鄂尔多斯盆地石盒子组地层二氧化碳矿物封存能力评估

CO2的地质封存技术是减少CO2向大气排放的一种有效方法。矿物封存由于储存时间长,安全性高,对CO2地质封存至关重要。本文以鄂尔多斯盆地石盒子组地层为例,利用模拟软件TOUGHREACT研究了CO2注入后,各矿物的溶解和沉淀机理,确定固碳矿物和CO2的矿物封存量;通过改变绿泥石和长石类矿物的初始含量,研究原生矿物组分对CO2矿物封存潜力的影响。结果表明,以石英、长石为主的砂岩储集层中,长石类、绿泥石和高岭石是主要的溶解矿物,铁白云石是主要的固碳矿物,原生矿物中绿泥石和长石类矿物对CO2的矿物封存量影响很大,绿泥石和长石类矿物的体积分数增加,CO2的矿物封存量也增加。     

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。     

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。     

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。     

黏土矿物含量对CO_2地质埋存体盖层封闭性的影响

为了解CO_2地质储存过程中黏土矿物含量对盖层封闭性的影响,本文以鄂尔多斯盆地三叠系和尚沟组泥岩盖层为研究对象,利用TOUGHREACT软件研究了不同黏土矿物含量、储层厚度对盖层封闭性的影响。研究表明,当盖层黏土矿物含量达到50%时,渗透率最大可减降低36%,有效封存厚度可达70 m;当黏土矿物含量减少至10%时,盖层自封闭性大幅降低,有效封存厚度为4 m,且盖层中的蒙脱石也由沉淀转化为溶解。黏土矿物含量越高,盖层封闭性越强,有效封存厚度越大。储层厚度对盖层封闭性有直接影响,当储层厚度大于盖层有效封存厚度时,则会发生泄漏;当储层厚度达到100 m时,CO_2将在125年后穿透黏土矿物含量为50%的盖层。本研究可为CO_2地质储存的储盖层选择和安全性评价提供理论依据。     

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.     

储层中CO2—水—岩石相互作用研究进展

本文综述了CO2对储层渗透率和储层岩石润湿性的影响、CO2与水间的相互作用,以及CO2、水与矿物(石英、硅酸盐和碳酸盐等)之间的相互作用。指出储层物性的改变会直接影响CO2的封存和EOR的效率;二氧化碳注入储层后,与地层水、储层岩石之间发生复杂的矿物溶蚀和沉淀作用是改变储层物性的直接原因。本文给出了大量可能发生的化学反应,讨论了影响反应速率的因素、研究中存在的问题和发展趋势,为今后实施CO2封存和EOR提供参考。     

CO_2地质封存四维多分量地震监测技术进展

CCS技术是目前公认的快速减缓温室效应的最有效方法,CO2地质封存是CCS技术最核心的问题之一,监测CO2地质封存的安全性贯穿于CO2注入过程中与封存以后。四维地震监测技术是监测CO2是否泄漏、证实CO2封存安全性最有效的技术手段。常规四维地震技术通过对比CO2注入前后及注入不同阶段2次或者多次三维地震纵波振幅差异与旅行时差异,确定CO2在地下分布。而纵波振幅或旅行时差异是CO2饱和度与孔隙压力的综合反映,单纯的纵波信息难以区分饱和度与压力信息。目前,四维多分量地震监测技术的潜力并未挖掘,由于横波速度对于压力敏感,利用四维转换波信息监测CO2地质封存,可以识别注入CO2的压力分布范围。对于各向异性介质的储层,对比一次地震观测PS1,PS2旅行时、振幅差异与2次地震采集之间PS1,PS2旅行时、振幅差异,还可以有效确定注入CO2前与注入期间储层裂隙、裂缝的变化,以及储层与盖层的应力状态。四维多分量地震资料结合岩石物理资料和全波列测井资料,可以更准确地确定可能的CO2泄漏风险区域,更加可靠地评估CO2地质封存的安全性。     

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。     

松辽盆地南部HX井上白垩统青山口组黑色泥岩的矿物组成与自生微晶石英成因

泥质岩的矿物组成和成岩作用是制约其作为CO₂地质封存的盖层封闭能力和作为页岩气储层具易压裂性质的重要原因。通过地球化学分析、X-射线衍射分析和扫描电镜观测及能谱测定,确定了松辽盆地南部HX井上白垩统青山口组泥岩的矿物组成,识别出了蒙皂石转变伊利石反应过程中形成的亚微米级自生微晶石英。研究表明：HX井上白垩统青山口组泥岩的母岩岩石类型和风化效应一致,泥岩主要由黏土矿物、钠长石和石英组成,钾长石少量;黏土矿物以伊利石/蒙皂石混层为主,其次为绿泥石;脆性矿物（钠长石、石英和钾长石）的平均质量分数为44.43%,黏土矿物平均质量分数为54.26%。蒙皂石转变伊利石反应过程中形成的亚微米级微晶石英单晶呈自形－半自形粒状,集合体呈巢状,分布于伊利石/蒙皂石混层黏土矿物的微孔隙中。以伊利石/蒙皂石混层矿物为主、且存在一定量的自生微晶石英的泥岩盖层（例如HX井青山口组泥岩）将有助于注入CO₂的长期封存。HX井青山口组泥岩中的脆性矿物含量符合工业价值页岩气的储层标准,而黏土矿物含量则相差较多。     

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。     

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。     

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。     

鄂尔多斯盆地东缘C-P煤系致密砂岩储层敏感性分析

鄂尔多斯盆地临兴地区上古生界致密砂岩储集层中矿物组成多样、孔隙结构复杂且黏土矿物含量高，直接影响储层改造和开发效果。文章基于X 衍射、铸体薄片、气测孔渗、压汞和敏感性实验，系统研究了储层敏感性及其影响因素。结果表明研究区砂岩中石英和岩屑含量高，长石含量较低，以岩屑砂岩、岩屑石英砂岩、长石岩屑砂岩和石英砂岩为主。黏土矿物主要为伊利石、高岭石、绿泥石以及伊/蒙混层；储层普遍低孔低渗，孔隙结构较差。速敏以太原组最强，山西组最弱，与伊利石+绿泥石含量正相关，高岭石含量负相关。水敏下石盒子组最强，太原组最弱，与伊/蒙混层含量正相关。盐敏与水敏有类似特点，与伊/蒙混层含量表现出正相关。酸敏山西组最强，下石盒子组最弱，与绿泥石和铁白云石矿物含量正相关。碱敏性山西组最强，太原组最弱，受长石、石英和高岭石含量影响。相关认识有助于指导研究区钻井、压裂等施工工艺选择和排采控制。     

碎屑岩储层矿物溶解度与溶蚀次生孔隙形成机理研究进展

砂岩储层中溶蚀次生孔隙的形成与碎屑岩骨架颗粒在地质流体中的矿物的溶解度密切相关。本文从温度、压力、p H值、有机酸等方面描述了石英、长石、碳酸盐矿物的溶解度特征,指出矿物溶解度和溶解组分的平衡分布主要依赖于地层温度和孔隙流体的p H值,而地层温度和p H值则通过改变地层水中络合物的形式与含量、CO2-3、HCO-3与CO2的相对含量控制着矿物溶解度。受控于温度、压力、p H值的储层流体作用于矿物,可导致不同矿物溶蚀次生孔隙形成机理具有明显的差异。在未来的研究中,应注重根据实际储层的温度、压力、流体等地质环境条件,结合储层岩石中的矿物组成进行实验模拟和数值模拟,以建立矿物溶解度与次生孔隙特征之间的定量关系。     

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.     

苏北盆地油田封存二氧化碳潜力初探

油田二氧化碳封存是减少温室气体排放量最有效的途径之一,油藏中封存CO2 主要有构造地层储存、束缚气储存、 溶解储存和矿化储存等四种方式,CO2 在油藏中的地质储存容量采用国际上通用的资源储量金字塔理论来进行潜力评价。 本文通过分析油田CO2 封存机理,结合江苏省苏北盆地的地质和构造条件,对苏北盆地油田进行CO2 封存潜力研究。苏北 盆地油田多为低渗透和含水油藏,在储存CO2 的潜力上,东台坳陷优于盐阜坳陷,次级单元中又以高邮凹陷、金湖凹陷封 存CO2 潜力最大,一系列小型构造单元比较适合于CO2 封存,并有利于后期的保存。在封盖能力上,苏北盆地在垂向上有 明显的两分性,下部上白垩系和古新统盖层相对上部始新统盖层对CO2 封盖性更好。估算得到苏北盆地油田埋存CO2 的理 论储存容量为1.5054×108 t,有效储存容量为0.0828×108 t~0.4421×108 t,表明苏北油田封存CO2 的潜力较大。     

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。