CO2的地质埋存与资源化利用进展

把CO2注入油气藏、煤层提高油气采收率的方法(CO2-EOR、CO2-EGR、CO2-ECBM),因其在提高石油、天然气和煤层气采收率的同时,又能使一部分CO2永久地埋存于地下,实现油气增产和CO2减排的双赢效果,而成为当今CO2减排最具潜力的现实选择.CO2-EOR(Enhanced Oil Recovery)方法适用于油田开发晚期,通过把CO2注入到比较稳定的油藏,一般可提高油藏采收率达10%～15%;另外把CO2注入到气田中,实施CO2-EGR(Enhanced Gas Recovery).一方面,接近枯竭的气田在没有地层水入侵之前具有巨大的埋存能力,为CO2提供巨大的埋存空间;另一方面注入CO2后,使地层重新增压保持储层中原始的压力,可以保持储层的完整性和安全性.同时,原有的油气圈闭可作为良好的埋存箱能有效地阻止CO2泄漏,使部分CO2能永久地埋存于地下.此外,也可以把CO2注入到煤层中,实施CO2-ECBM(Enhanced Coalbed Methane Recovery),利用煤层对CO2和煤层气(主要为甲烷)吸附能力的差异,实现CO2排替CH4,提高CH4的采收率.     

二氧化碳地质埋存研究进展

对二氧化碳地下封存的基本地质学问题及其他相关技术进行阐述,包括地下封存的基本原理、适合的封存场所、油气藏的筛选、储存潜力估算、动态监测、安全性及环境问题、及我国二氧化碳地质储存面临的问题.二氧化碳被注入地下后,以分子状态、溶解状态和化合物状态储存于岩石孔隙中,从而得到封存;合适的封存场所包括:深部盐水层、深部煤层和枯竭的油气藏;对于气驱和水驱油藏可以分别采用不同的公式进行模拟,根据模拟结果可以得到适合埋存的油气藏条件;对于3种不同的埋存场所可以采用不同的公式计算其埋存量以评价它们的地质埋存潜力.     

澳大利亚Otway盆地二氧化碳地质封存示范工程介绍

澳大利亚Otway盆地二氧化碳地质封存示范工程是澳大利亚第一个完整的从源到汇的碳封存研究项目,也是碳封存领导论坛（CSLF）和国际能源总署（IEA）认可的二氧化碳地质封存国际合作项目,由澳大利亚CO2CRC牵头开展相关研究。项目封存场地位于澳大利亚维多利亚州的Otway盆地,分两个阶段进行。第一阶段,2004~2010年开展衰竭气田的二氧化碳地质封存研究,已向位于地下深处2000m的晚白垩系Waarre C粗砂岩地层灌注二氧化碳混合气体65000多吨,并成功实现构造圈闭封存,同时开展了地下水、土壤气体、大气、地球化学、地球物理等综合监测;第二阶段,2010 ~2015年开展地下咸水层封存二氧化碳的研究,将向位于地下1500m深处的晚白垩系Paaratte细砂岩咸水含水层注入10000t二氧化碳,实现二氧化碳毛细滞留圈闭封存,目前正在开展前期抽注试验。     

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。     

工业废气二氧化碳的地下储藏研究

为解决二氧化碳对地球环境的影响,通过水力捕集、溶解捕集和矿物碳化等机制,可将二氧化碳储藏在地下。利用地质媒介存储二氧化碳的方法有：用二氧化碳来强化油气开采;将二氧化碳注入废弃的油气田;用二氧化碳取代煤层中的甲烷;将二氧化碳注入深蓄水层;将二氧化碳存储在盐洞中。现实技术已证明这些方法的可行性。     

二氧化碳地质封存及提高油气和地热采收率技术进展与展望

国内外碳捕集、利用与封存(CCUS)技术已取得初步进展.通过系统调研及研究实践,总结了二氧化碳地质封存及提高油气和地热采收率的技术进展,并对下一阶段的研究趋势进行了展望.研究表明：二氧化碳提高油气采收率是目前CCUS的主流应用方向,并且CCUS项目主要应用于常规油气藏,每注入1 t二氧化碳可采出原油0.1～0.6 t.如何应对二氧化碳气窜是二氧化碳提高油气采收率面临的关键问题.下一阶段的研究主要围绕二氧化碳提高非常规油气藏的采收率,如何使注入的二氧化碳能够有效地进入页岩或煤层基质仍是该类油气藏提高采收率的研发重点方向.除了二氧化碳提高油气采收率之外,二氧化碳还可用于提高地热采收率,目前的研究主要围绕二氧化碳与水作为工质开发地热的效果对比,温度场、应力场、渗流场、化学场的耦合作用对二氧化碳开发地热过程的影响仍有待进一步的研究.在同一个油气藏中利用二氧化碳作为工作流体先后开展提高油气采收率、提高地热采收率和二氧化碳地质封存一体化可能成为CCUS的发展趋势.该研究对加速CCUS部署以及油气和地热的协同开发及实施双碳战略有重要意义.     

CO_2驱油后的流体-岩石相互作用实验

<正>为了降低空气中温室气体的含量,同时兼顾提高原油采收率的要求,在世界多个国家已开展碳捕获、利用和封存项目(CCUS),其中CO2-EOR工程是应用最广泛的工程之一。将CO2注入到咸水层后,将以四种机制捕获:结构地层捕获、束缚气捕获、溶解捕获和矿物捕获。然而,实施CO2-EOR工程后,虽然提高油田的原油采收率,但是储层孔隙中仍会有大量原油残留。受原油和盐水物理性质的控制(原油与盐水不混溶),含油流体环境中的流体-岩石相互作用实验研究较少。本次研究通过开展针对地层条件下,两     

二氧化碳的地下封存

概述 二氧化碳（CO2）是导致全球气候变暖的主要原因,然而由于人类活动的影响,地球大气中二氧化碳的含量正在逐步增加。专家们建议,必须尽快采取一系列措施来减少进入大气的二氧化碳量。其中的一些方案是在工业生产过程中捕集数百万吨的二氧化碳,并把二氧化碳封存于地下——称为二氧化碳捕集与封存（CCS）。本文将阐述二氧化碳地质封存原理并对下述常见问题予以解答：     

松辽盆地南部青山口组盖层裂隙流体对泥质围岩成分及封闭性的影响

<正>CO2提高原油采收率技术(CO2—EOR)的实施不仅可以提高原油产量,还可将能够引起温室效应的CO2埋存于地下岩层,以达到减排目的。CO2在地下最终将以稳定的碳酸盐矿物形式固定,即完成矿物捕获。而一旦注入的CO2泄露,其后果往往是灾难性的。当油气藏枯竭并进入CO2地质封存阶段后,含CO2及少量残余还原性成分的流体对盖层的改造将影响其封闭能力。本研究以松辽盆地南部王府凹陷发育方解石脉的青山口组剖面为对象,阐述了裂隙流体对泥质围岩成分及封闭性的影响。     

二氧化碳注入煤层多用途研究

为了减轻环境污染,提高煤层气产率,增加能源储备,根据煤层气地质学和生物气的基本理论,提出二氧化碳(CO2)注入煤层多种用途这一新观点。研究结果显示:煤对CO2具有很强的吸附能力,可将煤层作为CO2的储集层;煤具有优先吸附CO2而滞后吸附甲烷(CH4)的特性,向煤层注入CO2可大大提高煤层气的采收率;产甲烷菌具有利用CO2生成CH4的能力,新生成的CH4成为能源储备的有益补充。可见,CO2注入煤层不仅可有效减少温室气体的排放,强化煤层甲烷产出,而且为新能源生物CH4的生成提供了基质。     

回注地下——解决气候变化问题

从地球内部开采石油、煤和天然气来供给我们能量。在这类化石燃料燃烧和释放能量时产生了不需要的二氧化碳气体,这会对全球气候产生影响。可以捕集这种二氧化碳,输送到地下并且封存,这样可从根本上减少温室气体的放出量,有助于缓解气候变化,成为向持久供应能量过渡的关键因素。     

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。     

二氧化碳在砂岩透镜体中充注封存的盖层岩石抗断裂性能分析

把CO2这一主要的温室气体注入到地下深处具有适当封闭条件的地层中进行封存和隔离,已被公认为是有效减少CO2排放量的一种比较安全的技术途径。砂岩透镜体油气藏具有良好的圈闭构造和储层物性,油气濒临枯竭的砂岩透镜体是较理想的CO2地质封存箱。基于币形裂纹模型和水力致裂原理,将纵向厚度和横向展布长度均远小于盖层岩石尺度的水平产状砂岩透镜体简化为盖层岩石中的I型币形裂纹,从岩石断裂力学角度分析封存箱盖层岩石的抗断裂性能。采用叠加原理给出了盖层岩石币形裂纹尖端(砂岩透镜体尖灭部位)应力强度因子的计算公式,在此基础上提出了断裂力学判别准则(K=KIC)和临界有效压应力判别准则(P=PC),从岩石断裂力学角度为砂岩透镜体封存箱盖层岩石抗断裂性能分析和评价提供了一种新的研究思路。     

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.     

基于数值模拟探讨提高咸水层CO2 封存注入率的途径

咸水层CO2地质封存是减少大气中CO2排放量的有效途径。CO2注入率是衡量咸水层中CO2注入能力的有效因素,因此,研究注入速率的变化规律及提高的措施是很有工程价值的。在很多区域,地层的低渗透性限制了CO2的注入率。针对鄂尔多斯盆地的水文地质条件,通过数值模拟,探讨在低渗透性咸水层中提高CO2注入率的途径,包括改变储层中的盐度、采用水平井注入、增加注入井段的长度以及采取水力压裂等工程措施。其中改变储层中的盐度可通过在注入CO2前向储层中注入一定量的水来实现。模拟结果表明,这些方式可以有效地提高CO2注入率,其中水平井改造方式和水力压裂工程措施效果显著,盐度改造措施在地层初始含盐度较高时,会有更好的效果。研究结果可为鄂尔多斯盆地和类似地区的咸水层CO2地质封存项目提供参考。     

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。     

德国深部煤层二氧化碳的封存

1原理 二氧化碳和甲烷的不同吸附特征可以用于封存二氧化碳并且提高不可开采煤层中甲烷气体回采率。在5-8个大气压力下,一吨煤能吸收二氧化碳气体30-35立方米。使用适当的压力,每摩尔甲烷可以置换二氧化碳气体1．5到5或6摩尔。利用上述提到的文献资料计算出二氧化碳的封存量。     

油藏中CO_2矿物捕获能力研究

利用TOUGHREACT软件,根据示范工程实验区大情字井的地层条件,针对含油及非含油储层哪一条件更适宜CO_2地质储存,设置了盐水组与含油组两组方案进行对比模拟。结果显示,含油组地层水中主要离子浓度及总矿化度低于盐水组,主要固碳矿物片钠铝石的生成量和CO_2的封存量明显小于盐水组。残余油的存在降低了矿物与水溶液进行离子交换的比表面积和储层的含水饱和度,并且占据矿物沉淀空间。尽管水岩作用受限,但油藏仍然可完成CO_2地质封存,且诸多优点表明油藏仍是CO_2地质封存的有利场所。     

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。     

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。