二氧化碳地质封存系统泄漏风险研究进展

CO₂地质封存技术是缓解温室效应的重要手段,而对于地质封存系统泄漏风险的评价是确保CO₂安全高效封存的前提。针对CO₂泄漏风险,系统论述了CO₂地质封存系统中井筒和盖层因素对CO₂泄漏风险的影响机理,包括固井质量、CO₂腐蚀及井筒组合体受交变应力损坏等,以及盖地比、盖层厚度、岩性等对盖层低速渗漏和高速泄漏的影响。最后,论述了基于上述影响因素综合作用下的井筒泄漏风险评价方法、盖层泄漏风险评价方法和CO₂封存系统泄漏风险综合评价方法,并指出了不同评价方法的优缺点。该研究可为CO₂地质封存工程中的选址、选层和泄漏风险评估提供理论支持。     

高含水油藏CO2驱油与地质封存机理研究现状及待解决的关键问题

为实现中国碳达峰、碳中和的长远目标,将化石能源燃烧生成的CO2捕集后注入到高含水油藏,不仅可提高原油采收率,而且能在油层中实现CO2地质封存,有利于实现油气增产和降低碳排放的双重目标。针对高含水油藏的特点,从CO2驱油和地质封存机理、赋存方式、埋存量计算方法以及CO2运移、泄漏风险预测与评价等方面进行了全面回顾。基于高含水油藏CO2驱油与地质封存的中外研究现状,结合与之密切相关的科学领域及其矿场面临的难题,提出了CO2与储层岩石和流体反应、驱油机理和封存方式、赋存量、封存效率、泄漏与风险防控等亟需深入研究的10个关键问题,为CO2驱油与地质封存研究方向及产业化技术储备提供参考。CO2驱油与地质封存问题的解决,对服务于“碳减排”和“碳增汇”,实现中国的碳达峰、碳中和战略目标具有重要意义。     

珠江口盆地CO2地质封存适宜性GCA评价

珠江三角洲地区CO₂大量集中排放,利用毗邻的珠江口盆地进行CO₂地质封存是破解区域经济发展与降碳需求矛盾的重要途径。本文以珠江口盆地7个二级构造单元,即北部隆起、珠一坳陷、珠三坳陷、中央隆起、珠二坳陷、南部隆起、潮汕坳陷为研究对象,基于构造、沉积、储盖组合、地温、热流等条件,采用灰色关联分析法对7个评价单元的CO₂封存适宜性进行综合评价,同时结合层次分析法计算评价因子权重。研究建立了3个准则层、8个指标的评价指标体系,该指标体系的建立对珠江口盆地筛选CO₂封存有利靶区具有借鉴意义;珠一坳陷关联度最大,具有较好的封存适宜性,是开展CO₂地质封存的首选区域。本文研究成果为珠江三角洲地区开展CO₂地质封存指明了方向。     

咸水层CO2地质封存测井资料评价研究进展

利用深部咸水层进行CO₂封存是缓解全球气候变暖的有效手段之一,作为获取地层信息最直接的手段,测井资料的应用对深部咸水层的评价至关重要。通过对咸水层评价的文献进行调研,得出咸水层矿化度、电阻率、纵波速度、孔隙度、渗透率以及渗透率各向异性是影响咸水层CO₂溶解机制、储存容量和储存时限的重要因素。其中,咸水层矿化度对咸水层的CO₂溶解机制和储存容量有直接的影响。在调研总结的基础上,重点讨论了咸水层矿化度测井评价方法,针对CO₂地质封存,对比了各种矿化度测井评价方法的优缺点,利用测井方法评价咸水层矿化度可为CO₂在咸水层中的地质封存提供重要的理论指导。     

咸水层CO2地质封存泄漏监测的示踪剂优选

碳捕集与封存(CCS)是大规模减少温室气体排放最经济、可行的方法。在CO₂地质封存过程中,由于地质原因造成的封存泄漏会对人体健康、生态环境带来巨大的危害和影响,因此亟需寻求一种对CO₂封存的安全性进行持续监测的方法。本文针对我国第一个咸水层CO₂封存全流程CCS项目—神华10×10⁴t/a CCS,基于鄂尔多斯盆地CO₂封存的地质条件,通过对各示踪剂的稳定性、安全性和经济可行性的比较分析,建立了一种用于监测咸水层CO₂地质封存泄漏的气体示踪剂优选标准,优选出化学性质稳定、环境背景值低的六氟化硫(SF6)作为鄂尔多斯盆地CO₂地质封存的气体示踪剂,并考察了SF₆-CO₂体系在咸水层和空气中的吸附扩散行为。结果表明,SF₆具有咸水层吸附量少,示踪配伍性好的特点,可作为神华CCS项目的CO₂封存泄漏监测的一种气体示踪剂。     

咸水层CO2地质封存典型案例分析及对比

咸水层封存是CO2地质封存方式中潜力最大的。目前全球比较成功的典型咸水层CO2地质封存示范工程有挪威的Sleipner和Sn?hvit、阿尔及利亚的In Salah、中国鄂尔多斯盆地神华,这些工程提供了长期CCS的经验,对于未来CO2地质封存项目实施具有借鉴意义。从构造、储层、盖层等地质特征出发,结合各示范工程的注入方案和监测方案将各案例进行了剖析,提取了地质及工程参数,分析了各地质特征对CO2地质封存的影响,明确了背斜、断块、裂缝等不同构造特征CO2地质封存的可行性,对比了咸水层CO2地质封存注入方案和监测方案。Sleipner CO2地质封存项目成功的原因在于构造简单、面积大、储层物性好,盖层厚度大且稳定;Sn?hvit发育的断层和In Salah的裂缝也验证了不同构造特征CO2地质封存的可能性,CO2羽流分布受地质特征的控制。咸水层CO2地质封存注入井相对比较少,但是注入量比较大,多以水平井为主。高质量的监测数据可有效降低潜在泄漏风险,多种监测组合有助于CO2长期安全地质封存。     

人工裂缝参数对CO2-ESGR中CO2封存和CH4开采的影响

目的 页岩储层中的裂缝系统对CH₄产量和CO₂封存量有着重要的影响,不同的储层地质特征有其对应的最优压裂方案。对鄂尔多斯盆地延长组页岩储层人工裂缝参数对CO₂封存和CH₄开采的影响进行分析。方法 基于鄂尔多斯盆地延长组页岩储层地质条件建立了页岩基质-裂缝双孔双渗均质模型,分析CO₂增强页岩气开采技术(CO₂-ESGR)中人工裂缝半长、裂缝宽度、裂缝高度、裂缝间距和裂缝数量对CO₂封存量和CH₄产量的影响。结果 CO₂封存量和CH₄产量与裂缝半长、裂缝宽度和裂缝高度呈正相关,其中裂缝宽度的影响最大,从5 mm增加到25 mm时,最多可使CO₂封存量和CH₄产量分别增加112.69%和87.11%。裂缝间距和裂缝数量增加可提高CO₂封存量和CH₄产量,但水平井长度相同时裂缝数量增加对CO...     

CO2地质利用与封存中碳迁移及其相态分布规律

CO₂地质利用与封存技术是“双碳”战略下重要的碳减排手段,前人的研究多集中于地质利用方面,而对地层的碳封存潜力尤其是CO₂矿化潜力的定量评价存在不足。为此,通过程序开发手段,将闪蒸计算加入开源的反应溶质运移模拟软件中,利用改进后的软件建立了松辽盆地大情字井油田H59区块的三维地质模型,通过历史拟合注采过程校正模型地层参数,最后采用校正后模型量化表征了不同注入阶段及注采结束后CO₂迁移与相态转化的时空演化过程。研究结果表明：(1)在油藏CO₂混相驱条件下,CO₂在注入井端的小范围内呈现气相,在接触到油相前缘后,CO₂受浮力影响减弱,在垂向上逐渐趋于均匀分布,并向开采井端均匀推进;(2)气水同注阶段与注气阶段均有超过70%注入的CO₂溶解于油相,但气水同注阶段溶解于水相的CO₂含量明显增加;(3)注采结束后的相态演化特征表现为溶解水相CO₂逐渐转变为矿物相,而溶解油相CO₂...     

超临界CO2输送管道泄漏监测系统研究

为了减少超临界CO₂输送管道泄漏产生的危害,有必要研究监测泄漏的方法。超临界CO₂管道输送是碳捕集、利用和封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)全产业链中的关键环节,由于CO₂具有较高焦耳—汤姆逊系数,泄漏中温度大幅下降会使管道韧性下降,极可能造成管道脆性断裂扩展,导致管道断裂和介质泄漏扩散。对超临界CO₂输送管道泄漏特性进行分析,提出了管道泄漏监测和站内泄漏监测的方法、相关仪表选型、报警点的设置及处理方案。研究成果可为超临界CO₂输送管道泄漏监测系统设计提供参考。     

地质封存过程中CO2泄漏途径及风险分析

CO₂捕集和地质封存可望成为减少温室气体排放的重要且有效的方法,但其安全性一直受到广泛关注。在研究各种CO₂地质封存体及其圈闭机理的基础上,根据不同封存体中潜在的泄漏途径及主控因素,结合实例对可能的CO₂泄漏进行了描述和相应的风险分析。研究结果表明,枯竭油气藏的地质封闭性已得到证实,井的失效将是CO₂泄漏的主要途径。通过与提高油气采收率技术相结合,在油气藏中封存CO₂具有一定的经济性,但由于油气田分布不广,封存潜力有限,仅适合于中短期的CO₂处置。深部盐水层分布较广,可选择的圈闭和封存机理较多,泄漏途径和未知因素也较多,泄漏风险较高,但封存潜力巨大,是最具前景的CO₂封存体。煤层通过吸附可达到封存CO₂的目的,但其圈闭机理单一,对煤层压力的依附性较大,且影响未来煤资源的利用,其安全性和经济性相对较差。海底水合物封存方案具有热力学可行性,但海底水合物层埋深浅,地质圈闭性差,CO₂泄漏风险较高,其封存和泄漏机理以及CO₂注入方法有待进一步研究和关注。     

CO2-水-岩相互作用对CO2地质封存体物性影响研究进展及展望

CO₂-水-岩相互作用是CO₂地质封存的核心问题,CO₂的注入打破了岩石-地层水化学平衡,引发的地层水化学性质改变、原生矿物溶蚀和次生矿物沉淀,会导致储层和盖层岩石孔隙度、润湿性、力学性质等物性变化并进而影响CO₂的注入能力、封存效率以及封存安全性与稳定性。从CO₂-水-岩相互作用机制出发,系统阐述了CO₂-水-岩相互作用对地层岩石孔隙度、渗透率、润湿性、力学性质的影响研究进展。研究表明,CO₂-水-岩相互作用导致岩石孔隙度和渗透率的变化与其初始孔渗特征和矿物组成密切相关,岩石孔渗特征的改变直接影响储层的注入能力与封存潜力和盖层的封闭能力。润湿性的变化与初始亲水亲油特征有关,CO₂-水-岩相互作用通常会减弱亲水岩石而增强亲油岩石的水润湿性,进而影响多相流体在岩石孔隙中的微观分布与渗流特征。由于胶结物溶蚀以及溶蚀孔的形成,CO₂-水-岩相互作用会引起岩石损伤,抗压强度、抗拉强度、弹性模量等力学参数减小,一定程度上影响封存安全性。碳中和背景下,微纳米尺度孔隙、深地微生物介导、非纯CO₂或工业尾气注入、封存全周期等情景下的CO₂-水-岩相互作用及岩石物性响应仍有待深入研究。     

CO2驱油与埋存技术新进展

碳达峰和碳中和发展战略以及社会经济发展对石油等能源需求量的持续增长,为CO₂驱油与埋存技术带来了巨大的发展机遇,也提出了前所未有的挑战。从目前中外CO₂驱油与埋存研究现状入手,通过CO₂驱油与埋存机理和影响因素分析,提出了CO₂驱油与埋存存在的问题和发展方向。结合实践将CO₂驱油与埋存研究内容总结为目标优选、相关机理实验研究、方法技术攻关、经济性评价、安全性评价和现场实践等6方面。CO₂驱油与埋存存在的问题主要包括：CO₂驱油与埋存应用的油藏类型还非常有限,CO₂气田分布特征及其与CO₂驱油与埋存目标油藏之间的时空匹配关系研究还未引起足够重视,CO₂驱油与埋存机理等研究还存在诸多问题,CO₂驱油与埋存方案设计有待优化,CO₂驱油与埋存经济有效性评价体系尚未建立,CO₂埋存安全性跟踪评价还存在一系列问题。对...     

CO2驱油与埋存研究进展

详细介绍了CO2驱油与埋存研究的现状。目前CO2驱油在国外已取得较好的经济效益,在国内正在进行矿场先导试验。而CO2埋存在国内外均处于探索阶段。CO2驱油与埋存研究中存在的问题主要包括提高采收率方面的扩大波及体积等关键问题、CO2埋存介质和方法的选择、CO2驱油对地层的伤害、CO2驱油与埋存的气源问题、CO2驱油与埋存产业协调和整体规划5大方面。指出了该项研究的发展趋势。     

二氧化碳在CH4-CO2二元体系中的冰点预测

采用深冷工艺回收天然气中的乙烷时,脱甲烷塔塔顶及冷箱处的温度较低,容易发生CO_2冻堵。研究固体CO_2在CH_4-CO_2二元体系中的形成规律,有助于优化深冷分离工艺,避免CO_2冻堵,同时降低冷能消耗。修正了纯组分CO_2的饱和蒸气压的通用关联式,以预测二元气相体系中固体CO_2的形成温度,并与陈赓良-朱利凯模型关联式计算、HYSYS软件计算及Aspen Plus软件计算的CO_2固体形成温度进行了比较。结果表明,修正后的计算模型准确度较高,与Agrawal的实验数据的平均偏差在2℃以内。同时,根据Kurata实验数据拟合出CH_4-CO_2二元液相体系中CO_2固体形成温度关联式,并与文献经验公式、HYSYS软件计算及Aspen Plus软件计算的CO_2固体形成温度进行了比较。结果表明,该计算模型与实验数据吻合度非常高,与Kurata的实验数据的平均偏差在1℃以内,且具有广泛的通用性。     

Optimal activated carbon for separation of CO2 from (H2 + CO2) gas mixture

Seven types of activated carbon were used to investigate the effect of their structure on separation of CO₂ from (H₂ + CO₂) gas mixture by the adsorption method at ambient temperature and higher pressures. The results showed that the limiting factors for separation of CO₂ from 53.6 mol% H₂ + 46.4 mol% CO₂ mixture and from 85.1 mol% H₂ + 14.9 mol% CO₂ mixture were different at 20 C and about 2 MPa. The best separation result could be achieved when the pore diameter of the activated carbon ranged from 0.77 to 1.20 nm, and the median particle size was about 2.07 lm for 53.6 mol% H₂ ? 46.4 mol% CO₂ mixture and 1.41 lm for 85.1 mol% H₂ + 14.9 mol% CO₂ mixture. The effect of specific area and pore diameter of activated carbon on separation CO₂ from 53.6 mol% H₂ ? 46.4 mol% CO₂ mixture was more significant than that from 85.1 mol% H₂ ? 14.9 mol% CO₂ mixture. CO₂ in the gas phase can be decreased from 46.4 mol% to 2.3 mol%–4.3 mol% with a two-stage separation process.     

A simulation approach in economic assessment and risk analysis of the CO2 miscible flooding process

Due to high cost and technical uncertainty of recovery processes, predictive models developed for CO₂ miscible flooding processes should be used to evaluate the production performance of projects. This study presents the reservoir simulation study and probabilistic cash flow analysis of CO₂ miscible flooding projects in West Virginia. An extended black oil reservoir simulator was used in this study. Historical data and information from a CO₂ injection pilot in Granny's Creek Field of Clay County in West Virginia were used. A history match was done, and then alterative matched cases were run, such as pure CO₂ injection and water-alternate-gas (WAG) injection. A PC-based probabilistic cash flow analysis (PCFA) model was developed to analze the economic evaluation of the CO₂ miscible flooding project on a popular spreadsheet.Statistical analysis of the results shows: (1) the WAG case is more profitable than the pure CO₂ injection case; (2) the pure CO₂ injection case and the WAG case are more economical than the base case. Therefore, given current oil prices, the CO₂ processes have a higher potential to succeed in tec technical aspects but not in economical aspects. This study initiates the adaptation of the model to specific parameters of West Virginia oil fields. The newly formulated microcomputer PCFA model overcomes some of the problems commonly found in the conventional Monte Carlo simulation. Thus, the simulation approach in economic assessment and risk analysis can be readily adopted in future projects.     

盐水层CO2溶解埋存潜力确定方法

盐水层CO2埋存是一种较为普遍的缓解温室效应的对策之一,而溶解埋存是埋存过程中较为稳定的埋存方式,因此亟需建立一种准确计算溶解埋存潜力的方法。首先利用DUAN等提出的模型计算CO2在水中的溶解系数,进而求得理论溶解埋存量;然后建立有效埋存系数表征指标,并考虑溶解埋存的主控因素,基于数值模拟与回归分析的方法,建立溶解埋存有效埋存系数的预测模型。研究发现：当水平渗透率和地层倾角一定时,溶解埋存有效埋存系数随着初始压力的增大而增大;当初始压力一定时,溶解埋存有效埋存系数随着水平渗透率的增大而增大,随着地层倾角的增大而减小。预测模型预测结果与数值模拟计算结果吻合程度较高。利用孤东油田七区实际参数计算得到理论溶解埋存量为65.382 Mt,溶解埋存有效埋存系数为0.079,溶解埋存有效埋存量为5.178 Mt。