桂林岩溶试验场钻孔水化学暴雨动态和垂向变化解译

用多参数自动记录仪对桂林岩溶试验场的CF1钻孔(代表裂隙含水介质)和CF5钻孔(代表管道含水介质)水化学进行了暴雨动态和垂向变化的监测,通过数据的分析及对比,发现: 暴雨时至少有两个重要的作用在控制着水化学的动态变化,一是雨水的稀释作用,另一个是碳酸盐岩— 水— CO2 气相互作用。然而,这两个作用在管道含水介质和裂隙含水介质中的表现是不同的: 对于裂隙含水介质,碳酸盐岩— 水— CO2 气相互作用占主导,而对于管道含水介质,雨水的稀释作用则成为主控因素。因此,鉴于岩溶水化学是在碳酸盐岩- 水- CO2 气三相相互作用的开放系统中形成的,所以水化学的研究不能仅考虑水- 岩相互作用,而必须重视CO2 时空变化对水化学的控制,只有从三相系统全面考虑,才能正确把握岩溶水化学的时空演变规律。此外,试验场相距不到5m的CF1和CF5钻孔水化学时空变化的显著差异,进一步证明了岩溶含水介质的非均质性特征。      

CO_2-原油体系混相状态的渗流特性

为认识混相状态的CO2在油藏中的渗流特征,利用高温高压三维模拟装置对CO2-地层原油体系在油藏环境条件下的混相驱替过程进行研究.实验发现:模型产出液量与注入量存在较大差异;采收率、含水和气油比曲线亦表现出CO2在孔隙介质中渗流的复杂特征.由实时监测的含水饱和度分布场图分析认为:CO2与原油混相后,流体粘度降低、渗流阻力减小,这是提高采收率的重要原因之一;同时,CO2/原油相与部分接触水能形成近似于三相混相的状态.实验研究还表明CO2以高密度气体形式进入饱和水、饱和油无法进入的微孔隙,这是注入量和产出量不一致的主要原因.     

苏南地区温室气体CO2地质处置的探讨

化石能源是现代工业飞速发展的重要保障。但从工业革命以来,无节制的能源消耗导致越来越多的温室气体被排入大气,带来了一系列的环境问题,全球气候变暖就是其中最严重的问题。业已觉悟的国际社会,已经认识到问题的严重性,并开始行动起来,其中二氧化碳(CO₂)的回收及安全处置就是一项减缓大气变暖的重大工程。针对全球温室气体减排的压力,详细分析了CO₂的地质处置机制与措施,并探讨了工业发达的苏南地区进行CO₂地质处置的方式,认为存在苏北油田注CO₂增产、句容盆地深层盐水层或贫油气储层的CO₂地质处置和薄煤层CO₂吸附处置等3种方式,提出句容盆地将是未来苏南地区进行CO₂地质处置的重要场所,同时认为进行CO₂地质处置存在巨大的商机。     

CO2地质处置研究进展

减少CO2向大气排放的一个主要的方法是将其隔离在地下深部，即CO2地质处置。CO2地质处置的方法主要包括：含水层处置，海洋处置，利用CO2开采油气以及煤层甲烷气体等。含水层处置有三种机制：（1）水力学方法；（2）溶解的方法；（3）矿物处置。CO2地质处置是可行的技术方法，在实际中已有了应用。在难以获得复杂的深部含水层环境的情况下，地球化学数值模拟方法在评价地质处置CO2可行性上具有重要的作用。     

低渗透油藏CO2驱过程中含水率变化规律

通过国内外多个油田水驱后实施CO2驱的矿场实例研究,发现注入CO2后很多油井存在含水率下降的现象;这种现象发生在CO2驱的整个开发阶段,包括注气初期阶段CO2未到达生产井、生产井见气阶段以及高气油比阶段。重点讨论了生产井见气前的开发规律,在该阶段油藏内以油水两相渗流为主,不受三相渗流作用的影响。通过现场动态反应并结合室内细管和长岩心实验,揭示了CO2与油、水2种介质的相互作用,得到了两个结论:第一是始于低含水阶段的CO2驱过程中气体穿越地层水驱替地层油到达生产井;第二是始于高含水阶段的CO2驱替规律在不同级别低渗透岩心中的差异非常明显:对于特低渗岩心,CO2突破前的采出程度占CO2驱总采出程度的73.27%,CO2突破后的采出程度占26.73%,对于一般低渗岩心,CO2突破前的采出程度仅占CO2驱总采出程度的16.72%,而CO2突破后的采出程度占到了CO2驱总采出程度的83.28%。     

广西北山岩溶水系统地球化学的研究

研究岩溶水系统的含水介质特征是进行岩溶水文地质勘探工作的一项任务,本文从地球化学角度出发,利用北山矿区出露的泉水及大量的水文地质钻孔,通过地下水化学场在时间空间上的变化,研究了岩溶含水层的含水介质特征。 文中主要讨论了不同类型的地下水化学组成的季节变化,以及地下水矿化度在垂向上的变化,还讨论了利用碳酸盐平衡原理,通过矿物饱和指数（SIC,SID）与CO2分压（Pco2） 关系区分管道流及扩散流等。最后还提出了利用氚（3H）来区分含水介质类型的可能性。      

高放废物深地质处置地下水数值模拟应用综述

开展地下水数值模拟研究是高放废物处置场地安全评价的重要组成部分,然而深地质处置介质类型的复杂性、基岩深部资料的相对匮乏性导致模拟结果存在不确定性,如何刻画深部地下水动力场并评估可能引起的风险已成为高放废物处置安全评价中重点关注的问题。在大量文献调研的基础上,综述了世界典型国家高放废物深地质处置场地的地下水数值模拟与不确定性分析应用,并归纳总结该领域研究经验,得到以下认识:（1）深地质处置场深部构造、裂隙的发育与展布决定了地下水循环条件,探究适用于基岩裂隙地区新的水文地质试验方法是提高地下水数值模型仿真性的基础;（2）不同尺度模型融合是解决深地质处置地下水模拟的有效技术方法,区域尺度多采用等效连续介质法,场地尺度使用等效连续多孔介质和离散裂隙网络耦合模型,处置库尺度使用离散裂隙网络方法,其次需重点关注未来大时间尺度下放射性核素在地质体中的迁移转化规律,模拟预测场址区域地下水环境长期循环演变对核素迁移的潜在影响;（3）考虑到不同的处置层主岩岩性以及在多介质中发生的THMC（温度场—渗流场—应力场—化学场）过程,目前国内外常用的地下水模拟软件有:Porflow、Modflow、GMS及MT3DMS等用于模拟孔隙或等效连续介质,Connectflow、Feflow及FracMan等用于模拟地下水和核素在结晶岩、花岗岩等裂隙中的迁移,TOUGH系列软件主要应用于双重介质的水流、溶质及热运移模拟;（4）指导开展有针对性的模型和参数的不确定性分析工作,减少投入工作量,提高模型精度,并可针对处置库长期演变、废物罐失效、极端降雨等多情景预测模拟,为处置库安全评价及设计提供基础数据支撑;（5）针对我国深地质处置地下水数值模拟研究现状,下一步应加强区域地质、水文地质、裂隙测量以及现场试验等相关的调查及监测工作,多介质耦合、多场耦合模拟及不确定性分析研究将会是未来的研究重点。     

桂林岩溶水文地质试验场岩溶水文地球化学的研究

作者从岩溶水文地球化学为一开放的三相系统出发,重点对桂林岩溶水文地质试验场大气和土壤空气中的CO2及水的pH值、暂时硬度等进行了现场测试和室内分析;同时将水化学变化规律与土壤CO2的变化联系起来,对岩溶发育机理作了新的探索。此外,作者还通过岩溶水文地球化学异常对试验场岩溶含水介质的特征及其非均质性进行了分析研究。      

中国CO2地质埋存条件分析及有关建议

化石燃料燃烧产生的温室气体导致全球气候变暖是人类共同面临的重大环境问题.本文提出减排大气CO2含量最为现实和有效的对策是采取CO2地质埋存技术.在总结国际CO2地质埋存研究成果的基础上,全面分析了中国适宜CO2埋存的地质条件和潜在的埋存区域.初步估算,中国CO2地下贮存总容量约为14548×108t.建议近期加强中国CO2埋存地质条件调查和相关重大科技问题的研究.     

古大气CO2浓度重建方法技术研究现状

温室气候引起的全球气候变暖越来越引起人们的关注,大气中不断上升的CO2浓度被认为是导致气候变暖的主要因素.地史时期大气CO2浓度变化与温室气候可能存在类似的关系,可提供参考,因而古大气CO2浓度重建是首要任务.总结近年来古大气CO2浓度重建的进展,重点介绍GEOCARB模型模拟、植物叶片气孔参数和同位素指针的方法和技术.GEOCARB模型是反映全球古大气CO2浓度长期变化的碳相关模型;气孔参数方法是使用气孔比例来估计古大气CO2浓度;同位素指针包括成壤碳酸盐、浮游植物有机质生物标记物、钙质浮游有孔虫、古苔藓植物等,其中成壤碳酸盐碳同位素方法使用最为广泛.国内只是在叶片参数研究方面有一些进展,古大气CO2浓度重建工作任重而道远.     

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。     

鄂尔多斯盆地山西组地下咸水CO2溶解能力

实施CO₂的地质储存是目前公认的减缓全球变暖的有效途径之一.潜在的储存场所包括衰竭的油气藏、深部不可开采煤层及深部咸水层.其中, 深部咸水层储存潜力最大.在发挥作用的诸多机理中, 溶解埋存具有埋存量大、作用时间较长以及安全性高的特点.在评价深部咸水含水层CO₂溶解储存潜力时, 溶解度是一个关键参数.提出了测定咸水含水层地层水CO₂溶解度的方法, 并将其实际应用于鄂尔多斯盆地山西组地层水.鄂尔多斯盆地是我国重要的能源基地, CO₂排放量大, 排放浓度高.采集了野外实地水样, 进行了化学成分分析, 并人工合成该水样; 测定了40~80 ℃、8~12 MPa条件下CO₂在该水样中的溶解度, 其结果可为评价鄂尔多斯盆地深部咸水含水层埋存能力提供依据.      

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。     

盐水层温室气体地质埋存机理及潜力计算方法评价

针对盐水层CO2地质埋存评价要求,提出了盐水层CO2埋存机理以及埋存潜力计算方法。CO2在盐水层中的埋存机理包括水力圈闭、残余气圈闭、溶解埋存和矿物埋存等4种基本方式。水力圈闭是CO2向上运动到达致密隔层受到遮挡后,在地质体中聚集,形成CO2气相埋存;残余气圈闭是由于驱替和吸吮相渗滞后现象存在,部分CO2以残余气形式被圈闭;溶解埋存是CO2溶解在水中,与水中的钙、镁、铁等离子发生反应生成碳酸盐矿物,实现CO2圈闭;矿物埋存是CO2与储层岩石发生缓慢的化学反应,形成碳酸盐矿物或HCO3-实现CO2封存。各种埋存方式随埋存时间不同,发挥的作用不一样,埋存安全性级别各不相同。埋存潜力只由残余气圈闭和溶解圈闭两部分构成。在此基础上,提出了埋存潜力计算公式及参数确定方法。埋存机理及潜力计算方法的提出为盐水层目标区CO2地质埋存评价提供了方法基础。     

Potential assessment of CO2 geological storage based on injection scenario simulation: A case study in eastern Junggar Basin

Carbon Capture and Storage (CCS) is one of the effective means to deal with global warming, and saline aquifer storage is considered to be the most promising storage method. Junggar Basin, located in the northern part of Xinjiang and with a large distribution area of saline aquifer, is an effective carbon storage site. Based on well logging data and 2D seismic data, a 3D heterogeneous geological model of the Cretaceous Donggou Formation reservoir near D7 well was constructed, and dynamic simulations under two scenarios of single-well injection and multi-well injection were carried out to explore the storage potential and CO₂ storage mechanism of deep saline aquifer with real geological conditions in this study. The results show that within 100 km² of the saline aquifer of Donggou Formation in the vicinity of D7 well, the theoretical static CO₂ storage is 71.967 × 10⁶ tons (P50)^①, and the maximum dynamic CO₂ storage is 145.295 × 10⁶ tons (Case2). The heterogeneity of saline aquifer has a great influence on the spatial distribution of CO₂ in the reservoir. The multi-well injection scenario is conducive to the efficient utilization of reservoir space and safer for storage. Based on the results from theoretical static calculation and the dynamic simulation, the effective coefficient of CO₂ storage in deep saline aquifer in the eastern part of Xinjiang is recommended to be 4.9%. This study can be applied to the engineering practice of CO₂ sequestration in the deep saline aquifer in Xinjiang.     

深圳市东湖矿泉水形成机理探讨

深圳市东湖矿泉水是自然界十分稀少的锶—锌—偏硅酸碳酸复合型矿泉水，通过对矿泉水赋存地的地质与水文地质条件的分析，并结合其水文地球化学特征，认为东湖矿泉水形成的主要控制性因素是构造作用和变质作用；在特定的水文地质条件下，深部碳酸盐类岩石受热硅化变质而产生大量CO2气体，使得各种化学元素在含有大量CO2的地下水的溶滤作用下不断迁移和富集而形成该区地下水中良好的元素组合。在其特征成分中，偏硅酸来自裂隙渗透水的溶滤和岩浆期后热液水的作用，微量元素锶主要来源于钾长石、钙长石，锌则主要来自岩浆活动以及岩脉中的黑云母、角闪石、辉石等铁镁硅酸盐矿物；并认为目前矿泉水含水层仍处于良好的地质环境保护下。     

The Development of Stylolites in Carbonate Formation: Implication for CO2 Sequestration

The impact of CO2 sequestration on the host formation is an issue occurring over geologic time. Laboratory tests can provide important results to investigate this matter but have limitations due to a relatively short timeline. Based on literature review and core sample observation, naturally occurred geological phenomena, stylolites are studied in this paper for understanding CO2 sequestration in deep carbonate formations. Stylolites are distinctive and pervasive structures in carbonates that are related to water-assisted pressure solution. Pressure solution involving stylolitization is thought to be the main mechanism of compaction and cementation for many carbonates. In parallel, CO2 sequestration in carbonate formation involves extensive chemical reactions among water, CO2 and rock matrix, favoring chemical compaction as a consequence. An analogue between stylolites and CO2 sequestration induced formation heterogeneity exists in the sense of chemical compaction, as both pressure solution in stylolites and CO2 enriched solution in CO2 sequestration in carbonate formations may all introduce abnormal porous regions. The shear and/or tension fractures associated with stylolites zones may develop vertically or sub-vertically; all these give us alert for long-term safety of CO2 sequestration. Thus a study of stylolites will help to understand the CO2 sequestration in deep carbonate formation in the long run.     

松辽盆地咸含水层埋存CO2储存容量初步估算

沉积盆地深部存在体积巨大的咸含水层,是很好的埋存CO2的地质储体。可靠合理的估计CO2储存容量是选择场址的重要前提。目前国际上较为通用的评价CO2储存容量是金字塔评价方法。松辽盆地咸含水层岩性以白垩系的嫩江组砂岩和青山口组砂岩为主,空隙发育较好,盖层连续完整且封闭良好,决定了其可以作为储存CO2的地质储体。以松辽盆地为实例,估算了咸含水层CO2理论储存容量大约为6916Gt。     

Spatial characterization of the location of potentially leaky wells penetrating a deep saline aquifer in a mature sedimentary basin

This work was motivated by considerations of potential leakage pathways for CO₂ injected into deep geological formations for the purpose of carbon sequestration. Because existing wells represent a potentially important leakage pathway, a spatial analysis of wells that penetrate a deep aquifer in the Alberta Basin was performed and various statistical measures to quantify the spatial distribution of these wells were presented. The data indicate spatial clustering of wells, due to oil and gas production activities. The data also indicate that the number of wells that could be impacted by CO₂ injection, as defined by the spread of an injected CO₂ plume, varies from several hundred in high well-density areas to about 20 in low-density areas. These results may be applied to other mature continental sedimentary basins in North America and elsewhere, where detailed information on well location and status may not be available.