CO2地质封存时移垂直地震监测技术

神华CO2捕获和封存（carbon capture and storage,CCS）示范项目是我国首个全流程煤基CO2捕获和在低孔低渗深部咸水层进行多层注入的CO2封存示范项目,意在通过时移垂直地震（VSP）监测CO2地质封存状况。介绍了CO2地质封存时移VSP技术和监测效果。通过注气前后3次VSP观测,得到了高品质时移VSP资料,研究了一致性处理技术、矢量波场分离和多波成像技术,获得了高分辨率的多波时移VSP剖面,通过深度域标定和多种属性解释对比,分析了注气前后VSP地震响应特征,预测了CO2地下运移范围,达到CCS项目预期监测目标。结果证明,时移VSP技术是监测CO2地质封存与运移的有效技术手段。     

渗透率的非均质性对CO_2地质封存的影响

CO2地质封存可以减少化石燃料燃烧排放的CO2量,有效减缓温室效应。储层渗透率可以决定CO2通道的形成,进而改变其在储层中的运移规律,因而是影响CO2地质封存的重要因素。根据研究区基本地质数据、三维地震勘探结果和统计规律确定了渗透率的分布情况,运用储层多相流模拟软件TOUGH2-MP分析了渗透率的非均质性对CO2地质封存的影响。结果表明:(1)渗透率的分布情况对CO2储存量和注入压力的影响很大,相比于均值模型,CO2的注入总量明显减少,到达最大允许压力积聚所需的时间要比均质模型短;(2)在保证注入速率和压力积聚不超过允许最大值的双重要求下,定压和定量两种注入方案都有待改进,建议考虑如人工压裂等工程措施;(3)渗透率的非均质性使得CO2晕呈现出不规则扩散,经过20年的注入,其最大扩散距离约800m,比均质情况下小150m,须做好相应的监测工作。     

地下流体注入诱发地震机理及其对CO_2地下封存工程的启示

二氧化碳地质封存(CO2Capture and Storage,CCS)项目应当评估诱发地震的潜在可能性。中强震、强震危及人类生命财产安全,有感地震甚至微震也对CO2储区的盖层完整性构成威胁,增加泄漏风险。地热开发、页岩气开发及油气增产等的水压致裂过程中都伴随有地下流体的注入,且时有地震诱发的案例。诱发地震活动通常在流体注入压力较高时沿已有断层发生,因此可通过应力分析等对其发生机理进行研究。超临界状态CO2密度比水小,在地层深部可能会形成密度流或者与构造中先存的水岩发生相互作用,进而导致渗透率和压力变化并引发地震活动。综述了全球相关的研究进展,主要从地震成因机理入手,考虑超临界CO2性质的特殊性,结合商业尺度和实验尺度的流体注入项目和地震监测分析,研究其对储区盖层完整性的影响。以期通过适当的选址、注入方法及监测方案的优化来避免破坏性地震的发生。     

岩盐沉淀对咸水层二氧化碳地质封存注入过程的影响:以江汉盆地为例

依托江汉盆地基础地质和水文地质数据,通过建立新沟嘴组一维、二维径向数值模型,对该储层进行CO2封存注入数值模拟研究,分析二氧化碳注入储层后,咸水层中发生的地球物理化学作用.以CO2的溶解作用和岩盐的沉淀作用为主,分析它们对储层压力和注入性的影响.模拟结果表明,二氧化碳注入储层后,近井周围会形成3个分区,即纯液相区、两相混相区、盐沉淀区;盐沉淀会导致压力积累严重,影响CO2可注入性;对盐度的敏感性分析表明,咸水含水层盐度越大,压力积累会越严重.因此,江汉盆地CO2地质封存应考虑盐度的影响,采取相关缓解压力积累的措施.     

江汉盆地江陵凹陷二氧化碳地质封存数值模拟

通过建立江汉盆地江陵凹陷新沟嘴组储层和盖层的二维模型,对江陵凹陷进行了CO2地质封存数值模拟研究,分析了注入CO2的运移分布和溶解扩散情况,并对储盖层垂直方向的渗透率进行了敏感性分析.结果表明,所建的二维模型能够较好地描述CO2在储层中的运移过程和分布状况,而且在实际地质封存工作中必须要考虑一些地质上的因素如储盖层的渗透率、毛细管压力、岩石矿物组分丰度等的变化对封存效果的影响.     

地质封存二氧化碳沿断层泄漏数值模拟研究

安全性和封存效果是二氧化碳（CO2）地质封存（GCS）最受关注的问题,其中以断层/裂缝引起的场地不确定性因素较为复杂。利用储层多相流模拟软件TOUGH2/ECO2N,研究了不同情境下注入深部咸水层中的CO2沿断层发生泄漏的时间、速率、泄漏量等特征。通过15个场地尺度的模型结果分析表明,CO2注入方案、断层性质（发育位置、产状、几何形态、内部结构）、系统内岩层的组合形态对CO2泄漏均有影响。相同储存环境和断层发育条件下,CO2注入速率从1.59 kg/s增加至6.34 kg/s,CO2泄漏时间提前3 706 d,泄漏量在20 a后增加至注入总量的32.43%。断层发育位置对CO2封存影响极为显著,本次研究,距注入井100 m位置的断层可造成CO2的泄漏量在20 a后高达总注入量的63.39%。相同条件下,倾斜/窄小的断层比垂直/宽厚的断层对CO2及储层咸水的泄漏影响更小。断层渗透率增加一倍,可导致CO2泄漏量增加2.11%,泄漏速率约提高0.006~0.01 kg/s。     

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。     

CO_2地质封存泄漏研究进展

CO_2地质封存(GCS)是一项将CO_2注入并且永久封存于地下含水层或废弃油气储层等地质体内的CO_2减排技术。由于场地地质条件和人类开发活动导致的不确定性,注入储层的CO_2可通过泄漏废弃井、断层或裂缝以及盖层的"薄弱带"等途径发生泄漏。基于对国内外文献的广泛调研,综述了GCS泄漏及封存安全的研究进展。CO_2沿钻井泄漏一般是因为化学或力学作用导致CO_2沿钻井环空水泥、井筒桥塞或围岩破碎带发生泄漏。CO_2注入储层可能导致盖层破裂,激活原本闭合的断层或断层面滑动。CO_2沿断层/裂缝泄漏主要受有效渗透率、裂缝开度等因素影响。盖层泄漏的方式可归纳为渗透泄漏、扩散泄漏和沿裂隙泄漏3种。CO_2透过盖层的扩散泄漏对于大时空尺度CO_2地质封存泄漏评估不应忽视。CO_2泄漏通常会导致受影响的含水层内地下水的p H值减小、盐度升高、离子增多等地球化学响应,甚至存在自由态CO_2。含水层内流体压力和地球化学特征可用于有效监测封存CO_2、咸水与其他流体的泄漏。GCS泄漏研究目前还十分有限,我国尤其缺乏泄漏的定量研究。     

AVOA技术在CO2地质封存地球物理监测技术中的应用

AVOA技术在CO2地质封存地球物理监测技中的应用基础理论,AVOA分析可以一定程度上反演储层弹性参数,以及流体分布状况,更重要是AVOA理论建立在各向异性介质理论基础上,更加符合地质状况,CO2地质封存过长中,储层中的流体发生变化,引起了储层弹性参数的变化,通过AVOA正反演可以预测储层流体分布,观测CO2是否扩散,是否摆脱盖层的封闭作用而泄露。可以帮助地质学家评估CO2封存的安全性[4]。     

注入速率对CO_2地质储存封存潜力的影响分析

国内某著名煤炭企业计划实施每年10万吨的CO2地质储存（CCS）项目,拟选了5组地层做为目标储层。但所选封存层平均渗透率在0.15~0.6mD,平均孔隙度在2~6%,属于低渗低孔地层,如不进行人工压裂提高注入层渗透率,要实现预定存储目标尚有一些困难。笔者在研究中发现,除对目标层进行一定的水裂酸化处理提高地层渗透特性可以显著提高注入性和存储能力外,CO2注入速率的变化对地层的封存能力和注入性也有明显影响。运用TOUGH2-ECO2N软件分别模拟了无水裂及水裂情况下8种不同注入速率下这些目标存储层的压力变化及CO2封存状态比例及理论最大封存能力。模拟结果表明使用水裂酸化方法对储层进行处理后,不仅可以使注入总量达到项目要求,还可使系统理论最大储存能力提高55%;并且在灌注过程中采用变速灌注方式,可以有效控制系统压力积聚,对将来实际灌注压力控制具有重要意义。     

数值模拟在CO2地质封存示范项目中的应用

CO2深部咸水层地质封存被认为是减缓温室效应的一种有效的工程技术手段。针对神华鄂尔多斯105 t/a CO2捕集与封存(CCS)示范项目,用数值模拟方法对CO2在地层中的运移过程进行了详细地刻画,分析了CO2的流动迁移、地层压力积聚过程及地层封存潜力。数值模型不但可以为工程的顺利进行提供技术支撑,而且可以节省人力财力。首先,根据实际监测数据对模拟参数进行校准,得到了合适的压力拟合曲线,确定了主要的水文地质参数。然后,对为期3 a的CO2续注工程进行预测,详细分析了CO2的晕扩散、溶解情况、地层压力变化情况、储层封存潜力等。得到如下结论：CO2在3 a内的最大迁移距离约为350 m;水裂可以有效提高CO2的注入性;隔离层能有效防止CO2逃逸。研究表明,尽管鄂尔多斯盆地属于低渗咸水层仍然能够有效安全地封存CO2。     

二氧化碳地质封存瞬时非达西流井筒泄漏模型研究

二氧化碳地质封存的有效性和持久性依赖于地层的完整性,废弃井的存在是潜在的CO2逃逸路径,需要了解流体在井中的流动过程,才能确保封存的安全性。使用最近开发的TOUGH2系列软件的T2Well/ECO2N模块进行研究,此模块利用DFM模型(Drift Flux Model)考虑流体的相间滑移过程,能够更为精确地描述高速多相井流过程。笔者以我国首个CCS示范项目———神华10万吨/年CCS项目为背景,对CO2潜在的井泄漏情况进行了模拟研究,了解泄漏过程中压力和流体速度等参数的变化过程,并对系统压力、盐度(井底增加0.1MPa、1Mpa和改变储层盐度)参数进行了敏感性分析。结果表明:井筒中的流体传播速度极快,难以用达西流描述;井筒浅部出现二氧化碳的相态转变;二氧化碳的大量累积使得气体饱和度、压力、气液相流量和密度等参数出现明显波动;压力和盐度的是气液相流量和流速的敏感参数。     

超临界CO_2增强热卤水开采模型研究

面对全球气候变化和能源紧缺的巨大压力,CO2地质利用技术成为研究的焦点。为了实现CO2减排及资源化利用,提出了利用超临界CO2增强卤水提取和地热能开采的CO2地质利用集成系统的概念。通过建立CO2注入热卤水储层的质量平衡模型,分析了不同流量的卤水生产、CO2注入以及储层边界流对储层变化的影响,初步评估了该系统的CO2封存量、卤水提取量以及储层流体组成变化的时间尺度。研究表明,注入CO2提供了热卤水层的压力维持,促进卤水和地热资源的可持续开采,对于江陵凹陷研究区9×108 m3的储层有效体积,注入9.95×106 t CO2可提取17.12×106 t卤水,时间尺度超过30a。对于50~1 000kg/s的卤水生产速度,可以产生0.9~18.8 MW电力。同时,该技术增加了CO2的封存容量和效率,有利于CO2大规模安全封存,经济和环境效益显著。     

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。     

深部咸含水层CO2注入下压力抬升与流体迁移的大尺度模拟研究:以松辽盆地为例

地下深部封存CO2已经被公认是人类削减温室气体排放的一条有效而又科学的途径。深部咸含水层CO2地质封存因封存潜力巨大,技术可行,且已有实际的工程运行,因而备受关注。松辽盆地是中国潜在的CO2储存场地之一,选择松辽盆地为大尺度模拟研究对象,选取姚家组砂岩层为储层,选取嫩江组泥岩为盖层,运用TOUGH-MP并行计算代码建立了覆盖整个松辽盆地的三维地质模型,在中央凹陷区开展大尺度CO2注入模拟研究,包括CO2运移、储存、地层压力提升以及储存安全性等问题。模拟结果表明:持续注入100a后形成的CO2羽远小于产生的压力积聚区影响范围。注入产生的压力抬升将在注入停止后迅速消散,不会对区域地层压力和浅层地下水系统产生显著影响。在千年之内注入的CO2将随着时间持续,逐渐溶解于水中,而不会因盖层微弱的渗透性而逃逸。     

二氧化碳地质封存环境监测现状及建议

CO2地质封存是应对全球气候变化的新举措,许多国家都开展了相关的工程项目或研究。环境监测作为验证场址在当前以及较长一段时间后的合理性和安全性的重要手段,是工程实施的重要工作。对国内外CO2地质封存环境监测的相关工作以及项目所采用的监测技术进行总结,并利用监测选择工具MST得出中石化胜利油田CO2-EOR项目适用的监测技术,在此基础上提出该项目背景监测的对象、技术和频率等框架,为项目监测工作的开展提供参考依据,最后简略提出环境监测工作的方法和大纲。     

鄂尔多斯盆地马家沟组二氧化碳地质封存有利区优选

CO2地质封存技术（CCS）是目前国际上实现CO2大规模低成本减排的最佳选择之一,而CO2地质封存的首要问题是CO2封存有利区优选。针对鄂尔多斯盆地马家沟组CO2地质封存有利区优选研究不足的现状,本文借助大量的地质、钻井、地球物理及测试分析,对鄂尔多斯盆地马家沟组地层水矿化度条件、温压条件、储层条件、构造条件及盖层条件进行研究分析,从而对CO2地质封存区域边界进行确定。在此基础上,出于CO2地质封存技术性和经济性考虑,进一步再优选出储层条件优越、距离CO2捕集装置较近、勘探程度较高、地层埋深合适且对其他矿产开发影响甚微的地区进行CO2地质封存。结果表明：①确定鄂尔多斯盆地适宜CO2地质封存的地区位于摆宴井-沙井子断裂以东、渭北隆起北缘断裂以北、黄河断裂以西、伊盟隆起以南的广大地区,主要包括伊陕斜坡和天环坳陷内的除中央古隆起缺失区以外的马家沟组分布地区;②乌审旗—靖边—延安岩溶斜坡区（Ⅰ1）为盆内最佳CO2地质封存区;③榆林—米脂岩溶盆地区（Ⅰ2）是CO2地质封存的有利场所。     

海底碳封存监测技术体系研究及未来发展

海底碳封存是减少全球温室气体排放的重要途径之一。为确保高效安全地封存CO₂,需要在封存前、封存期间和封存后对CO₂的潜在运移空间进行勘探、评估和监测。当前可用于海底碳封存监测的方式主要有聚焦海底井筒的内置传感监测、聚焦储层和盖层的地球物理监测以及聚焦海床和海水层的海底环境监测。这3种方式在海底碳封存监测中分别可获得注入、监测井筒附近的温度、压力和声学等数据,深部储层和盖层地震、电磁、重力等数据,以及浅部沉积层和海水层声学、化学和海洋学等数据,对这些数据进行分析有助于识别注入地层CO₂的运移特征。但欲获取海底碳封存监测的相关数据,必须首先实现针对相关监测技术和研究方法的集成应用和优质方案的设计,这也成为当前学术界和工程界亟待解决的难题。本着尽可能降本增效的原则,为实现科学有序地进行海底碳封存监测,整理了不同监测方式和相关支撑技术的工作原理、应用现状以及面临的挑战,并展望了海底碳封存监测技术的未来发展。研究结果将为我国海底碳封存作业的实施和发展提供基础指引。     

二氧化碳地质封存中“对流混合”过程的研究进展

各国政府和科学家已经认识到CO2地质封存是一个长期有效的温室气体减排措施.在地质封存过程中,注入的C02的存在形式对C02地质封存工程的可行性和安全性十分重要.相较于“气体”储存机制,残余“气体”储存、溶解储存和矿物储存机制对于CO2地质封存而言是更为安全的储存形式.积累于低渗透性盖层底部的C02溶解使附近区域水溶液密度增加,从而引起“对流混合”现象.这一过程可降低储层中的超临界CO2通过垂直路径(如裂隙、断层和废弃井)向上逃逸的风险,因此增加了CO2地质封存的长期性和安全性.本文综述了CO2地质封存中“对流混合”过程的研究进展,总结归纳了该研究领域中存在的不足和问题,并对下一步研究工作提出了建议,以期为CO2地质封存中“对流混合”过程的研究在中国的深入开展提供参考.     

CO2地质封存工程的潜在地质环境灾害风险及防范措施

CO2地质封存技术虽是有效减排CO2和提高石油、天然气等能源采收率的技术手段,但目前该技术尚处于发展阶段.CO2地质封存工程可能诱发一些潜在的地质环境灾害风险,如浅层地表垂向差异变形、可能诱发的断层活化及地震事件、CO2逃逸导致淡水含水层的污染、CO2泄漏富集危害附近人类健康和局部生态系统等.本文分析了上述潜在地质环境...