations. Its findings could be applied to analyze injection potential of geological formations not only for AGI projects but also for CCS, and CO₂ enhanced oil recovery opportunities.     

松辽盆地CO2地质储存适宜性评价

为缓解全球气候变暖趋势,CO2地质储存成为目前减少向大气排放CO2量的有效方法之一.区域CO2地质储存适宜性评价是筛选CO2地质储存目标区和工程建设的基础,合理的评价指标体系和指标权重对评价结果有重要影响.本次研究结合松辽盆地地质条件,建立包括地质储存规模、储存经济性、储存条件和储存安全性4个方面、20个指标、5个指标...     

成像测井在台缘斜坡礁滩微相研究中的应用——以土库曼斯坦阿姆河右岸中部卡洛夫阶—牛津阶为例

以成像测井资料为基础,开展了土库曼斯坦阿姆河右岸中部的中上侏罗统卡洛夫阶—牛津阶台缘斜坡礁滩沉积微相研究。首先利用岩心、薄片等资料对成像测井进行标定,在成像测井上识别出障积礁、粘结丘、高能生物碎屑滩、低能生物碎屑滩、低能砂屑滩、礁(滩)间和斜坡泥等7种沉积微相。然后通过对不同类型沉积微相的成像测井响应特征进行研究,建立了研究区碳酸盐岩成像测井相模式,主要包括亮斑相、暗斑相、低阻交错层状相、低阻变形层状相、互层相、块状相等6类,并以此为依据进行了连续的单井成像测井相划分与沉积微相解释。最后对沉积微相与储层物性关系进行了研究,认为研究区卡洛夫阶—牛津阶储层主要为裂缝-孔隙型礁滩储层,有利于储层发育的沉积微相主要为高能生物碎屑滩、低能砂屑滩、障积礁、低能生物碎屑滩和粘结丘,礁(滩)间和斜坡泥微相的岩性相对较致密,储层一般不发育。     

阿姆河盆地侏罗系海相烃源岩地化特征及与中国海相烃源岩比较

阿姆河盆地上侏罗统海相烃源岩是一套公认的成熟烃源岩,其成熟度与中国古生界高-过成熟度海相烃源岩不同,通过对阿姆河右岸地区上侏罗统岩石样品的地球化学分析及与中国塔里木和华北、四川、吐哈、渤海湾等盆地类似烃源岩的比对,研究了阿姆河盆地成熟海相烃源岩地化特征,建立了有机质丰度与类型的评价标准与图版。结果表明:阿姆河盆地侏罗系存在灰岩和泥岩两类海相烃源岩,灰岩有机质丰度略高于塔里木盆地古生界和华北地台中上元古界灰岩,与四川盆地二叠系灰岩接近,泥岩有机质丰度与吐哈盆地侏罗系煤系泥岩相当,成倍好于塔里木盆地、华北地台海相泥岩;海相泥岩属于Ⅰ₂~Ⅱ型烃源岩,海相灰岩属于Ⅲ~Ⅱ型烃源岩,综合分析认为:1）阿姆河盆地上侏罗统灰岩好烃源岩有机碳含量标准为0.5%,泥岩好烃源岩有机碳含量标准为3%;2）以低等生物为主的海相碳酸盐岩或泥岩,其可溶有机质氯仿沥青“A”族组分、Pr/Ph与Ph/nC₁₈关系、甾烷ααα（C₂₇、C₂₈、C₂₉）-20R含量、多环芳香“三芴”系列等参数既揭示了烃源岩的生源环境,也是鉴别母质类型的良好参数。阿姆河盆地上侏罗统海相泥岩和灰岩烃源岩评价标准与图版的建立,对国外海相盆地油气资源评价具有重要意义。     

四川盆地川中—川西震旦系—三叠系天然气成藏分析及勘探意义

四川盆地蕴藏着丰富天然气资源,其中筇竹寺组页岩对盆地中下组合天然气聚集作出巨大贡献。通过对川西和川中震旦系—寒武系及上覆志留系—三叠系多层系储集层中天然气特征精细对比发现,以筇竹寺组页岩为主要烃源的油气资源极为丰富、类型多样：(1)既有典型原油裂解气,甲烷碳同位素较轻(<35‰),分布在资阳地区震旦系、太合地区寒武系沧浪铺组(角探1井)及川西北河湾场/吴家坝的茅口组。它们成藏时间早,在岩性圈闭或岩性-构造圈闭得以长期保存;(2)页岩超晚期释放气,分布广泛,高石梯—磨溪、太合、威远等地区下组合震旦系—寒武系均以该类天然气补充成藏为主,甲烷碳同位素较重(>35‰),如未遭受过硫酸盐热化学还原作用(TSR)的改造则具典型甲、乙烷碳同位素倒转(δ¹³C₁>δ¹³C₂)特征,该类气藏具多期次复杂成藏过程,但超晚期页岩来源天然气的持续补充控制着聚集丰度;(3)中组合泥盆系—三叠系(须家河组之下)天然气以断层沟通的页岩超晚期释放天然气成藏为主。综合分析可见,筇竹寺组页岩(与页岩气)保存较好区域是...     

琼东南盆地深水区浅表层水合物稀有气体地球化学特征及意义

琼东南盆地深水区具备形成天然气水合物藏的地质条件,是我国海洋天然气水合物两个勘探开发先导示范区之一。本文选取深水区浅表层水合物为研究对象,基于天然气地球化学、稀有气体地球化学分析,开展了其与深部常规天然气藏的对比研究。结果表明:本次研究的浅表层气体碳同位素与深部常规天然气碳同位素的特征类似,气源主要为深部热成因气,生物气的贡献不明显,气体的成因类型为煤型气,推测气源岩为崖城组煤系烃源岩。轻稀有气体Ar同位素组成显示,气源岩和第三系相关;样品中³He/⁴He值偏高,指示了部分幔源气的贡献。因此,在富生烃凹陷背景下,讨论深部热成因气对水合物成藏具有重要意义,深部热成因气藏与浅层水合物藏在垂向上可以形成立体的天然气藏,为未来的“多气可采”提供理论支持,也有助于提高深水区天然气水合物矿藏开发的经济性。     

阿姆河右岸B区中部卡洛夫-牛津阶高精度层序地层划分及层序发育模式

土库曼斯坦阿姆河盆地是世界上著名的大型含油气沉积盆地,然而目前盆地内卡洛夫—牛津阶的层序划分和地层对比依然存在争议。基于Vail经典层序地层学及沉积学相关理论,以阿姆河右岸B区29口井的岩心资料及50口井的测井资料为依据,结合地震、薄片、地球化学等手段,开展了阿姆河右岸B区卡洛夫-牛津阶的层序地层研究。将阿姆河右岸B区卡洛夫-牛津阶划分为5个三级层序和15个四级层序,其中卡洛夫阶包括2个三级层序(SQ1和SQ2),牛津阶分为3个三级层序(SQ3-SQ5)。在高精度层序划分的基础上,建立了研究区的层序地层格架,在垂向上,各级层序格架内部高位域生屑砂屑灰岩及礁滩体沉积更为发育;在平面上,根据不同层序沉积几何体和沉积相的分布,明确提出了卡洛夫期和牛津期发育两种不同的碳酸盐岩台地类型的观点：SQ1-SQ2时期(卡洛夫期)研究区应为缓坡型台地,初始具有西高东低的地貌,坡度较缓,沉积速率差别不大,主要发育缓坡台地层序地层模式;SQ3-SQ5时期(牛津期)则演化为镶边台地,研究区沉积速率远小于A区,随着海平面变化形成了差异巨大的西高东低沉积地貌。     

塔里木盆地奥陶系礁灰岩CO2毛细残余封存能力实验研究

实施CO2地质封存是目前公认的减少温室气体排放的有效方法。在可能进行封存的场所中,咸水含水层封存潜力最大,机理也最为复杂。其中毛细残余封存机理在封存量和封存安全性方面均具有十分重要的意义。在评价毛细残余封存量时,残余气饱和度是一个十分重要的参数。文中提出了测定残余气饱和度的实验方法,并实际应用于中国塔里木盆地奥陶系礁灰...     

Water reservoirs, irrigation and sedimentation in Central Asia: a first-cut assessment for Uzbekistan

Water reservoirs play an important role in areas with limited and erratic precipitation where water is stored and re-distributed later for different purposes. Irrigation is primarily a major water consumer in arid countries of Central Asia for the economic development, employment and food security of the region. The major rivers of Central Asia (e.g., Amu Darya, Syr Darya, and Zerafshan) are turbid watercourses. Sedimentation reduces the main reservoir asset i.e., its volume capacity. In addition, vast territories of the region’s countries have been transformed for agriculture to grow water intensive crops such as cotton, rice and wheat during the Soviet Union that dramatically accelerated soil erosion by water and wind. Thus, many man-made water reservoirs are affected by high sedimentation rates. Moreover, uneven spatial and temporal water resources and a Soviet-inherited unified hydraulic infrastructure have raised transboundary reservoir management issues over water resources allocation among the countries in the region such as Kyrgyzstan, Tajikistan, Kazakhstan, Uzbekistan and Turkmenistan. The rivers such as Syr Darya and Amu Darya are already regulated by more than 78 and 94 %, respectively and attempts for new reservoir projects upstream raises increased concerns of the downstream countries (e.g., the Rogun hydropower station in Tajikistan and the Toktogul reservoir in Kyrgyzstan). For instance, the uncoordinated use of reservoirs has caused the Arnasai lake problem in Uzbekistan with environmental, material damage and social unrest. The aim of this paper is first to review the present conditions and the role of man-made water reservoirs for irrigation in Central Asia with special focus on Uzbekistan, second to document past and current reservoir sedimentation conditions in Uzbekistan and third to discuss research carried out by Soviet and present-time local research community in the domain of erosion and sedimentation in the region.