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。     

新疆准东地区场地尺度二氧化碳地质封存联合深部咸水开采潜力评估

二氧化碳地质封存联合深部咸水开采技术（CO2-EWR）被认为是有效的碳减排途径之一。在新疆准东地区率先开展CO2-EWR技术,可在实现CO2减排的同时获得咸水,在一定程度上缓解当地的水资源短缺问题,取得环境经济双重效益。以往研究大多以概化模型为主,缺乏工程实践依托,根据准噶尔盆地东部CO2源汇匹配适宜性评价结果,基于我国首个CO2-EWR野外先导性工程试验场地资料,构建拟选CO2-EWR场地西山窑组三维（3D）非均质模型开展了场地尺度CO2-EWR技术潜力研究。研究表明,拟选场地CO2理论封存量为1.72×106（P50）t,动态封存量为2.14×106 t。采用CO2-EWR技术可实现CO2动态封存量11.18×106 t,较单独CO2地质封存提升5.22倍,同时可增采咸水资源10.17×106 t,CO2采水比率为1∶0.91。同时,该技术可有效缓解因CO2大量注入引起的储层压力累积,提高CO2封存效率,增加咸水开采潜力。本研究可为新疆准东地区实施规模化CO2地质封存联合深部咸水开采工程提供理论依据和技术支撑。     

地下咸水层封存CO_2的关键技术研究

CO2 地质储存是减缓温室气体排放的重要手段之一,根据对全球范围内不同形式 CO2 地质埋存能力的计算,地下咸水层以分布广泛,埋存潜力大而成为最有效的地质埋存方式之一.在总结国内外 CO2 地质埋存工程现状的基础上,介绍了利用地下咸水层埋存 CO2 的原理、地下咸水层的关键参数、埋存能力计算、场地调查、数值模拟和监测技术等.并提出了相关建议.     

松辽盆地中央坳陷区深部咸水层二氧化碳储存潜力评价及其不确定性分析

地质储存是减少CO2等温室气体向大气中人为排放的有效措施,深部咸水层是优先考虑的地下储存空间之一,准确评价CO2在深部成水层中的储存潜力是进行CO2地质储存研究的重要基础.本次研究以松辽盆地中央坳陷区深部咸水层为例,评价其储存CO2的潜力,并考虑储层物性参数的随机性,进行储存潜力的不确定分析.研究结果表明,中央坳陷区深部咸水层CO2地质储存理论潜力为5.34×10<'11>t,若考虑孔隙度不确定性,则储存潜力的随机分布区间为4.14×10<'11>-5.72×10<'11>t,且大于理论储存潜力值的概率约为58.3%,说明孔隙度的不确定性对储存潜力评价结果影响较大,在实际工程中应重点考虑这一问题.     

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。     

水文地球化学方法在研究矿区水文地质条件中的应用

应用水文地球化学方法,研究了肥城西部矿区不同含水层的水化学特征,分析了它们相互间水力联系方式与联系程度,推断了奥灰水越流补给煤系灰岩水的补给地段,大致估计了其补给量,为防治水方案的制定提供了依据。     

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.     

VG模型参数选择对咸水层CO_2封存的影响研究

在使用TOUGH2程序模拟咸水层CO2封存时,常使用VG模型计算岩石表面毛细压力,而岩石表面毛细压力的大小则会直接影响CO2在咸水层中运移形式和储存量。总结了不同类型常见砂泥岩的VG模型参数取值范围,基于松辽盆地典型储盖地质结构特征,运用TOUGH2构建了二维CO2封存模型,设计3组算例对比分析了VG参数取值对咸水层CO2封存的影响。研究结果表明:VG模型参数值大小取决于岩石的性质,TOUGH2使用的VG模型缺省值仅适用于小部分岩石;盖层的3个VG模型参数取值对咸水层CO2封存效果影响很大,单纯微调部分VG参数仍不能提高模拟可信度,而对于高、中渗透率储层,VG模型参数取值对模拟结果影响较小。因此,咸水层CO2封存模拟时,应结合储盖层岩性特征赋VG模型参数值。     

滞后现象对CO_2深部咸水层地质封存的影响

在CO2封存到深部咸水层的过程中,由于多相流体性质的不同,相对渗透率和毛细压力不仅和当前区域流体的饱和度有关,还和流体经历的过程及历史饱和度有关,在相对渗透率和毛细压力特征曲线中表现出滞后现象。作为重要的参数,大多数通用数值模拟软件并未考虑相对渗透率和毛细压力滞后的现象,然而实际中滞后现象对CO2在咸水层中运移变化具有重要的影响,特别是在停止注入后的吸湿过程中。设计两种方案分别对应无滞后效应和滞后效应,采用数值模拟的方法,利用TOUGH+CO2进行模拟。结果表明,相对渗透率和毛细压力计算函数的选择对模拟结果具有重要的影响。在盖层封闭性能较好的情况下,两种方案CO2封存总量相同,但封存CO2存在相态比例不同。由于方案中考虑的流体驱替过程不同以及模型区域残余气相饱和度的不同,相应的相对渗透率和毛细压力特征变化曲线不同,表现出CO2气相饱和度分布的差异,考虑滞后效应的方案描述了相对渗透率与毛细压力随气液两相相互驱替过程的变化,因此在咸水层封存CO2的数值模拟中,应该引入相对渗透率和毛细压力滞后现象相关的计算,使得描述CO2在地层中的运移变化过程更准确。     

维苏威火山地下水的地球化学监测

本文介绍了1998年5月-2001年12月期间对维苏威火山水文地球化学研究的结果，多数问题的焦点集中在这个时间观测的累积时间变化。根据化学性质，把地下水样分成2组（1组和2组），分别说明了火山区南部和北部的水循环特征。与2组相比，1组的水样酸性和温度以及碱性都高于2组。水样中还有较高的CO2和CH4含量，这主要是深部向上部挥发的物质含量过高，加之延长了水-岩石的作用时间所致。时间序列说明整个含水层化学成分相当稳定。本项研究期间，地下水温度、pH值、重碳酸盐和溶解的CO2非常稳定．特别是深井（压力计水位高于100米）。较浅的水体表现出了很明显的季节性和人为原因造成的瞬时变化。本文还描述了1999年10月地震事件引起的水化学性质的重要变化，特别是位于火山北侧的Olivella泉。在这个位置，观测出水的pH和氧化还原势降低得很多，而溶解性CO2和3^He/4^He比值却表现出增加的趋势。这些化学性质和同位索成分的变化证明了地震期间，岩浆诱发的氦和二氧化碳进入含水层（该含水层补给Olivella泉）的假设。     

渭河沉积物浸出的水文地球化学效应研究

基于渭河咸阳段（中游）和渭南段（下游）沉积物在水更新条件下的浸出实验及水文地球化学模拟,分析了浸出液中3个特征值和8个水化学组分的变化规律及5种矿物质饱和指数的变化特征.结果表明：浸出液中电导率、Eh值和pH值均随着换水量的增加呈现出波动式上升的变化趋势,电导率增加趋势中咸阳段高于渭南段,Eh值增加趋势中渭南段高于咸阳段,说明渭河下游沉积物的颗粒更细,物质还原性更强,浸出液由弱酸性逐步向弱碱性转变;浸出液的HCO₃^-、Cl^-、SO₄^2-含量均表现出随着换水量的增加呈现出先迅速增加,而后逐步减少直至趋于稳定的变化过程,且咸阳段的变化幅度明显高于渭南段,而CO₃^2-含量则呈现不断减少的趋势;Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺含量均表现出随着换水量的增加呈现出先迅速增加,而后趋于稳定的变化过程,且咸阳段的起始含量和增加幅度均高于渭南段;浸出液中无水石膏、石膏的饱和指数随换水量的增加呈现相同的变化规律,且饱和指数都小于0,咸阳段饱和指数在换水量小于22.5%时溶解能力强,换水量大于22.5%后趋于饱和并开始沉淀的特征,渭南段换水量为12.5%时饱和指数最小,换水量大于或小于12.5%后饱和指数均呈缓慢增加的趋势;方解石、白云石的饱和指数随换水量的增加也呈现相同的变化规律,且饱和指数都大于0,咸阳段在换水量小于12.5%时溶解能力较强,换水量大于12.5%后处于饱和状态并开始沉淀,渭南段在换水量小于5%时溶解能力较强,换水量大于5%后处于饱和状态并开始沉淀;NaCl饱和指数在换水量小于10%时溶解能力较强,换水量大于15%后开始沉淀.咸阳段沉积物中五种矿物质的饱和指数均要大于渭南段,说明渭河中游咸阳段沉积物在水不断更新条件下矿物质溶解能力低于下游渭南段,且沉淀能力较强、沉淀量较大.     

不同温压条件下泥质粉砂岩二氧化碳突破压的试验研究

CO2突破压是CO2地质封存盖层密封性和安全性评价的关键指标之一,盖层CO2突破压试验技术也是评价盖层密封性的关键技术之一。国内外学者已经对不同盖层岩样的CO2突破压开展了较为系统的试验研究,但还未对不同温度和压力条件下的CO2突破压变化规律进行研究。在调研现有CO2突破压试验方法和设备的基础上,研制了集成分步法、连续法、脉冲法和驱替法等多种突破压测量方法的CO2突破压试验装置,具有广泛的适用范围。采用该试验装置对四川盆地内须家河组泥质粉砂岩薄弱盖层开展了突破压试验研究,研究40～70 ℃和10～30 MPa温压范围内超临界CO2突破压的变化规律。试验拟合结果显示：在所研究的温压范围内,CO2突破压随CO2压力升高而降低;随CO2温度上升而上升。试验结果与基于表面张力的理论结果趋势吻合较好,但存在一定的差异;两者之间的差异可能是受CO2-水接触角变化、砂岩孔隙结构非均质性以及试验方法的影响。     

油气层开采、二氧化碳封存和其他地质封存引起的气-水-岩相互作用

1全球变暖,可持续发展和地质封存 一千年伊始,行星地球颗面临着一个悬而未决的问题即：在不远的将来,人类活动和自然环境作用之间的强烈冲突会造成什么样的后果？人们对来自对环境造成的人为威胁的预警意识越来越增强,特别是在预见未来发达国家实施的成熟的废弃物标准方案时。起源于工业革命的现代经济体制是以煤、石油等提供的大量的相对廉价的能源为基础的。     

利用水文地球化学组分求异模型法对乾安地区地氟病规律的研究

氟的水文地球化学组合关联异常是确定地氟病的重要因素。通过对乾安地区实测数据进行水文地球化学组分的组合求异分析,建立乾安区域水文地球化学组合异常模型,并依实算结果,获取3个主因子。根据3个主因子分析结果,对照研究区的地下水化学类型图和地氟病病区分布图可知:SO24-、Cl-、NO3-、Ca2+、Mg2+组分与F-具有较强的负相关性,该种类型水不易产生地氟病高发病率;HCO3-、Na+与F-有较强的正相关性,易产生地氟病高发病率;K+与F-呈较强的负相关,造成该统计结果的原因可能与该地区K+本底较低、同时F-有较强的富集有关。     

南北地震带南段水文地球化学特征及其与地震的关系

本文概述了南北地震带南段的水文地质条件和水文地球化学特征,并编绘了B、F、Li、Sr等微量元素的异常图,分析了水文地球化学与地震的关系。认为(1)构造对地震、地下热水和微量元素的高值区均具有控制作用,它们在空间分布上具有较明显的一致性;(2)高中温热水区(尤其是高中温热泉密集带),常常是地震活动的强烈区,但强震区不一定有高中温热泉密集;(3)在地震孕育过程中,温泉和热水井中的水温、流量和水化学成分均可发生变化。温泉热水中的水化学成分,特别是微量元素变化是地震预报的前兆信息之一。      

泰国西部岩溶地貌和水文地球化学特征及其与中国西南岩溶的对比

泰国岩溶面积约占中南半岛岩溶面积的1/4,横跨近11个纬度。泰国岩溶作用强烈,地貌奇特,类型多样,既有典型的高原坡立谷岩溶,也有典型的峰丛洼地谷地和滨海峰林岩溶地貌,因而在全球岩溶对比研究中具有重要地位。本文在初步查明泰国岩溶分布、典型岩溶区的水文地球化学特征的基础上,分析了泰国岩溶发育的主要特点和动力条件,并与中国西南岩溶作了对比,旨在推动中国与中南半岛岩溶的对比以及全球现代岩溶的对比研究。     

内蒙古河套平原高碘地下水的水文地球化学特征

以内蒙古河套平原西北部的高砷地下水分布区为研究区,通过对区内22组地下水和2组地表水中碘含量的测试和分析可知,研究区地下水中碘含量在27.30～1 638.00μg/L,其中,约50%的地下水样品中碘含量超过我国饮用水的标准限定值150μg/L,约84.6%的高碘地下水为高砷地下水。高碘地下水主要分布于研究区北部地下水水流相对滞缓的平原中心地带,以Cl-Na、Cl·HCO₃-Na和HCO₃·Cl-Na型水为主。研究区地下水中碘的富集有两种机制:浅层地下水的蒸发作用和深部富含有机质的、偏还原的地下水环境中的微生物作用。两种机制相比,后者对地下水中碘的贡献更大些,但前者更普遍些。     

湖南宏厦桥花岗岩的水文地球化学特征和成因过程

以湖南宏厦桥花岗岩体作为研究区,对地下水化学分析资料进行了研究,发现区内地下水系超淡、极软的、弱-中性的重碳酸型水,其化学组成以ca2+、Mg2+、K+、Na+、HCO3-为主.与株洲地区的地下水相比,可溶性SiO2、K+、Na+和游离CO2明显偏高,而且,在水中Mg2+、K+、Na+、HCO3-所占比重更大,meq%平均比值分别是株洲地区地下水的2.23、1.27、1.16倍,表现出典型的花岗岩地区地下水相应的化学组成.研究还发现,区内地下水化学的分布具有较强的水平分带性.研究认为:区内地下水化学的形成和迁移受岩性、大气降水及影响水交替强度的地形、地貌、地表水系、断裂构造的控制,同时受其他气候要素及植被、人类活动等生物作用的影响;区内地下水化学成分的形成以硅酸盐矿物的分解和水解等化学风化作用为主,风化过程中CO2的积极参与起作关键性的促进作用.同时水中CO2的减少和阴离子以HCO3-离子占绝对优势地位,进一步说明花岗岩的化学风化过程是一个净碳汇的过程.     

通榆县氟中毒病区水文地球化学特征与氟中毒的关系

根据地下水水文地球化学形成作用可分为径流通畅的水化学迁移带和径流缓慢的水化学元素富集带。该两条控制着地下水水化学元素的迁移与富集、地下水的矿化过程与程度和氟中毒的轻重程度。