国外CO2地质储存现状与展望

温室气体CO2的大量排放给全球气候和环境带来的巨大影响,受到了世界各国的关注。实现CO2的深度减排是人类可持续发展的必由之路。CO2地质储存是缓解碳排放行之有效的方法之一。本文通过以下几方面论述了国外CO2地质储存的现状以及对未来的展望：1）CO2捕集机理,2）CO2地质储存,3）CO2地质储存项目现状与未来预测,4）CO2地质储存场地储量评估,5）CO2地质储存监测技术,6）CO2地质储存模拟工具,7）CO2地质存储经费等。     

松辽盆地CO2地质储存适宜性评价

为缓解全球气候变暖趋势,CO2地质储存成为目前减少向大气排放CO2量的有效方法之一.区域CO2地质储存适宜性评价是筛选CO2地质储存目标区和工程建设的基础,合理的评价指标体系和指标权重对评价结果有重要影响.本次研究结合松辽盆地地质条件,建立包括地质储存规模、储存经济性、储存条件和储存安全性4个方面、20个指标、5个指标...     

我国碳酸盐岩储层CO2地质储存潜力与适宜性

文章系统收集并分析了我国各盆地地层、大地构造、油田地质、水文地质数据,研究了我国各盆地碳酸盐岩地层空间分布和孔隙度特性,做出了《全国盆地碳酸盐岩分布面积分级图》、《全国盆地碳酸盐岩厚度分级图》、《全国盆地碳酸盐岩孔隙度分级图》、《全国盆地碳酸盐岩二氧化碳地质储存潜力分级图》。逐一对全国各沉积盆地内800～5 000 m深度区间各地质时代形成的碳酸盐岩储层的CO2储存能力进行了计算。通过层次分析法确定各评价指标权重,制做出全国盆地E级碳酸盐岩储层CO2地质储存适宜性评价结果表,绘制出《全国盆地碳酸盐岩储层CO2储存适应性评价图》。对全国盆地CO2储存进行了适宜性评价,剔除了不适宜CO2地质储存的沉积盆地,选出适宜的沉积盆地以供下一阶段继续研究。      

安徽省沉积盆地CO2地质储存适宜性评价

CO2的地质储存已成为减缓温室效应的一条有效的途径。区域的CO2地质储存适宜性评价是选址建设CO2地质储存工程的基础,而建立适当的评价指标体系与选择合理的评价方法对于CO2地质储存适宜性评价起到至关重要的作用。本次研究以安徽省内CO2减排需要为目的,根据研究区实际的地质条件,从CO2的地质储存所关联的多重因素出发,建立起包括安全性、技术性、经济性与社会环境性4个方面的评价指标体系,并引入变异系数法对评价指标确定权重与TOPSIS模型对研究区的CO2地质储存盆地适宜性进行排序。研究结果表明:阜阳盆地与合肥盆地为优先选择的CO2地质储存盆地。评价结果为安徽省初步选址CO2地质储存工程建设提供了科学依据。     

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。     

OpenMP在CO2地质储存数值模拟并行计算中的应用

为减少CO2地质储存数值模拟计算时间和增强计算规模,文章提出基于OpenMP和动态内存分配的方式,重构TOUGH2-ECO2N数值模拟器。通过耗时评估可知,模拟器的主要耗时部分为状态方程计算、组建矩阵方程和方程求解。基于此,在遵循OpenMP并行化原则下,采用动态内存分配、处理跳转语句和算法内部的相关性,以及函数内部参数优化等措施,完成了多相流模拟器的并行化。计算试验结果表明,并行化模拟器算法正确、执行效率高,且具有加速效果良好的特点。针对中小规模的模型对比试验,4核的加速比可以达到2.28倍。     

CO2地质储存的地震监测

主要阐述了CO2隔离技术的基本思路和CO2地中隔离的主要方式,在此基础上提出了CO2煤层中隔离的可行性和隔离机制的分析方法,分析了CO2地质储存的重点研究问题及研究思路,评价了地震监测方法在CO2地质储存检测中的有效性。     

典型电厂海洋CO2地质储存场地选址适宜性评估

我国华东和东部沿海地区分布有大量的火电、水泥和炼油等CO₂排放源,但由于距离陆域大中型沉积盆地较远,限制了规模化的深部咸水层CO₂地质储存工程选址。本文以华能玉环电厂为实例,开展了东海陆架盆地瓯江凹陷场地选址适宜性评估。通过瓯江凹陷CO₂地质储存地质条件分析,初步圈定出了发育有利储盖层的目标靶区,并依次开展了地质安全性和经济适宜性分析。利用碳封存领导人论坛潜力评估公式,计算了目标靶区推荐储层的单位面积储存潜力;并在构建综合储集条件、地质安全性条件和经济适宜性条件的指标体系基础上,开展了GIS多源信息叠加评估,在丽水西次凹内筛选出两处较好的场地。研究对开展该区海域CO₂地质储存选址具有一定的探索意义。     

规模化深部咸水含水层CO2地质储存选址方法研究

本文依据中国沉积盆地CO2地质储存潜力评价结果,认为深部咸水含水层是实现规模化CO2地质储存的主体,进而对适宜CO2地质储存的深部咸水含水层属性进行了界定。提出了深部咸水含水层CO2地质储存选址原则,合理划分了选址工作阶段。建立了选址技术指标、安全性评价指标、经济适宜性和地面地质-社会环境选址指标4个指标层,60余个指标的选址指标体系,提出了基于层次分析(AHP)的多因子排序选址评价方法。本文的研究成果对中国深部咸水含水层CO2地质储存场地选址具有一定的指导意义。     

深部咸水层CO2地质储存适宜性评价方法研究

随着温室效应的加剧,CO₂地质储存已成为减缓全球气候变暖的有效方法之一. 可用于CO₂ 地下储存的场地主要有枯竭的油气田、深部咸水层和深部不可开采的煤层等,我国深部咸水层CO₂地质储存潜力占总潜力的98%以上. 在全面分析CO₂ 地质储存适宜性影响因素的基础上,建立了适宜于沉积盆地深部咸水层CO₂ 地质储存的适宜性评价体系,主要包括地质安全性、储存规模、社会环境风险和经济适宜性4大指标层,共计28个评价指标,评价方法以层次分析法及指标叠加法为主. 以西宁盆地为研究实例,通过基于排除法的地质条件综合分析与层次分析法的定量评价相互验证,表明该指标体系和评价方法具有广泛的应用价值. 结果表明,西宁盆地一级构造单元中双树坳陷最适宜CO₂地质储存,可作为CO₂地质储存的优先选区.     

深部CO2泄漏对浅层地下水水质影响研究进展

由于盖层中存在的未知断层、裂隙或被废弃井穿透等原因,深部储存的CO₂可能会发生渗漏,并向上迁移进入浅部含水层,改变地下水中酸度和溶解组分的浓度分布。国外开展CO₂泄漏对浅层地下水水质影响相关研究尚处于起步阶段,且室内实验、野外试验和数值模拟等研究结果表明,CO₂泄漏对浅层地下水中pH和微量重金属组分浓度影响显著,虽浓度大多未超饮用水标准,但由于含水介质之间矿物组成的差异较大,有必要针对具体场地的地下水水质和矿物组分特征进行调查,研究CO₂侵入对地下水水质的影响,在总结已经达成共识和存在的问题基础上提出下一步研究趋势。     

Selection of coals of different maturities for CO2 Storage by modelling of CH4 and CO2 adsorption isotherms

CO₂ injection in unmineable coal seams could be one interesting option for both storage and methane recovery processes. The objective of this study is to compare and model pure gas sorption isotherms (CO₂ and CH₄) for well-characterised coals of different maturities to determine the most suitable coal for CO₂ storage. Carbon dioxide and methane adsorption on several coals have been investigated using a gravimetric adsorption method. The experiments were carried out using both CO₂ and CH₄ pure gases at 25 °C from 0.1 to 5 MPa (1 to 50 bar). The experimental results were fitted using Temkin's approach but also with the corrected Langmuir's and the corrected Tóth's equations. The two last approaches are more accurate from a thermodynamical point of view, and have the advantage of taking into account the fact that experimental data (isotherms) correspond to excess adsorption capacities. These approaches allow better quantification of the adsorbed gas. Determined CO₂ adsorption capacities are from 0.5 to 2 mmol/g of dry coal. Modelling provides also the affinity parameters of the two gases for the different coals. We have shown these parameters determined with adsorption models could be used for classification and first selection of coals for CO₂ storage. The affinity ratio ranges from a value close to 1 for immature coals to 41 for high rank coals like anthracites. This ratio allows selecting coals having high CO₂ adsorption capacities. In our case, the modelling study of a significant number of coals from various ranks shows that anthracites seem to have the highest CO₂ storage capacities. Our study provides high quality affinity parameters and values of CO₂ and CH₄ adsorption capacities on various coals for the future modelling of CO₂ injection in coal seams.     

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。     

中国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程

2010—2012年,中国地质调查局水文地质环境地质调查中心承担完成的“全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程计划项目”,全面建立了我国二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价指标体系与评价技术方法,评价了主要沉积盆地的二氧化碳地质储存潜力与适宜性,完成了全国1∶500万评价图系和主要盆地评价图集编制,圈定出一批二氧化碳地质储存目标靶区;构建了深部咸水层二氧化碳地质储存工程选址、场地勘查与评价技术方法;与神华集团合作,在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗成功实施了我国首个深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程,基本形成了我国二氧化碳地质储存基本理论和技术方法体系。     

Key Problems and Countermeasures in CO2 Flooding and Storage

Based on literature research in combination with the practice of CO₂ flooding and storage in Jilin Oilfield, this study assesses the key problems in CO₂ flooding and storage, proposing the corresponding countermeasures from five aspects of CO₂ gas source condition, namely geological condition evaluation, scheme design incoordination with other production methods, economic and effectiveness evaluation, together with dynamic monitoring and safety evaluation. The re...     

二氧化碳地质储存逃逸通道及环境监测研究

CO2地质储存逃逸通道可分为人为逃逸通道、地质构造逃逸通道以及跨越盖层和水力圈闭逃逸通道三类.在CO2地质储存场地选址和场地勘查阶段,应高度重视区域地壳稳定性、地震危险性和CO2逃逸通道专门性地质调查评价工作,避免因CO2逃逸造成对人群健康和生态系统产生影响,导致地下水污染和诱发地质灾害发生.同时要对可能的CO2逃逸通道进行灌注前CO2背景值监测,灌注工程运营期CO2控制监测和封场后长期监测,确保CO2地质储存的有效性、安全性和持久性.     

不同类型湿地CO2:CH4比例及其影响因素: 整合分析

湿地是温室气体二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)的主要来源之一,在全球碳循环中发挥着重要作用。由于CH₄在百年尺度上的全球增温潜势是CO₂的45倍,因此深入研究湿地CO₂:CH₄的排放比例及其影响因素对准确理解和预测湿地碳循环过程及其对未来全球变化的响应具有重要意义。本文采用文献整合分析方法,对比了不同类型湿地中CO₂:CH₄排放比例的特征及其影响因素。结果表明,藓类泥炭沼泽、滨海湿地和稻田中CO₂:CH₄排放比例显著高于草本沼泽、河流湿地和湖泊湿地等其他类型湿地;相关性分析研究发现,湿地CO₂:CH₄排放比例与pH和水位显著负相关,与盐度显著正相关。可见,藓类泥炭沼泽低水位和低pH抑制CH₄排放是导致其CO₂:CH₄排放比例较高的重要原因,而滨海湿地高盐分抑制CH₄排放是其CO₂:CH₄排放比例高的重要原因。与自然湿地相比,稻田CO₂:CH₄排放比例高与其人为施肥和稻草还田抑制CH₄排放有关。此外,大气温度、土壤温度、降水量、土壤含水率等因子也对湿地CO₂:CH₄排放比例具有重要影响,尽管它们之间的线性相关关系不显著。目前,湿地CO₂:CH₄排放比例和影响因素仍存在很大的不确定性,未来亟待加强不同类型湿地CO₂:CH₄排放比例及其关键影响因素研究。

     

国内外CO2地质封存潜力评价方法研究现状

碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage,CCS)技术作为缓解全球气候变暖、减少CO2排放的有效路径之一,其潜力评估至关重要。目前CCS技术主要包括CO2强化石油(天然气)开采封存技术、CO2驱替煤层气封存技术以及咸水层CO2封存技术3类。各类封存技术利用了不同的封存机制,其潜力评估方法也略有差别。油气藏封存和咸水层封存主要利用了构造圈闭储存、束缚空间储存、溶解储存、矿化储存等封存机制,煤层气封存主要利用了吸附封存机制。国内外学者和机构针对各类封存技术提出了相应的计算方法,依据其计算原理可归纳为4类: 物质平衡封存量计算法、有效容积封存量计算法、溶解机制封存量计算法以及考虑多种捕获机制的综合封存量计算法。通过对各类经典方法及其计算原理进行综述,剖析潜力封存量计算方法的内涵原理和应用场景,分析了CO2地质封存潜力评价方法在实际应用中面临的问题,有助于提升我国的CCS潜力评价质量。