鄂尔多斯深部咸水层CO_2地质封存效果评价

中国首个陆上咸水层CO_2地质封存全流程示范项目于2010年正式实施。为更加清晰、准确地了解注入场地储层的注入性能和注入封存过程中可能遇到的潜在问题,基于场地储层结构和注入监测数据,采用储层多相流模拟软件TOUGH2-MP/ECO_2N对鄂尔多斯105 t/a CO_2注入1 620 m以深的特低渗砂岩咸水含水层进行数值模拟,对储层的压力积聚和CO_2羽体扩散的动态演化以及储层封存量进行评估。结果表明,所建立的模型比较准确地反映了实际注入过程和注入效果。3a注入引起的最大压力抬升小于15 MPa,CO_2在含水层中总体呈均匀扩散,CO_2注入地下3a和53a后,羽体在刘家沟储层中的横向迁移距离分别为550 m和700 m左右。在目前的统注方案下,CO_2主要封存层位在储层上部的刘家沟组(埋深为1 690~1 699 m),其吸气量占整个储层封存量的80%以上,储层吸气能力具有由浅到深变差的特征。53a模拟期内,进入泥岩盖层的CO_2总量不及注入总量的0.05%。     

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。     

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。     

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。     

基于多准则决策的CO2地质封存场地适宜性评价方法

二氧化碳(CO₂)捕集、利用与封存技术(CCUS)是减排温室气体CO₂、实现中国“双碳”目标的重要技术手段。CO₂地质封存作为CCUS技术的重要组成部分,是一种直接、有效的减排方法,已为全球多个国家CO₂增汇减排做出突出贡献。科学合理的场地适宜性评价和选址工作是实现CO₂地质封存的首要前提,场地适宜性评价中通常包含多个定性与定量指标,国内外常采用多准则决策(MCDM)方法处理此类多源复杂因素共同作用的场地适宜性评价工作。MCDM方法通常将指标权重与评价方法集成,以期实现各方法的优势互补,进而获得较为满意的评价结果。文章回顾了CO₂地质封存的国内外选址现状,并对基于MCDM方法的场地适宜性评价进行全面综述,以期为中国CO₂地质封存选址的适宜性评价提供参考依据。

     

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。     

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。     

深部煤层封存CO_2的地质主控因素探讨

目前世界上多数国家都以CO2捕获和封存作为CO2减排的有效措施之一。向深部不可采煤层中封存CO2能一举两得,既可实现CO2减排的目的,又能置换出煤层甲烷气体。从实验室研究角度出发,分析了煤级、温度、压力、水分及氮气对煤吸附CH4、CO2的影响,并结合煤层气开发选区评价方法,探讨了影响煤层封存CO2的地质主控因素,认为煤种、煤厚、煤层埋深、渗透率是主要控制因素,而地质构造、水文地质、甲烷气含量等为次一级控制因素。综合分析认为,我国煤层封存CO2的潜力很大,而华北地区是深部煤层封存CO2的首选地区。     

CO2地质封存三维地质结构建模与表征研究进展

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术在快速、大规模地减排二氧化碳和实现我国"碳达峰"和"碳中和"的"双碳"目标等方面具有非常重要的应用价值。CCUS技术的成功实施离不开对目标封存场址的储层、盖层及地质结构的精细描述与定量刻画, 因此, 亟需对CO2地质封存场址的三维地质结构进行精细化建模和透明化表征。本文简要阐述了三维地质建模技术在CCUS工程应用中的研究进展, 归纳了适用于CCUS技术的三维地质结构透明化表征方法和流程, 指出了目前三维地质建模精度和效率等与CCUS实践需求不适应的问题, 并提出了针对性的建议, 为推动我国CCUS领域三维地质建模和结构表征方法的研究与软件开发提供了重要的理论和技术支撑。     

泄漏情景下碳封存项目的环境影响监测技术方法

CO2环境影响监测技术作为碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)体系的重要组成部分,贯穿整个储存过程,决定着CCUS工程的成败,对CCUS工程的有效性、持续性、安全性及碳减排效果的评估发挥着举足轻重的作用.为确保碳封存项目安全可靠运行,需要对环境影响...     

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。     

CO_2地质储存潜力与适宜性评价编图方法研究

借鉴国外CO2地质储存潜力与适宜性调查评价工作程序,将我国CO2地质储存潜力与适宜性评价工作划分为五个阶段。影响盆地评价阶段CO2地质储存适宜性的因素很多,本文分别从盆地本身物理条件、数据源和资源潜力、地壳稳定性、温度以及经济适宜性五个影响方面形成单因子图,此五类单因子图件的编图基础为中国1∶500万地质图,利用图层属性的加权计算、叠加的成图方法,综合单因子图件形成我国CO2地质储存远景区划图件。     

A pressure-monitoring method to warn CO2 leakage in geological storage sites

This paper proposes a pressure-monitoring method to warn any possible CO₂ leakage by monitoring pressure change at the upper layer of storage reservoirs within injection wells. The monitoring method is tested with two problems under various scenarios. With a current pressure detection limit, the proposed pressure-monitoring technique can be widely applicable wherever a permeable upper formation exists above the CO₂ storage reservoir and is effective even in offshore storage sites wherever conventional monitoring methods for onshore sites cannot be applied. Meanwhile, the method is limited to apply during injection and is subject to any possible pressure dampening.     

Feasibility study of CO2 geological storage in China

It has been proved to be one effective means to reduce emissions of CO2 to mitigate the worsening global climate change through lots of projects and tests about CO2 geological storage. The sites that are suitable for CO2 geological storage include coal seams that can not be mined, deep saline aquifers, oil fields, and depleted gas fields. The emission of CO2 from fuel combustion is about 3.54 Gt in China in 2003, which is the second biggest in the world. Because the energy consumption in China mainly depends on fossil fuels for a long time in the future, China will become a country with the biggest emission of CO2 in the world, which will make China have to reduce the emissions of CO2 by some methods including geological storage. Based on lots of information about the reserves of coal seam methane and the rank of coal in the 68 coal basins in China, the total CO2 storage capacity in these coal basins was estimated according to the recovery coefficient and exchange ratio of CO2 to CHa.The total storage capacity in deep saline aquifers can be regarded as the total quantity of CO2 that can be dissolved in the saline aquifers at the depth from 1000m to 3000m under ground. The quantity can be estimated by multiplying the solubility of CO2 in the saline water and the volume of the appropriate aquifers. According to the reserve and quality of crude oil in 46 main oil basins in China, the CO2 storage capacity and the quantity of enhanced oil were calculated. The storage capacity of depleted gas fields can be derived from the reserve and depth of the gas fields. The total CO2 geological storage capacity is about 196.2 Gt CO2 that is as against 55.4 times the CO2 emission from fuel combustion in China in 2003. According to the results of the finished projects and tests about CO2-EOR and CO2-ECBM, the CO2 geological storage capacities in coal seams, deep saline aquifers, oil fields and depleted gas fields will be estimated.     

CO2地质封存力学问题的数值模拟方法综述

随着社会的发展,人类对化石能源的依赖导致大量的CO2排入大气层,从而引起全球变暖、海平面上升等一系列全球性气候问题。CO2地质封存是当前CO2减排最有前景的技术,但大量的CO2注入地层易诱发相应的力学问题：地表隆起变形、盖层完整性受损、断层活化等。因此,为了降低CO2地质封存带来的安全风险,理论分析、数值模拟和响应面方法等手段被应用于此类力学问题的分析中。由于数值模拟方法能够解决大尺度范围内复杂几何模型的多场耦合问题,数值模拟成为当前在CO2地质封存力学领域中应用最广泛的方法。因此,对CO2地质封存若干力学问题的数值模拟方法进行了全面的综述。首先,简要介绍了多孔介质的温度-渗流-力学-化学（THMC）多场耦合原理,并对数值模拟解决多场耦合问题的方法进行了归类。然后,详细总结了数值模拟在解决CO2地质封存力学问题方面的国内研究进展。最后,讨论了数值模拟方法在此类力学问题方面的应用缺陷,并提出了若干建议。     

我国海洋地质碳封存研究进展与展望

我国海洋地质碳封存潜力巨大,主要碳封存目标区与主要CO2排放源匹配性良好,可以为碳中和目标的实现提供重要助力。论文分析了我国开展海洋地质碳封存的必要性,介绍了国内外海洋地质碳封存工作的研究进展; 指出海洋地质碳封存区划研究、海洋地质碳封存与资源协同性研究、海洋地质碳封存数据库建设以及海洋地质碳封存示范工程的实施是当前工作的重点。研究可为我国碳中和目标的实现提供数据支撑和技术储备。     

洋板块地质研究进展

中国存在多个时代、多种类型的造山带,发育了多种多样的俯冲增生杂岩带,经历了复杂多变的洋陆转换过程,如何揭示包括洋内演化和洋陆转换等的造山过程一直是一个难题。为此,中国区域地质志项目组提出了洋板块地质研究,试图通过对造山系俯冲增生杂岩带、蛇绿岩带等洋岩石圈地质建造、结构构造进行系统研究,再造洋岩石圈从洋中脊形成到海沟俯冲消亡、转换成陆的地质作用全过程。本文介绍了洋板块地质提出到现今主要的研究进展,包括四个方面。一是,初步建立了洋板块地质格架,洋板块地质的研究包括俯冲增生杂岩的物质组成、蛇绿岩类型及其形成的构造环境、洋板块沉积组合和洋板块地层、岛弧火成岩组合、洋陆转换的过程和机制、洋-陆转换过程与成矿作用等重要内容。二是,识别出北山牛圈子—马鬃山、嘉荫—依兰、陈蔡、东昆仑布青山—阿尼玛卿、鹰扬关、大洪山、甘孜—理塘、新余神山—新干神政桥等中国陆域62条主要的俯冲增生杂岩带/增生杂岩带。俯冲增生杂岩带是认识、理解造山系时空结构、组成和演化的关键。三是,在祁连地区识别出较为完整的洋内弧岩石组合。洋盆演化形成大陆过程中的洋内俯冲带是大陆的诞生地,洋内俯冲作用形成的洋内弧是洋盆演化形成大陆的初始弧。洋内弧火成岩组合序列的发现为研究洋陆转换过程提供了岩石学依据。祁连造山带是洋板块地质研究的经典地区之一。研究显示,当金山出露完整的洋内弧岩石组合,这些岩石记录了洋内弧从初始俯冲到发育成熟的全过程,为探讨祁连造山带原特提斯洋构造演化提供了新的依据。四是,制定了洋板块地质构造图编图方案,编图内容主要包括俯冲增生杂岩带、岩浆弧、高压-超高压带、俯冲期和碰撞期构造形变要素和构造演化等。编图单元分为三级:一级为俯冲增生杂岩带;二级为岩片;三级包括基质和岩块。编图过程中需要明确岩浆弧的性质和归属,明确图面上某一岩浆弧与哪个蛇绿混杂岩或大洋配套。图面上对于构造要素的表达重点是区分俯冲和碰撞阶段。通过构造变形的时态、相态、位态研究,识别俯冲期和碰撞期的构造变形形迹。这是洋板块地质初步的研究成果,以俯冲增生杂岩带的研究为基础,探讨特提斯洋等大洋的演化、中国东部古太平洋/太平洋转换与中新生代成矿关系等重大基础地质问题是洋板块地质研究下一步的工作方向。目前,洋板块地质的研究还处于试点阶段,洋板块地质与成矿的成因联系等重大地质问题尚需今后更深入地研究。     

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。     

层状非均质性对CO_2在盖层中迁移泄漏规律的影响

盖层密封性能对CO_2地质封存工程的容量、经济性、安全性具有重要影响。盖层岩石具有明显的层状非均质特点,而这种层状非均质特点直接影响CO_2在盖层中的迁移与泄漏过程,从而影响盖层的密封性能。现有研究考虑了各向同性的非均质性对盖层密封性能的影响,但并未针对层状非均质性盖层展开相应的研究。建立了考虑孔隙度、渗透率和毛管压力参数变化关系的均质、非层状非均质和层状非均质3种盖层地质模型,并采用TOUGH2对统一边界条件的不同地质模型开展了数值模拟对比研究,分析了CO_2进入盖层、盖层内迁移和穿透盖层而形成缓慢泄漏的全过程。模拟结果表明:3种模型中,自由态CO_2饱和度分布与孔隙度、渗透率的分布基本一致;与均值模型相比,非层状非均质性会加速CO_2在盖层中的迁移,而层状非均质性将会阻碍CO_2在盖层中的迁移,增加穿透时间;与均质模型和非层状非均质模型相比,层状非均质模型将会大大降低CO_2的穿透盖层以后的泄漏速率和泄漏总量。针对建模和数值模拟过程中遇到的问题,提出了盖层地质建模过程中的一些局限性。其结果为更加客观和定量地评价CO_2在盖层内迁移规律及泄漏量奠定了一定的基础。