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。     

初始矿物组分对CO_2矿物储存影响的模拟研究

二氧化碳地质封存(CO2geological sequestration,CGS)是一种直接、高效的减少大气中CO2含量的方式。本文以鄂尔多斯盆地CGS示范工程场地刘家沟组实测数据为基础,利用数值模拟方法,研究储集层岩石初始矿物组分变化对CO2矿物封存能力的影响。结果表明,在长石为主的砂岩储集层中,绿泥石、方解石和长石类矿物是主要的溶解矿物,铁白云石是主要的固碳矿物,初始矿物中钾长石、方解石含量变化对矿物封存量的影响极小,奥长石含量对矿物封存量有一定程度的影响,而绿泥石初始含量显著影响矿物封存量。     

砂岩中绿泥石含量对CO_2矿物封存影响的模拟研究

二氧化碳地质储存是实现二氧化碳减排的有效手段,砂岩储层是二氧化碳地质储存的主要储层类型之一。砂岩储层中的绿泥石溶解对二氧化碳地质储存形式和储存量有着重要的影响。依据某砂岩储层的实测资料,采用数值模拟技术,分析了绿泥石作用下CO2矿物封存机理和绿泥石含量对CO2的矿物封存量的影响。研究结果表明,绿泥石体积分数增大,溶解后可以向溶液中提供更多的Mg2+、Fe2+,有利于固碳矿物菱铁矿和铁白云石生成;绿泥石的体积分数与CO2矿物封存量有良好的正相关性,高绿泥石含量有助于砂岩储层的CO2矿物捕获。     

储层温度对CO_2矿物封存的影响

在CO2地质储存中,储层温度是影响CO2矿物储存量的因素之一。文章选取美国Gulf Coast地区的资料,并设置6种温度敏感性分析方案,使用TOUGHREACT/ECO2N软件模拟分析了温度变化对CO2矿物捕集的影响,得出以下结论:长石类矿物、高岭石、绿泥石是主要的溶解矿物,方解石并非主要的溶解矿物;主要固碳矿物为铁白云石和片钠铝石,两者与绿泥石存在较好的相关性,并且沉淀量与温度变化正相关;CO2体积分数随时间变化幅度和矿物捕获总量均与温度呈正相关。通过分析储层温度对矿物捕获CO2的影响,为选取CO2储层提供温度上的考量。     

储层温度对CO2矿物封存的影响

在二氧化碳地质储存中,储层温度是影响CO2矿物储存量的因素之一。文章选取美国Gulf Coast地区的资料,并设置6种温度敏感性分析方案,使用TOUGHREACT/ECO2N软件模拟并分析了温度变化对CO2矿物捕集的影响,得出三个结论:长石类矿物、高岭石、绿泥石是主要的溶解矿物,方解石并非主要的溶解矿物;主要固碳矿物为铁白云石和片钠铝石,两者与绿泥石存在较好的相关性,并且沉淀量与温度变化正相关;CO2体积分数随时间变化幅度和矿物捕获总量均与温度呈正相关。通过分析储层温度对矿物捕获CO2的影响,为选取CO2储层提供温度上的考量。     

鄂尔多斯盆地伊金霍洛旗附近二叠系石千峰组岩石学、地球化学特征及其固碳能力分析

鄂尔多斯盆地是我国CO2地下埋藏的潜在目标区,位于伊金霍洛旗附近的中神监X井与CO2地下注入井中神注1井相邻,两者钻遇地层系统和岩石组合一致。为对示范区储层的固碳潜力和泥岩改造状况做出预测,为CO2地质储存的数值模拟研究提供基础地质信息和相关数据,通过偏光显微镜、扫描电镜、X射线衍射、X射线荧光等多种技术手段,开展了中神监X井石千峰组的岩石学和地球化学特征研究。结果表明石千峰组的砂岩岩石类型主要为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩;泥岩主要由石英、粘土矿物和长石组成,其中,粘土矿物主要为伊利石,其次为蒙皂石、高岭石和绿泥石。预测在CO2注入后的流体-砂岩长期相互作用过程中,石千峰组砂岩可以通过形成片钠铝石、方解石、铁白云石和菱铁矿等固碳矿物,形成对CO2泄露而言的矿物圈闭,进而实现CO2的长期和安全封存;红色泥岩夹层将发生金属离子活化,导致泥岩褪色。     

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。     

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.     

基于TOUGHREACT-MP的苏北盆地盐城组咸水层CO2矿物封存数值模拟

基于TOUGHREACT并行版,建立了苏北盆地盐城组下段砂岩层在碳封存中的CO2-水-岩反应二维径向模型,并评估储层的矿物封存潜力,探讨分析了网格剖分精度和储层各向异性对矿物封存模拟的影响。模拟结果表明:在CO2封存过程中,片钠铝石、方解石和菱铁矿沉淀较明显,在CO2注入5 000a后矿物封存的比例高达34.0%;网格剖分精度的不同对矿物封存反应路径没有影响,但粗网格模型计算得到的矿物封存量偏高;降低储层的kv(垂向渗透率)在短期内会促进CO2的水平运移,有利于溶解和矿物封存;但随着时间延长,降低kv对对流作用的抑制开始体现,表现为1 000a后中等kv值的模型计算出的矿物封存量高于较大kv和较小kv值的模型。     

松辽盆地徐家围子断陷玄武岩气藏储层的CO2 封存潜力研究

玄武岩油气藏储层一方面含有大量可与CO2 反应生成碳酸盐的造岩矿物,另一方面又有枯竭油气藏的良好储（储集
空间）、运（运移通道）、盖（盖层条件）和保（保存能力）等 CO2 封存优势,是潜力大、实施易、成本低和安全性高的碳
汇靶区。该文选取了位于松辽盆地东北部的徐家围子断陷玄武岩气藏开展CO2 封存潜力研究,在对该气藏地质特征和储层
发育特征详细描述的基础上,结合玄武岩矿物组成和化学成分的鉴定分析结果,探讨该气藏的矿物固碳能力和油气储层固
碳能力,并对其封存CO2 的可行性进行了初步评价。研究表明,徐家围子断陷玄武岩气藏有着良好的储集空间,且易碳酸
盐化,其盖层可阻止所充注CO2 的逸散,稳定的圈闭条件可保证所充注CO2 的安全性,因而是CO2 封存的理想靶区。初步的
定量计算结果表明,徐家围子断陷玄武岩油气藏的矿物固碳潜力约为89.33×108 t,油气储层的封存能力约为6.2×108 t,总
计约95.53×108 t,具有十分可观的固碳潜力。     

玄武岩CO2矿化封存潜力评估方法研究现状及展望

二氧化碳地质封存是实现减排增汇的重要技术选择,能够将CO₂长期、安全地封存在地下岩层中。常规的CO₂封存地质体包括地下深部咸水层和枯竭油气藏,玄武岩是近年来逐渐受关注的新一类CO₂封存地质体,进一步丰富和拓展了CO₂地质封存的技术手段和碳汇潜力。封存潜力评估是CO₂地质封存技术发展的重要基础工作之一,文章系统梳理国内外玄武岩矿化封存潜力的评价方法,对比分析各类方法的原理机制和应用情景,并以冰岛活动裂谷带玄武岩为例应用、对比各类方法。研究认为目前玄武岩矿化封存潜力评估方法一般包括三类：(1)单位矿化法：基于玄武岩单位体积或单位反应面积的固碳量开展潜力评估;(2)矿物置换法：基于玄武岩中可固碳矿物的总量开展封存潜力评估;(3)孔隙充填法：基于CO₂矿化后产生次生矿物所占岩石孔隙体积比例的上限值开展封存潜力评估。单位矿化法的评估数据需进行系统的实验分析,增加了潜力评估的难度。当玄武岩储层孔隙度较大、可固碳矿物含量相对较小时,矿物置换法较为合适;反之,孔隙充填法更...     

二氧化碳羽流地热系统水-岩-气相互作用:以松辽盆地泉头组为例

二氧化碳羽流地热系统(CPGS)是利用CO2地质储存场地进行地热能开发的一种工程技术,也是整合CO2减排与开发深部地热资源的理想方式。但伴随着对深部地热的提取,注入储层的超临界CO2使深部咸水的pH值降低,导致周围岩体产生溶解和沉淀,从而引起孔隙度、渗透率等地层物性的变化,最终改变系统的生产能力和净热提取效率。以松辽盆地泉头组为目标储层,采用室内实验、数值模拟等技术手段,通过实验和数值计算结果的对比,揭示系统水-岩-气相互作用对热储矿物组分的改变。研究结果显示:实验过程中矿物溶解对温度和盐度变化较为敏感,而受压力影响较小;在实验和模拟时间内发生溶解的矿物主要是长石类矿物,方解石在反应后全部溶解;石英、伊利石和高岭石的矿物组分体积分数有所增加,并有少量菱铁矿生成。     

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、封存效果长久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...     

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。     

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.     

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。     

砂岩储层次生孔隙形成机制的研究进展

砂岩中次生孔隙的形成与长石在埋藏成岩过程中溶解或转化密切相关,形成有丰富的可溶矿物、酸性流体和水、有利的迁移条件。通过对砂岩中长石溶蚀的研究发现,相比钙长石和钠长石,钾长石的溶解速率最慢,也是次生孔隙得以保存的最主要矿物。而对于长石溶蚀的酸性流体来源中CO2主要来源为:是大气水中溶解的CO2、有机酸脱羧酸形成的CO2以及碳酸盐分解;有机酸的来源主要为:有机质热演化过程中形成的短链酸,泥质转变而来以及烃类氧化反应所产生。     

CO2矿化封存条件下玄武岩溶解反应速率模型

实施CO2补集与地质封存是目前降低大气中CO2含量、减轻温室效应的有效途径。在所能利用的封存方式中,CO2矿化封存最为安全、稳定。在能实施矿化封存的岩石介质中,玄武岩封存潜力巨大,且岩石溶解反应过程是矿化沉淀过程的基础;因此,研究玄武岩溶解反应速率十分必要。在构成玄武岩的单一矿物与缓冲溶剂的反应速率模型的基础上,提出不同温度下玄武岩样品在超临界CO2水溶液中的溶解速率模型,并通过室内实验,利用采自山东省临朐县的玄武岩岩心样品,在45~100 ℃、10 MPa条件下,与超临界CO2－纯水反应,并运用最小二乘法确定模型中相关参数。同时利用57 ℃、72 ℃、92 ℃ 3个温度下的模型计算值与实验值对模型进行验证,结果证明了模型的准确性和可靠性,研究结果可直接应用于CO2地质封存条件下玄武岩溶解速率的计算。     

砂岩储层中有机酸对主要矿物的溶蚀作用及机理研究综述

砂岩储层中有机酸对矿物的溶解和沉淀在很大程度上影响着次生孔隙的发育。研究发现，有机酸之所以能提高石英的溶蚀速率和长石的溶解度，主要是由于在矿物的表面及溶液中形成络合物，有效地降低了矿物表面反应的活化能及溶液中硅、铝离子浓度的结果。有机酸与粘土矿物的吸附或催化反应可抑制长石等其他矿物的溶解。有机酸与CO2一起共同控制着体系中碳酸盐的溶解或沉淀。     

绿泥石对CO2-水-岩石相互作用的影响

为了解关键性矿物在“超临界CO₂-水-岩石”系统中的地球化学作用,利用先进的数值模拟软件TOUGHREACT,结合我国鄂尔多斯盆地深部咸水含水层的基础地质条件,建立一维垂向模型,研究了盖层中绿泥石含量分别为3%、9%、15%时对CO₂-水-岩石相互作用的影响.发现CO₂进入盖层后,盖层的矿物成分和渗透率发生了较大变化.当绿泥石体积分数为3%时,盖层渗透率在5 000 a期间一直处于增大状态,不适合CO₂封存;当绿泥石体积分数为9%和15%时,盖层渗透率呈现先增大后减小的趋势,产生自封闭现象,有利于CO₂封存.结果表明,绿泥石的溶解为盖层中钙蒙脱石、铁白云石、片钠铝石、菱镁矿的沉淀提供了必要的Mg2+、Fe2+、AlO₂-等离子.绿泥石含量越多,CO₂矿化捕集量越大,盖层的自封闭效应越明显,其渗透率最大减少10%.本研究结果可为CO₂地质封存的长期性和稳定性评价提供理论依据.