山西省煤矿采空地下空间评估与再利用研究

山西省煤炭资源丰富,年煤炭产量占全国产量的近1/4,煤炭资源开采形成大量的采空地下空间。随着碳中和目标的提出和山西风电、光伏发电的大力发展,如何合理利用煤矿采空地下空间,尤其是将地下空间与新能源结合将成为煤炭产业低碳发展的关键。本次研究运用比例系数法和采空地下空间守恒定律,测算出2022年山西省开采煤矿井巷可利用空间为1.54亿m^(3),“十五”到“十三五”期间关闭/退出煤矿的井巷可利用空间为1.05亿m^(3),估算1949至2021年山西省煤矿因工作面开采形成的采空地下空间约38.98亿m3,预测到2030年山西省煤矿工作面开采还可形成采空地下空间约19.56亿m^(3)。根据山西省能源低碳发展需求提出了山西省煤矿采空地下空间未来可利用的四种模式:煤矿地下旅游或地下仓储、煤矿地下抽水蓄能、煤矿地下压缩空气储能和煤矿地下封存二氧化碳等。

“双碳”愿景下CO_(2)驱强化采油封存技术工程选址指标评价

在国家能源安全和“双碳”战略愿景下,CO_(2)驱强化采油封存技术(CO_(2)-EOR)因能助力油气行业转型发展,成为“低碳化”乃至“负碳化”的首选技术和最现实的选择。无论是实验、数值模拟还是现场实践,目前国内外学者对CO_(2)-EOR研究侧重于CO_(2)作为高效的驱油“催化剂”本身及油藏CO_(2)-EOR适应性认识,对于工程选址评价缺乏统一标准和系统研究。在充分调研国内外文献的基础上,结合中国CO_(2)-EOR应用进展和工程实践,明确了CO_(2)-EOR工程选址可行性评价所需的通用依据,指出了CO_(2)-EOR工程选址遵循“CO_(2)封存与驱油双统一”、安全性、经济性的专属性原则,并从CO_(2)-EOR工程选址的地质、工程、安全、经济4个要素开展了较详尽系统的研究,定性-定量构建了“4+8+27”CO_(2)-EOR工程选址三级指标评价体系(GESE),以期为油藏开展CO_(2)-EOR工程选址提供借鉴,助力中国碳减排技术的应用与发展。

咸水层二氧化碳地质封存潜力分级及评价思路

【研究目的】碳达峰碳中和目标背景下,咸水层CO_(2)地质封存技术被认为是中国化石能源领域实现碳中和目标的兜底技术。随着不同地质尺度的封存潜力评价研究日趋广泛和深入,迫切需要建立统一的封存潜力分级体系和科学的评价方法。【研究方法】本文参考固体矿产、油气矿产等地质勘查等经验,以及国内外咸水层封存潜力级别及评价方法,划分了中国咸水层封存工作阶段及封存潜力级别,并提出了潜力评价思路、计算公式及重要系数取值参考。【研究结果】一是咸水层CO_(2)地质封存可设定为普查、详查、勘探和注入四个工作阶段,封存潜力可划分为地质潜力、技术容量、技术经济容量和工程封存量四大类,其中普查阶段对应预测级别(D级),详查阶段对应控制级别(C级),勘探阶段对应探明级别(B级),注入阶段对应工程级别(A级)。二是咸水层封存潜力评价可总体按照储层筛选、潜力定级、潜力计算三个步骤依次开展,有效储层应综合储集条件、盖层封闭性、封存体稳定性条件及深部资源开发影响等因素予以筛选圈定。三是不同级别的封存潜力计算根据应用场景合理选择容积法或机理法公式,以及地质系数、驱替系数、成本系数等关键参数取值,探明阶段需要结合不同的注入方案开展封存潜力数值模拟预测评价。【研究结论】中国咸水层CO_(2)地质封存潜力评价应形成精度由低到高的多尺度多级别动态机制,本文提出的潜力评价级别及方法建议,能够科学地对比不同区域、不同阶段的潜力评价数据,也能够为咸水层封存工程审批和深部地下空间管理提供参考,但未来更符合工程实际的潜力计算公式及关键参数赋值,仍需要通过大量的室内实验、数值模拟和工程实践不断创新。

CO_(2)纯度对咸水层碳封存过程中残余水的影响

CO_(2)在地下深部咸水含水层的封存过程中,岩石孔隙内形成的残余水对CO_(2)可注入性、封存量及安全性都有负面影响,因此深入探究各因素影响下残余水的形成演化具有重要意义。文章利用取自鄂尔多斯盆地深部储层的天然岩心,在40℃和8 MPa的实验条件下利用3种纯度的CO_(2)(99.999%CO_(2)、75%CO_(2)+25%N_(2)以及50%CO_(2)+25%N_(2))进行饱水岩心驱替实验,以探究CO_(2)纯度对残余水的影响。实验表明,在3种CO_(2)纯度下的岩心驱替实验中,达到突破点和排水终点所需时间排序均为:99.999%CO_(2)<75%CO_(2)+25%N_(2)<50%CO_(2)+50%N_(2);不可再降残余水饱和度大小排序为:99.999%CO_(2)<75%CO_(2)+25%N_(2)<50%CO_(2)+25%N_(2)。分析发现,CO_(2)纯度变化会导致界面张力、湿润性以及黏度比等两相流系统重要性质的变化。通过对LogCa-LogM驱替稳定性图进行分析,确定了毛细力是影响本实验结果的主导因素。研究结果对不同条件下残余水饱和度的预测以及CO_(2)封存量的评价等方面有重要价值。

深部咸水层CO_2地质储存地质安全性评价方法研究

CO2地质储存工程属于环保型工程项目,地质安全性是影响CO2长期封存的首要因素。深部咸水层CO2地质储存地质安全性影响因素主要包括盖层适宜性、场地地震安全性、水文地质条件、地面场地地质条件四个方面,其中盖层适宜性是CO2安全储存的最关键因素,场地地震安全性和水文地质条件次之,而地面场地地质条件也是影响工程施工的重要因素。本文基于CO2地质储存的地质安全性影响因素分析,建立了层次分析结构的地质安全性评价指标体系,并初步计算了评价指标的权重;提出可以利用模糊综合评价方法进行深部咸水层CO2地质储存地质安全性综合评价,为中国深部咸水层CO2地质储存的地质安全性评价方法和安全选址指明了方向。

深部咸水层二氧化碳地质储存场地选址储盖层评价

深部咸水层CO2地质储存属于环保型工程项目,开展地质评价来确定良好的储盖层是实现CO2地质储存长期、有效、安全封存的首要前提。储层地质评价内容主要包括储层的物理性质及其注入能力等;盖层地质评价内容主要包括盖层发育特征及封闭能力等。在规划选址到工程选址的不同阶段,储盖层评价的内容和对象应根据不同阶段的目的依次提高精度和量化程度。通过国内深部咸水层CO2地质储存工程场地选址阶段划分,结合储盖层地质评价的主要内容,初步建立了储盖层适宜性评价指标及其分级标准,对国内深部咸水层CO2地质储存工程场地选址中的储盖层地质评价及适宜性评价工作具有一定的指导意义。

四川盆地理论CO_2地质利用与封存潜力评估

结合CO_2地质利用与封存技术机理,在国际权威潜力评估公式的基础上,系统地提出了适合中国地质背景的次盆地尺度CO_2封存潜力评估方法及关键参数取值。同时,以四川盆地为例,依次开展了枯竭油田地质封存与CO_2强化石油开采、枯竭气田与CO_2强化采气、不可采煤层地质封存与CO_2驱替煤层气,以及咸水层地质封存技术的CO_2地质封存潜力。结果表明,四川盆地利用深部咸水层与枯竭天然气田CO_2地质封存潜力最大,期望值分别达154.20×10~8t和53.73×10~8t。其中,枯竭天然气田因成藏条件好、勘探程度高、基础建设完善,为四川盆地及其周边利用枯竭气田CO_2地质封存技术实现低碳减排提供了早期示范机会。CO_2地质利用与封存潜力评估方法,对进一步开展全国次盆地尺度理论封存潜力评估与工程规划具有重要意义。

CO_(2)地质封存深部地下空间利用管理法规探讨

深部咸水层CO_(2)地质封存是实现温室气体减排、应对气候变化的重要支撑技术之一。CO_(2)在地下的长期有效封存,需要直接占用深部地质体及其孔隙空间。这些深部地下空间也是未来社会发展的一种重要国土资源,需要制定相关的审批与监管法规来规范其科学开发利用。总结发达国家或地区管理现状与经验,参考已有参考矿产、油气资源勘查开发等经验,提出适用于我国的CO_(2)地质封存地下空间勘查利用审批与管理流程,以及地下空间利用与CO_(2)确权、场地选址勘查备案、勘查试注审批、地下空间利用权审批、封场审批与责任转移5个重要内容;同时,进一步建立了综合CO_(2)羽流、扰动边界和经济性“三级边界”的地下空间利用评估概念模型,以及各类边界的确定方法,能够为我国CO_(2)地质封存地下空间开发利用的政策制定与开发利用提供参考。

CO_2地质储存泄露安全风险评价方法初探

CO2地质储存作为一项有效、直接的碳减排技术,本质上属于环保型工程项目。在总结国内外已有的风险评价方法的基础上,结合CO2地质储存机理及工作属性,借鉴国际风险评价经验,以及我国核废料、一般工业固体废弃物填埋等类似工程项目风险评价工作方法,对适用于我国的CO2地质储存安全风险评价的定义进行了探讨,并将CO2地质储存泄露风险评价分为风险评价、风险评估与风险控制三部分内容。通过CO2地质储存泄露通道及泄露后可能产生的环境危害分析,建立了由地质因素、工程单元因素、施工因素及其它因素四个风险因子指标层及其亚层组成的CO2地质储存泄露的安全风险层次指标体系,初步提出了风险评估方法以及CO2泄露可接受的安全风险标准;最后根据CO2地质储存泄露风险提出了不同风险的控制方法及建议,对CO2地质储存场地选址中的安全风险评价、工程实施及监测具有一定意义。

典型电厂海洋CO_2地质储存场地选址适宜性评估

我国华东和东部沿海地区分布有大量的火电、水泥和炼油等CO_2排放源,但由于距离陆域大中型沉积盆地较远,限制了规模化的深部咸水层CO_2地质储存工程选址。本文以华能玉环电厂为实例,开展了东海陆架盆地瓯江凹陷场地选址适宜性评估。通过瓯江凹陷CO_2地质储存地质条件分析,初步圈定出了发育有利储盖层的目标靶区,并依次开展了地质安全性和经济适宜性分析。利用碳封存领导人论坛潜力评估公式,计算了目标靶区推荐储层的单位面积储存潜力;并在构建综合储集条件、地质安全性条件和经济适宜性条件的指标体系基础上,开展了GIS多源信息叠加评估,在丽水西次凹内筛选出两处较好的场地。研究对开展该区海域CO_2地质储存选址具有一定的探索意义。

咸水层CO_(2)地质封存地下利用空间评估方法研究

咸水层CO_(2)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CO_(2)地质封存工程利用的深部地下空间,需要在确定CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)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2800 m为底板封隔层底界。提出的咸水层CO_(2)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。

赵官井田岩浆岩侵入特征及对煤层开采的影响

井田内共有三层岩浆岩侵入到山西组和太原组煤系中。上层岩浆岩主要侵入到山西组2煤层附近,附近无可采煤层;中层岩浆岩对邻近可采的5煤层破坏较大而使其失去经济价值;下层岩浆岩使井田内原沉积厚度在2m左右的11煤可采性遭到很大破坏,同时对13煤层的煤质也有一定影响。三层岩浆岩距离煤层均较近,属直接充水含水层,在其富水区段或构造破碎带,特别是与其他含水层产生水力联系时,对煤层开采的影响较大。

不冻泉应急水源地水文地质特征及开发利用研究

不冻泉一带赋存第四系松散岩类孔隙潜水和构造裂隙水两种地下水类型,可建立孔隙水和构造裂隙水类型水源地。受研究区水文地质条件的制约,孔隙水类型水源地仅适用于每年的5～9月份暖季丰水期,水质较好,开采便利,允许开采量为1.5×104m3/d,;构造裂隙水虽埋藏较深,但不受季节限制,水质较好,可供全年开采。针对该区水资源利用现状及存在环境问题进行了调查研究,并提出了相应的水源地环境保护措施。

把二氧化碳“埋”在地下

20世纪以来,全球气候变暖已成为全人类面临的共同挑战,对地球自然生态系统产生了深刻影响。我国也是全球气候变化影响的敏感区和显著区,主要表现在:地面年平均气温明显上升,年平均降水量也稍有增加;海平面总体波动上升,影响海洋生态安全;冰川退缩、冻土融化,影响青藏高原生态安全;改变原有水平衡,增加水安全风险。

MapGis平台下山东省煤矿水害数据库设计及开发

在进行山东省煤矿水害的调查研究和分析的基础上,基于MapGis平台下建立山东省煤矿水害数据库和属性库。本文介绍了煤矿水害数据库和属性库的建设,特别是对重要模块应用MapGis6.6软件进行了详细设计;同时,应用GIS、地质统计学等技术方法分析数据,获得相关图件;通过数据库的查询、统计分析和输出功能,为山东煤矿水害的治理、预防、调查与研究提供便捷的数据支持,对于搞好矿井安全生产具有重大的理论和现实意义。

二氧化碳地质储存逃逸通道及环境监测研究

CO2地质储存逃逸通道可分为人为逃逸通道、地质构造逃逸通道以及跨越盖层和水力圈闭逃逸通道三类.在CO2地质储存场地选址和场地勘查阶段,应高度重视区域地壳稳定性、地震危险性和CO2逃逸通道专门性地质调查评价工作,避免因CO2逃逸造成对人群健康和生态系统产生影响,导致地下水污染和诱发地质灾害发生.同时要对可能的CO2逃逸通道进行灌注前CO2背景值监测,灌注工程运营期CO2控制监测和封场后长期监测,确保CO2地质储存的有效性、安全性和持久性.

深部咸水层CO_2地质储存工程场地选址技术方法

CO2地质储存作为环保型工程项目,其合理的工程场址是实现长期、安全封存CO2的首要前提。我国CO2地质储存工作刚刚起步,尚未形成成熟的选址技术方法体系。CO2地质储存工程场地选址应遵循目标储层有效储存量大、安全、经济、符合一般建设项目环境保护选址条件、不受外部不良地质因素影响的原则,选址技术宜采用多尺度目标逼近法,选址程序包括规划选址和工程选址两大阶段。规划选址包括国家级、盆地级和目标区级潜力评价3个阶段;工程选址旨在通过目标靶区确定、综合地质调查、钻探及灌注试验和选定场地多因子排序综合评价,最终选出良好的工程场址。深部咸水层CO2地质储存工程场地多尺度目标逼近选址技术方法对我国批量开展CO2地质储存工程场地选址具有一定的指导意义。

规模化深部咸水含水层CO_2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。

中国二氧化碳地质储存研究进展

2010年以来,中国地质调查局组织实施了"全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程"项目。依据我国沉积盆地的地质条件,基本建立了中国CO2地质储存潜力与适宜性评价体系,初步评估了417个(面积大于200 km2)陆域及浅海沉积盆地的CO2地质储存潜力与适宜性;在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗参与并合作实施了中国首个、也是世界上规模最大的煤基全流程深部咸水层CO2地质储存示范工程,突破了钻探、灌注、采样、监测等一系列科学技术难题;在储存过程中的物理化学与生物作用、仿真模拟、环境影响与安全风险评价等基础理论研究方面取得了实质性进展。

深部水文地质研究的机遇与挑战

经济社会快速发展需要更多的能源与资源保障,地球深部资源与能源极其丰富。“向地球深部进军”是经济社会发展需要与资源勘查开发技术、经济效益成本承受能力相匹配的必然发展趋势。随着“碳达峰、碳中和”战略目标的提出,绿色低碳高质量发展成为时代发展的主旋律。为满足能源、资源保障和生态环境保护等重大需求,加大清洁能源勘探开发力度、提高碳封存能力、强化地质储能研究等显得尤为重要。深部水文地质作用与此息息相关,亟待重视和加强研究。本文采用文献分析法,通过学科发展历程与热点焦点问题的综合对比研究,对深部地下水分布与循环理论研究、深部地下水地质作用下地热与锂资源成藏、深部地热-干热岩与页岩气等清洁能源开发、深部咸水层CO;地质封存、地质储能等方面涉及的深部水文地质研究现状和未来趋势进行了分析总结,认为深部水文地质在高温高压条件下地下水循环动力机制、物质能量转换过程、水岩相互作用、成热成藏机理和勘查监测技术精准度等方面尚需深入系统的研究,而储层非均质性刻画、热源机制、深部资源能源可持续开发技术、人工干预下深部资源环境演变特征、水力压裂诱发地震以及断层对流体触发的敏感性和触发过程演变等是未来应给予重点关注的关键性问题。