地质封存工程中CO2沿井筒渗漏影响因素分析

CO2地质封存作为现阶段温室气体减排的有效技术之一,在石油行业中具有许多优势,CO2沿井筒渗漏是地质封存过程中所面临的重要风险之一。为降低CO2渗漏对封存区域生态、环境和人员健康方面的不利影响,文章通过研究CO2地质封存背景和封存于地下的超临界CO2的性质,分析CO2沿井筒区域系统渗漏的潜在通道,并以此为基础开展CO2沿井筒区域系统渗漏主要影响因素的研究。     

CO2地质封存泄漏对浅层地下水影响的分析评价

CO2地质封存作为解决CO2排放问题的方法已经越来越受到重视。对于CO2长时间地质封存中可能出现的泄漏问题作为一个该方法的重要技术难题也逐渐被人们所关注,CO2地质封存中一旦出现泄漏问题可能会首先影响到浅层的地下水资源。本文通过总结封存中可能出现的泄漏途径及方式,结合国内外研究泄漏对地下水影响的野外试验和室内实验、数值模型等方法,提出了评价分析封存泄漏对地下水影响的框架和方法。介绍了目前评价的各种方法的缺陷,最后提出了评价中的场地评价、数值模拟、野外试验及室内实验未来的发展方向,三种方式的共同发展能够完善影响评价并且促进CCS工程未来的应用前景。     

中国 CO2地质封存及增强地热开采一体化的初步探讨

地热资源作为一种可再生清洁能源,具有较大的开发潜力。对CO2进行地质封存的同时,将CO2作为一种资源,增强地热开采是一种新技术。对2类不同地热资源开采(干热岩型、水热型)与CO2地质封存相结合的一体化技术进行讨论,并针对国内西北某典型咸水层CO2捕获与封存(CCS)示范项目特定地质条件,对比分析相同生产井/注入井条件下,CO2与水分别作为工质流体在井内流动的压力变化,以及二者在2类不同储层条件下各自的热提取率,并进行相应的碳封存量、安全性和经济性分析,发现采用CO2代替水作为工质流体开采地热资源具有显著的优势。数值模拟结果显示,在我国开展CO2地质封存与增强地热开采一体化技术具有较强的可行性。     

咸水层封存CO_2沿断层带泄漏的影响因素分析

为了揭示CO_2沿断层带泄漏过程的影响因素及其影响规律,建立两相流驱替模型描述CO_2的泄漏过程,并通过数值模拟和数值分析建立CO_2泄漏影响因素与泄漏特性之间的定量函数关系。以此为基础,提出初步的多因素综合评价方法,为评价CO_2泄漏风险提供了一种新的思路。研究表明:咸水层封存CO_2沿断层带的稳定泄漏速率与断层和注入井间距的倒数呈对数关系,与断层倾角呈对数关系,与断层宽度呈抛物线关系,与断层渗透率呈幂函数关系,与CO_2注入速率和注入深度均呈线性关系。通过综合分析发现,在各种影响因素中,断层破碎带宽度和断层渗透率的影响系数波动最大,说明该两项因素对CO_2泄漏的影响很大。另外,CO_2注入速率对泄漏速率的影响也比较明显,而断层与注入井间距和注入深度对泄漏速率的影响相对较小。     

二氧化碳地质封存工程安全研究现状及地脉动法监测可行性初步分析

概括了近年来国内外关于CO2地质封存的研究现状,对CO2封存监测技术进行了简要总结,关注了基于地震法的相关监测技术。利用数值计算的手段,对地脉动方法在CO2地质封存工程安全监测中应用的可行性进行了初步探讨。先从理论上分析了CO2注入引起岩石密度和波速变化范围,在此基础上研究了岩石密度、波速等因素改变对地表面波频散特性的影响。分析表明:①当CO2密度和体积模量与岩石孔隙中物质相差较大时,CO2驱替岩石中孔隙介质对波速的影响较大,反之则小;②CO2储层横波波速改变相对于纵波或密度改变对面波波速影响较大;③CO2储层的波速和密度等参数变化对面波的影响随频厚积变化而变化;④当CO2储层薄但埋深大时,面波频散特性对储层弹性参数改变不敏感。     

咸水含水层中CO_2地质封存井口压力的确定及应用

CO2地质封存是减少二氧化碳排放的有效途径之一,井口压力的大小直接关系到封存项目的有效性和安全性。本文总结了井口压力求取的常规方法和漂移流模型解析法,并在实际封存场地进行了比较应用分析,结果发现漂移流模型解析法对井中流体运动刻画的更为准确,所得的结果与实际值更接近,而且井径大小对井口压力有一定程度的影响,其结果可为实际CO2地质封存项目的实施提供技术支持。     

CO_2地下存储技术的进展研究综述

为应对全球CO_2排放量逐年增多这一严峻情况,CO_2地下存储技术也日渐受到科研人员的重视。对此,针对CO_2地质封存这一技术,主要介绍了CCS技术最新的研究进展,包括CO_2封存机制、泄漏问题、环境影响及其监测方案与最新防治办法,最后介绍了中美两国CO_2地下存储的最新情况以及未来的发展潜力,并对此提出各类亟待解决的问题及展望,从而为更好地发展CCS技术提供了理论指导与明确方向。     

富水地层基坑工程勘察报告对地质风险的分析评价

随着城市地下空间的开发与利用,深基坑工程日益增多,面临复杂地质环境,地质风险控制尤为重要。富水地层由于水文地质条件复杂,基坑工程因地下水控制引发的事故也日益增多。根据勘察揭示的沿线工程地质条件、水文地质条件及工程特点,在勘察报告中对地质条件可能造成的基坑工程风险做出分析评价,后续收集整理基坑施工过程中出现的部分风险实例,并结合地质条件进行原因分析,提炼勘察报告中对地质条件风险的分析评价要点,对提高勘察报告的实用性和指导性具有一定意义。     

土钉倾角对基坑工程的影响研究

结合工程实例,对土钉支护参数的设计计算进行了介绍,并计算了不同倾角情况下基坑最大水平位移、土钉最大拉力和工程中所需土钉的数量,分析了不同倾角对基坑稳定性及造价的影响,得出的一些结论对基坑土钉支护法的研究有一定的实际意义。     

CO2注入引起井筒周围岩石损伤的热孔弹耦合分析

以岩石的耦合–去耦合解析为主线,在三场耦合方程中导入损伤变量,建立岩石损伤过程中的热孔弹耦合模型。通过把均质弹性介质材料的热孔弹耦合模型的有限元解同去耦合解析解的对比,验证有限元数值解的精确性。然后,利用该耦合模型研究CO2注入后井筒周围的应力状态和损伤情况。最后,针对服从Weibull分布的非均质岩石材料,研究CO2注入后非均质岩石渗流性质的改变。结果表明,超临界CO2的注入会对岩石的强度和渗透性产生影响,较高的注入速率会引起岩石的受拉破坏并导致拉伸损伤范围的扩大。非均质材料更容易发生岩石的损伤和渗透性增加。     

二氧化碳地质封存工程防灾监测中瑞雷波敏感性初步分析

瑞雷波勘察技术常用于地震场地土评价,且长波微动观测可以获得深部地层的信息,但其在CO2地质封存工程防灾监测中应用的可行性探讨还未见深入研究报道。基于一典型CO2封存场地地层模型,通过数值模拟的方式,分析了瑞雷波波速对储层弹性参数改变的敏感性。模拟分析表明,CO2储层弹性参数变化对瑞雷波波速的影响随频厚积变化而变化;研究发现CO2储层横波波速改变相对于层厚、纵波或密度的改变对面波波速影响较大;研究还发现当CO2储层薄且埋深大时,面波频散特性对储层弹性参数改变不敏感。研究初步认为,当前常规的瑞雷波勘察技术用于深部CO2封存工程防灾监测具有一定的技术难度。     

单线铁路隧道地质顺层偏压衬砌结构试验研究

通过室内模型试验来研究不同岩层倾角下作用在衬砌结构上的荷载大小，对V级围岩偏压衬砌进行相似模型试验，并利用模型试验系统模拟隧道开挖，测试围岩压力与衬砌的应变，得出相关结论。     

河南铝土矿含矿岩系基本地质特征研究

河南省铝土矿床以沉积型铝土矿为主,是我国最主要的铝土矿产地之一,也是我国铝工业最重要的矿石原料来源地.河南铝土矿含矿岩系即上石炭统本溪组,为一套厚度不大的含铁富铝的黏土-铝土岩组合,主要分布于华北地层区的山西分区、豫西分区、华北平原分区内古隆起构造的周围,岩性组合自下而上由古风化壳、铁质黏土岩层、铝土矿层、硬质黏土矿层、黏土质页岩段等5个部分组成.资料表明,该含矿系地质时代属晚石炭世,形成于滨海湖坪与海湾、溻湖的沉积环境.     

Experimental investigation on behaviors of bolt-supported rock strata surrounding an entry in large dip coal seam

In order to investigate the behaviors and stability of rock strata surrounding an entry with bolt supporting in large dip coal seams (LDCSs) dipping from 25° to 45°, a self-developed rotatable experimental frame for similar material simulation test was used to build the model with the dip of 30°, based on analyses of geological and technological conditions in Huainan mine area, Anhui, China. The strata behaviors, such as extracting- and mining-induced stresses development, deformation and failure modes, were synthetically integrated during working face advancing. Results show that the development characteristics of mining-induced stress and deformation are asymmetrical in the roadway. The strata behaviors are totally different in different sections of the roadway. Because of asymmetrically geometrical structure influenced by increasing dip, strata dislocating, rock falling and breaking occur in roof. Then, squeezing, collapsing and caving of coal happen in upper- and lower-rib due to shearing action caused by asymmetrical roof bending and dislocating. Owing to the absence of supporting, floor heaving is very violent and usually the zone of floor heaving develops from the lower-rib to upper-rib. Engineering practices show that, due to the asymmetrical characteristics of rock pressure and roadway configuration, it is more difficult to implement bolt supporting system to control rock stability of roadways in LDCSs. The upper-rib and roof of entries are the key sections. Consequently, it is reliable to use asymmetrical bolt-mesh-cable supporting system to control rock stability of roadways based on the asymmetrical characteristics of roadway configuration and strata behaviors.     

二氧化碳地质封存钻探关键技术研究

为落实“碳达峰、碳中和”国家重大决策部署,使排放出来的碳重回地圈进行地质储存,开展二氧化碳地质封存是一种可以实现大规模温室气体减排的地质工程技术,而钻探是二氧化碳地质封存的必要技术手段。本文针对目前二氧化碳地质封存面临的主要问题,对二氧化碳地质封存钻井工程需要解决的施工工艺、钻完井技术、井筒完整性评估和二氧化碳地质封存泄露监测技术进行了初步的研究探讨。上述关键技术可为后期大规模开展二氧化碳地质封存钻井工程的施工提供一定的技术支撑和指导。     

Upslope plume migration and implications for geological CO2 sequestration in deep, saline aquifers

Recent investigations regarding CO₂ sequestration in deep saline aquifers have focused on characterization of the injected plume, its migration within the aquifer over time, and possible leakage out of the aquifer. To study these complex flow systems, simplified models are sometimes used to describe both plume evolution and the amount of leakage. Simplifications may include an assumption of perfectly horizontal geological formations, negligible capillary pressure, and symmetry of the injection plume. In this study, we explicitly test the limits of the assumption of a horizontal aquifer through numerical simulation of typical injection scenarios in continental sedimentary basins. Our approach is to simulate injection of CO₂ into a confined saline aquifer for an extended period (we have used 15 years) and examine the effect of different degrees of slope, as well as other system parameters, on plume asymmetry using measures such as the location of the centroid of the CO₂ plume. Dimensional analysis of this system shows that the centroid migrates upslope in proportion with buoyancy, aquifer permeability, and slope, whereas increased porosity and CO₂ viscosity mitigate upslope migration of the centroid. The results of this study show that the effect of slope can be ignored for many aquifers likely to become CO₂ sequestration sites in North America. However, slope will be more important for higher permeability aquifers, such as the site used in the Sleipner sequestration project in the North Sea.     

Risk assessment of CO_2 injection processes and storage in carboniferous formations:a review

Over the last decades,people from almost all over the world have realized that it is necessary to quickly develop strategies for the control and reduction of greenhouse gases (GHG) emissions.Among various GHGs,carbon dioxide (CO2) is the most abundant GHG.Its underground storage involves less risk and lower levels of dangerousness.The paper briefly describes the most effective technologies available in the market for background processes to storage (capture and transport) CO2,as well as the more secure solu...     

CO/CO2体积分数分析在火灾早期探测中的应用

以CO和CO2为早期火灾探测的特征气体，针对真实火灾和假火灾情况进行了试验，得出几种常见材料在加热燃烧过程中的CO和CO2体积分数变化规律。根据这些规律和CO／CO2的体积分数比，可以有效地实现早期火灾报警。作者简介：黄湘莹（1983一），女，福建福州人，华侨大学机电工程学院硕士研究生，主要从事现代检测技术及新型传感器方面的研究，福建省泉州市华侨大学机电工程学院教工98号信箱，362021。