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。     

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。     

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。     

ZJD油田阜宁组大倾角油藏注CO_2方式探讨

倾角对于CO2驱利用重力来改善驱油效率和提高原油采收率具有重要意义。针对ZJD油田阜宁组大倾角油藏,应用数值模拟方法研究了地层倾角和注气部位对CO2驱油效果的影响。结果表明:随着地层倾角的增加,注CO2驱油采出程度也增加,而油藏高部位剩余油饱和度降低。低部位注气采出程度均低于高部位注气,且地层倾角越小,高部位注气的优势越不明显,地层倾角越大,高部位注气效果越好,CO2可在高部位形成小的气顶,更有利于气驱油。应用大倾角油藏实际地质模型研究注气方式对CO2驱油效果的影响,高部位注气比低部位注气可提高采收率8.69%,并可动用更多的储量。油藏现场实际应用后取得初步效果,高部位注气半年后油藏腰部的中心井从无产量恢复到9.3 t的原油产量。     

不可采煤层CO2封存断层活化机制分析

基于断裂力学和莫尔-库伦准则,建立了不同初始应力状态下CO₂注入煤层后储层、盖层岩石破裂准则以及断层活化失稳判据,对封存系统地层稳定性进行了分析,提出了确定CO₂临界注入压力的解析方法,并对影响CO₂封存安全性的参数(S_hmin/S_v、储层盖层岩石弹模、泊松比、断层倾角等)进行了敏感性分析。结果表明:在进行地层稳定性预测时,应充分考虑煤层初始应力状态、吸附引起的差异性膨胀效应以及储层岩石力学性质的影响。煤岩泊松比越小,储层滑动倾向性越小;当S_hmin/S_v(最小水平主应力与垂直应力之比)接近于1时,断层滑动的风险大为降低。研究成果可以为不可采煤层CO₂封存工程储层压力控制以及安全评价提供科学依据。     

利用TOUGH2进行场地规模CO2地质封存的模拟方法

温室气体排量的增加,对人类的可持续发展造成了严重的影响。减少CO2的排量是人类急需解决的问题。作为有效的CO2减排途径,CO2地质封存技术发展前景乐观。本文首先从理论上详细介绍基于TOUGH2进行场地规模CO2地质封存数值模拟所采用的方法,说明了空间离散,边界条件的刻画,模型参数的获取,初始条件的确定以及不同注入方式下注入井的设置。以鄂尔多斯盆地的场地规模CO2地质封存为例,在TOUGH2-MP/ECO2N软件平台的支持下,介绍数值模拟的过程,并简要给出了数值模拟的结果,验证了这一过程的可行性。     

CO2在老油田地质封存中的赋存状态

为研究CO2在老油田地质封存中的赋存状态,采用室内实验的方法,研究了 CO2与地层流体、岩石的相互作用,并结合驱替实验结果明确了地质封存中CO2的赋存状态.研究表明:油水共存情况下,CO2主要溶解于原油中,在原油中的相对溶解量是水中相对溶解量的9.61倍;CO2溶解所形成弱酸的量和浓度对固化作用起决定作用,在含气饱和度...     

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。     

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。     

CO_2地层注入的热流力耦合模型及有限元分析

为考察CO2地层注入过程中岩体中发生的热—流—固耦合现象,笔者借用R.Leiws等建立的可变形孔隙介质中非等温空气流和水流模型,但在其水连续性方程中加入了温度梯度引起的水分扩散项,研制出相应的热—水—气—应力耦合二维弹塑性有限元程序。针对一个假定的CO2深部地质埋置库模型,在一定的CO2注入速率和注入时间条件下进行了热—水—气—应力耦合数值模拟,考察了岩体中的位移、应力、气体流速、孔隙压力和温度的分布与变化。结果显示,CO2的注入对围岩中的位移和应力影响强烈。     

Carbon dioxide capture and geological storage: research,development and application in Australia

Projections of world energy demand indicate increasing use of fossil fuels, especially coal. Because of this there is interest in using carbon dioxide capture and storage technologies as a mitigation option, particularly in Australia because of its dependency on fossil fuels for electricity generation. Research in Australia into capture options includes post-combustion capture (PCC), integrated gasification combined cycle (IGCC) and oxyfuels combustion. Separation technologies being investigated in Australia include solvent absorption, membranes, adsorption and cryogenics, with particular emphasis on bringing down costs. Australia appears to have abundant geological storage capacity, particularly in saline formations and to a much lesser extent in depleted oil and gas fields. Storage in coal systems has potential but more research and development is needed. Australia has the opportunity to use low-emission hubs in order to bring down costs. A major study of this concept for the Latrobe Valley of Victoria, based on 50 million tonnes per annum of CO2 emissions, is encouraging. A key concept for taking CO2 capture and geological storage forward is demonstration and commercial deployment. Australian projects are proposed for PCC and oxyfuels combustion. A significant geological storage project has started in the Otway Basin, with CO2 injection scheduled to commence in mid-2007. The coal-to-liquids Monash Project could involve up to 10 million tonnes CO2 per annum, with injection into the offshore Gippsland Basin. The most advanced commercial project is the LNG Gorgon Project, comprising about 3 million tonnes per annum. Through current R&D momentum and the likelihood of a number of major commercial-scale projects, Australia could become an early mover in the application of carbon dioxide capture and geological storage.     

地下水封石油洞库渗水量预测与统计

渗水量规模与空间分布特征是地下水封石油洞库建设中的关键问题。以中国首个大型地下水封石油洞库项目为背景,采用经验公式、有限元法计算和现场实测等方法研究了该洞库渗水量规模和空间分布特征。在大量现场岩体渗透性试验基础上,获得了可靠的岩体渗透系数,采用经验公式和数值计算等方法对洞库渗水量规模和空间分布特征进行了预测。根据现场揭露的渗水形态,统计了洞库渗水量规模,获得了渗水量空间分布特征,调查了渗水部位地质特征,据此提出了渗水量控制标准和有针对性的工程注浆防渗对策。通过对比预测与统计结果,讨论了渗水量规模预测方法适用性和渗水量空间分布特征离散性等问题。研究成果为提高中国地下水封石油洞库建设水平提供了理论支持,并为复杂条件下地下工程渗流特性研究提供了工程实例。     

SEISMIC WAVE VELOCITY MONITORING OF CO_2 MIGRATION IN POROUS SANDSTONES SATURATED WITH WATER

Abstract Laboratory experiments were conducted to measure the compressional wave velocities under hydrostaticpressure in Shirahama and Tako sandstones with a porosity of 12% and 24%, respectively In dry samples, the pressuredependence of velocity is ascribed to the difference in pore structures. Velocities were also measurd to map themovement of the injected CO_2 within water-satutaled samples during CO_2 injection. In the water-saturated samples,velocity changes caused by the CO_2 injection are typically on the order of 10%. A series of seismic tomography     

利用弹性波检测多孔质饱和砂岩中的二氧化碳流动状态

Laboratory experiments were conducted to measure the compressional wave velocities under hydrostatic pressure in Shirahama Tako sandstones with a porosity of 12% and 24%,respectively.In dry samples,the pressure dependence of velocity is ascribed to the difference in pore structures.Velocities were also measured to map the movement of the injected CO2 within water-saturated samples during CO2 injection.In the water-saturated samples,velocity changes caused by the CO2 injection are typically on the order of 10%.A series of seismic tomography experiments are conducted on porous sandstone samples to demonstrate the use of cross-well seismic profiling for monitoring the migration of CO2 in geological sequestration projects.     

近距离煤层群下行开采覆岩运移特征试验分析

为研究近距离煤层群多次开采对覆岩运移的影响,根据潘二煤矿近距离煤层群(8、7、6、5煤)地质和开采技术条件,采用相似材料模拟试验开展了下行开采覆岩运移特征研究。分析得出了多次开采覆岩变形、破坏及运移规律,近距离煤层群多次开采与单一煤层开采形成的覆岩宏观运移形态和特征相似。随着开采次数增多,覆岩下沉系数呈线性递减。多次开采覆岩变形、破坏至连通的时间和空间位置关系与开采厚度、开采次数、层间距及层间岩性等因素密切相关。研究表明,覆岩运移的多次演化叠加不仅是影响顶板来压和控制、瓦斯抽采布置和效果的关键因素,也是采动应力演化致灾的主导因素。     

水文地球化学方法确定隧洞外水压力研究

介绍确定外水压力的水文地球化学方法,通过严格的现场试验,可以发现,在相同的水体或者同一地质单元中,地下水CO2分压与水头之间存在良好的线性关系,通过线性回归处理可得到与隧洞渗水处处于相同水文地质条件下的钻孔中不同水头与对应的CO2分压之间的方程,利用方程以及隧洞渗水处水体中的CO2分压即可反推出外水压力值.经陈村水电站廊道观测孔和句容抽水蓄能电站勘探平硐验证,这种方法是可行的.     

西昆仑团结峰铅锌矿床地质特征及成矿模式

团结峰铅锌矿床位于林济塘(陆缘盆地)Fe-Pb-Zn-Cu-Au-Mo-石膏矿带内,是近几年来新发现的铅锌矿床之一。本次研究在野外地质调查、探矿工程验证以及室内岩矿鉴定的基础上,查明该矿床含矿岩层受控于中侏罗统龙山组下段灰岩,矿体的分布明显受层理及层间破碎带等控制,产状呈层状、似层状,与早期构造及岩浆活动无明显关系;分析了含矿热液的形成、运移及铅锌硫化物的沉淀机制,初步建立其成矿模式。综合分析认为该矿床属层控密西西比河谷型(MVT)铅锌矿床,区域上同类型矿床具较大找矿潜力。     

The coal cleat system： A new approach to its study

After a general analysis regarding the concept of coal ＂cleat system＂, its genetic origin and practical applications to coalbed methane （CBM） commercial production and to C02 geological sequestration projects, the authors have developed a method to answer, quickly and accurately in accordance with the industrial practice and needs, the following yet unanswered questions： （1） how to define the spatial orientation of the different classes of cleats presented in a coal seam and （2） how to determine the frequency of their connectivites. The new available and presented techniques to answer these questions have a strong computer based tool （geographic information system, GIS）, able to build a complete georeferentiated database, which will allow to three-dimensionally locate the laboratory samples in the coalfield. It will also allow to better understand the coal cleat system and consequently to recognize the best pathways to gas flow through the coal seam. Such knowledge is considered crucial for understanding what is likely to be the most efficient opening of cleat network, then allowing the injection with the right spatial orientation, of pressurized fluids in order to directly drain the maximum amount of gas flow to a CBM exploitation well. The method is also applicable to the CO2 geological sequestration technologies and operations corresponding to the injection of CO2 sequestered from industrial plants in coal seams of abandoned coal mines or deep coal seams.