海上CO2地质封存监测现状及建议

海上二氧化碳(CO₂)地质封存是中国应对滨海地区温室气体排放的重要举措,是实现“碳达峰、碳中和”目标不可或缺的关键技术。中国沿海地区工业发达、碳源丰富,近海盆地具有良好的储盖层物性和圈闭特征,封存潜力巨大,目前中国首个海上CO₂地质封存示范工程已在南海珠江口盆地正式启动。CO₂监测作为CCUS技术的重要组成部分,贯穿CO₂地质封存的全生命周期,是确保封存工程安全性和合理性的必要手段。然而,中国海上CO₂地质封存技术处于起步阶段,海上监测任务颇具挑战。文章回顾了国际上海上CO₂地质封存的相关代表性研究工作以及示范项目案例,对监测指标、技术、监测方案等进行分析,提出海上CO₂地质封存监测技术筛选优化方法和监测建议,旨在为中国海上CO₂地质封存示范项目的开展提供参考依据。     

咸水层CO2地质封存地下利用空间评估方法研究

咸水层CO2地质封存技术是我国实现碳中和目标的重要支撑技术,也是一项深部地下空间开发利用技术。咸水层CO2地质封存工程利用的深部地下空间,需要在确定CO2羽流、扰动边界和经济因素“三级边界”的基础上进行综合评估。以我国唯一的深部咸水层CO2地质封存项目——国家能源集团鄂尔多斯碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage, CCS)示范工程为实例,基于封存场地储层CO2羽流监测以及扰动边界的推断预测结果综合评估,认为示范工程平面上4个1'×1'经纬度范围可作为地下利用空间平面边界,垂向上以纸坊组顶界(深度约958 m)为地下封存体顶部边界,以深度2 800 m为底板封隔层底界。提出的咸水层CO2地质封存地下利用空间评估方法,能够为未来封存工程地下利用空间审批与监管提供一定参考,但也需要进一步结合已有法律法规及规模化封存工程实践完善提升。     

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。     

海底碳封存监测技术体系研究及未来发展

海底碳封存是减少全球温室气体排放的重要途径之一。为确保高效安全地封存CO₂,需要在封存前、封存期间和封存后对CO₂的潜在运移空间进行勘探、评估和监测。当前可用于海底碳封存监测的方式主要有聚焦海底井筒的内置传感监测、聚焦储层和盖层的地球物理监测以及聚焦海床和海水层的海底环境监测。这3种方式在海底碳封存监测中分别可获得注入、监测井筒附近的温度、压力和声学等数据,深部储层和盖层地震、电磁、重力等数据,以及浅部沉积层和海水层声学、化学和海洋学等数据,对这些数据进行分析有助于识别注入地层CO₂的运移特征。但欲获取海底碳封存监测的相关数据,必须首先实现针对相关监测技术和研究方法的集成应用和优质方案的设计,这也成为当前学术界和工程界亟待解决的难题。本着尽可能降本增效的原则,为实现科学有序地进行海底碳封存监测,整理了不同监测方式和相关支撑技术的工作原理、应用现状以及面临的挑战,并展望了海底碳封存监测技术的未来发展。研究结果将为我国海底碳封存作业的实施和发展提供基础指引。     

AVOA技术在CO2地质封存地球物理监测技术中的应用

AVOA技术在CO2地质封存地球物理监测技中的应用基础理论,AVOA分析可以一定程度上反演储层弹性参数,以及流体分布状况,更重要是AVOA理论建立在各向异性介质理论基础上,更加符合地质状况,CO2地质封存过长中,储层中的流体发生变化,引起了储层弹性参数的变化,通过AVOA正反演可以预测储层流体分布,观测CO2是否扩散,是否摆脱盖层的封闭作用而泄露。可以帮助地质学家评估CO2封存的安全性[4]。     

海洋直接注入CO2封存技术方法综述

人类活动造成的CO2排放是全球气候变暖面临的主要挑战之一。CO2封存有望成为全世界减少碳排放份额最大的单项技术。海洋碳捕获、利用和封存（OCCUS）可以在较短时间内提供最大的碳封存能力,与其他地质封存方法相比更加安全有效。而且,多相态形式的CO2（气态、液态、固态和水合物）可以在海洋纵深尺度上实现直接注入。海洋碳封存是一项发展潜力巨大、优势明显的新兴碳封存技术,是实现大规模碳减排的重要措施之一,具有广阔的应用前景。因此,笔者等系统地阐述了海洋CO2直接注入、封存（OCS）的基本原理、技术现状、监测与评估,以及环境方面的影响,并对高效CO2注入技术,CO2泄漏的检测、防范与补救技术,以及海洋碳封存的生态后效等方面进行了展望。     

CO2封存三维地震实验区地质条件评价

根据地质要求在伊盟地区初选CO2封存地以及对其一定范围内的地质基本条件,综合应用地震、地质、测井资料进行综合评价。重点评价地层发育的地质特征,确定地层500 m以下至3 000 m以上储盖层的组合情况、分布区域和位置及厚度、地质构造特征如厚度、特点等,对储盖层岩石的孔隙度、渗透率等做初步预测,为开展CO2封存提出封存目的层的选择建议,利用区域勘探井的相关资料对建议层位进行评价,评价结果表明研究区内石盒子组和石千峰组两套区域性层系具有较好封存条件。     

日本苫小牧CO2海底地质封存监测技术分析及其启示

海洋二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)是应对全球气候变化、减排温室气体CO₂的关键技术之一,也是实现中国碳中和目标愿景解决方案的重要组成部分。中国近海沉积盆地封存潜力巨大,2022年中国首个CO₂海底地质封存示范工程已在南海珠江口盆地咸水层中正式启动。日本苫小牧咸水层封存项目作为迄今为止亚洲最成功的海底封存项目,其CO₂封存监测工作为我国离岸封存项目的开展提供了重要的实践参考及技术指导。文章全面回顾了苫小牧CCS项目案例情况,对项目执行、场地监测内容及布点、监测设施及技术、监测结果等进行分析,总结苫小牧CCS项目的成功经验,以及陆—井—海结合一体化的多层次、全方位的监测体系,旨在助力中国海上CO₂封存项目顺利运行,确保海洋生态环境安全。     

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...     

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。     

Research Progress of 4D Multicomponent Seismic Monitoring Techniquein Carbon Capture and Storage

Carbon Capture and Storage (CCS) technology is currently recognized as the most effective way to mitigate greenhouse gas. CO₂ geological storage is the key technique in CCS, and monitoring the safety of CO₂ geological storage runs through the whole CCS project from CO₂ injection and after closure. 4D seismic monitoring technique is the most effective way to monitor the leakage of CO₂ and to confirm the safety of CO₂ sequestration. Traditional 4D seismic technology predicts saturation of CO₂ and pressure distribution in reservoir by comparing two vintages seismic amplitude and travel time from two or repeated 3D seismic data before and after CO₂ injection or between two different injection stages. 4D multicomponent seismic monitoring has a great potential to be explored. Because shear wave velocity is sensitive to pressure, we may discriminate pore pressure distribution by using 4D multicomponent seismic information. For anisotropy reservoir, we may confirm the change of reservoir fissures and fractures as well as reservoir and caprock stress status before and after CO₂ injection through comparing difference of travel time and amplitude of PS₁ and PS₂ wave in two vintages seismic acquisition. Furthermore, we will find out potential CO₂ leakage risk area more accurately and evaluate the safety of CO₂ sequestration more reliablely by combining rock physics experiment and dipole sonic log data with 4D multicomponent seismic monitoring.     

Status and Advances of Abandoned Process of Wells for CO2 Geological Storage

With the rapid development of CO₂ geological storage and utilization (CCS/CCUS), the abandoned well in the sites of CCS/CCUS projects is becoming an important subject to be solved to check whether it can effectively block the residual CO₂ or not. Up to now, the abandoned process of wells in the field of oil and gas in China and abroad have gained mature operation technology and rich experience. However, in the field of CCS/CCUS, there is only a small number of global public instances about the abandoned process of operational wells of CO₂ including CO₂ injection wells and CO₂ monitoring wells, and the domestic instance is still blank. In this paper, we firstly summarized the required demands, materials, cases of operational experiences, and monitoring requirements of the abandoned process of operational wells of CO₂ in the developed countries, e.g. the Netherlands, the United States and Canada. Then, we figured out the status of the abandoned process of domestic wells in oil and gas industry. Finally, we concluded the differences of the abandoned process between operational wells of CO₂ and traditional wells of oil and gas, and proposed some recommendations for the abandoned process of operational wells of CO₂ in the current and future CCS/CCUS projects in China. This study has important implications for the upcoming abandoned process of all the operational wells at Shenhua CCS demonstration site in 2016.     

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。     

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。     

CO2地质封存盖层密闭性研究现状与进展

CO₂地质封存是应对全球性气候变化、减排温室气体的关键技术之一。大规模CO₂注入地层容易出现泄漏问题,尤其是通过盖层的泄漏,包括毛细管泄漏、盖层水力破裂和沿盖层既有断层的泄漏等。因此,盖层密闭性评价对CO₂地质封存长期安全稳定性的预测至关重要的。通过对密闭机理、影响因素、破坏模式等影响CO₂地质封存盖层密闭性的研究现状进行总结,发现盖层密闭机理包括毛细管封闭、水力封闭和超压封闭,影响盖层密闭性的主要因素有盖层岩性、盖地比特征、盖层厚度、盖层岩石力学性质和封存压力,进而对CO₂注入过程中盖层密闭性的破坏模式进行评价,并对盖层密闭性研究的不足提出了一些见解。     

低渗卤水盆地提高CO2注入性的技术方法: 以江汉盆地为例

注入性是关系CO₂地质储存成功与否的一个关键的技术和经济问题, 评价与提高CO₂在中国陆相沉积盆地普遍存在的低渗储层中的注入能力对于碳捕集与封存技术在中国的应用与推广具有重要意义.以江汉盆地江陵凹陷为例, 通过数值模拟的方法开展高盐低渗储层CO₂注入能力评估与提高方案研究.结果表明: 预注入淡水和低盐度的微咸水溶液均可不同程度地缓解注入井周围的盐沉淀问题; 预注入CO₂饱和溶液或稀盐酸溶液, 可显著提高注入井周围的孔渗值, 提高CO₂注入性, 但由于储层本身的低渗性, 迁移距离有限, 短时间内较难实现CO₂注入速率的大幅度提高.采取水力压裂措施可显著提高低渗储层中CO₂的注入性, 其提升能力取决于压裂裂缝的半长度以及压裂程度.对于单个垂直井, 通过水力压裂对储层加以改造, 并采取多层注入的方式, 在低渗储层中实现数十万吨的年注入量是可能的.      

Mechanism of Underground Fluid Injection Induced Seismicity and Its Implications for CCS Projects

CO₂ capture and storage projects must consider the potential possibility ofinjection induced seismicity. Moderate earthquakes and strong earthquakes may endanger human life and property, and even felt earthquakes and microquakes also pose a threat to seal integrity of CO₂ reservoir and increase the risk of leakage. Underground fluid injection induced seismicity usually happens in some geoengineering projects such as waste fluid disposal, EOR and EGS, and it occurs when fluid is injected along the fault. Therefore, it can be studied through stress analysis. The density of supercritical CO₂ is smaller than water, which may develop density flow in the deep strata or water-rock interactions in pre-existing structures, and cause the variation in permeability and pressure to induce a seismic activity. In this paper, we reviewed the mechanism of underground fluid injection induced seismicity with the focus of CCS, combined with fluid injection projects and seismic monitoring analysis in both commercial scale and experimental scale, to investigate its impact on the integrity of the cap rock of the reservoir. Finally, we summarized the appropriate site selection, injection methods and monitoring programs to prevent the occurrence of induced seismicity.