基于数值模拟的CO_(2)地质封存项目井筒泄漏风险定量化评价方法

为评估CO_(2)地质封存场地的CO_(2)沿井筒泄漏风险,介绍了自主研发的可对CO_(2)井筒泄漏风险进行定量化评价的数值模拟WellRisk软件,将软件应用于实际CO_(2)地质封存场地--神华鄂尔多斯CO_(2)咸水层封存示范工程,定量评估该场地CO_(2)沿注入井和监测井的泄漏量,并将软件模拟结果与美国能源部开发的NRAP–IAM–CS(The national risk assessment partnership–integrated assessment model–carbon storage)软件模拟结果进行对比,实现了CO_(2)沿井筒泄漏风险的定量化评价。定义了井筒泄漏系数,即井筒发生泄漏的有效截面积和井筒总截面积的比值,并将井筒泄漏系数作为量化表征井筒固井质量的重要参数。当泄漏系数取值为10^(–6)时,神华CO_(2)地质封存场地在1000 a内的总泄漏量为720 tCO_(2),占总注入量的0.24%,小于IPCC的风险阈值1%。因此,泄漏系数为10^(–6)或更低的井筒是低风险泄漏井,具有良好的固井质量,对应于NRAP–IAM–CS软件中井筒渗透率低于10^(–12)m^(2)的情况。泄漏系数为10–5或更高的井筒是高风险泄漏井,具有较差的固井质量。WellRisk和NRAP–IAM–CS的计算结果均表明,当注入井和监测井的固井质量良好时,神华CO_(2)地质封存场地基本不存在CO_(2)泄漏风险。

欧洲CCUS技术发展现状及对我国的启示

在欧盟提出2050年实现碳中和愿景的大背景下,碳捕集、利用与封存(CCUS)技术作为实现碳减排目标的关键技术手段,在欧洲迎来了重大发展机遇。汇总并讨论了欧洲的CCUS技术发展现状,包括资金激励政策、碳税政策、法律法规和技术创新政策;总结了欧洲发展CCUS技术主要面临的挑战,包括公共资金的落实、CCUS政策体系的发展以及CCUS项目责任的界定等。研究指出:欧洲的CCUS技术发展较成熟,相关法律法规、资金激励、税收扶持政策和技术创新政策等比较完善;生物质能结合碳捕集与封存(BECCS)和直接空气碳捕集与封存(DACCS)是欧洲未来实现CO_(2)负排放的重要手段,CO_(2)工业集群和运输网络的开发可以大幅减小CO_(2)的运输费用,形成规模化效应,从而增大CCUS的适用范围。我国于2020年提出2030年实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”战略目标,借鉴欧洲CCUS的发展现状和相关政策,结合我国的基本国情,提出了我国目前发展CCUS技术亟需解决的若干问题,并给出相应建议。

覆岩隔离注浆充填浆体压缩特性实验与应用

为确定覆岩主注浆层位内充填浆体的应力-变形特征,采用电液伺服万能试验机及自行设计的粉煤灰浆体压缩仪,开展了不同压力下粉煤灰浆体的压缩特性实验研究。结果表明:在覆岩应力的作用下,粉煤灰浆体体积不断减小,减小速率逐渐降低,最终趋于稳定;粉煤灰当量压缩系数随着压力增加而减小,二者近似呈对数关系。基于实验结果,建立了不同注浆充填深度条件下干粉煤灰质量与压实灰体体积的换算关系,进而改进了注采比计算公式,导出了注浆充填干灰质量极限值的计算公式,并进行了工程验证,从而为注浆充填参数设计提供了合理依据。

二氧化碳捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术

为应对全球温室气体的大量排放以及目前可再生能源发电面临的有利发电条件下发电量过剩、不利发电条件下发电量不足的难题,本文将CO2捕集利用与可再生能源发电技术结合,提出了CO2捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术的概念。该技术将燃煤电厂捕集的CO2提供给可再生能源发电厂,通过CO2压缩储能、CO2转化为甲酸等高能量化合物等手段,完成风能、太阳能等可再生能源发电厂在有利发电条件下过剩发电量的有效利用,实现过剩电力资源调配利用和CO2减排的双重效益。此外,燃煤电厂捕集的CO2还可作为地热能发电厂的携热介质,实现地热能资源的高效开发。CO2捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术可灵活调节可再生能源发电系统的运行状态,使得机组的净发电量和发电成本在一定范围内得到调控,实现经济效益。CO2捕集利用-可再生能源发电调峰耦合技术可有效解决可再生能源发电厂在有利发电条件下发电量过剩,不利条件下发电量不足的矛盾,在实现可再生能源发电厂发电调峰的同时实现燃煤电厂CO2的减排,可提高发电效率并缓解温室效应,在我国具有广阔的应用前景。

二氧化碳咸水层封存条件矿物溶解与沉淀化学反应建模与参数取值综述

CO2地质封存是世界范围内减少CO2排放量,缓解温室效应的重要手段。深部咸水层分布广泛且CO2封存潜力大,是最具潜力的CO2封存场所。因开展CO2地质封存条件下CO2与储层岩石相互作用的试验成本高昂且持续时间短,数值模拟成为研究CO2长期封存过程CO2储层岩石物理和化学性质演化的重要手段。CO2和储层岩石化学反应的数值模型主要模拟饱含CO2咸水溶液与储层岩石中含有的矿物发生反应,导致矿物溶解和沉淀的过程,而矿物的溶解和沉淀会影响储层岩石孔隙率和渗透率。数值模拟建模过程中矿物热力学和动力学参数的取值差异,导致矿物溶解和沉淀速率的差异,加大了地球化学模拟结果的不确定性。对重要矿物的地球化学反应相关参数(平衡常数、反应速率常数、比表面积)进行了全面总结,指出了相关参数的不确定性是限制数值模拟准确性的决定因素。

地质封存环境CO_(2)压力影响水泥碳化程度的试验研究

为研究封存在地下储层中的CO_(2)与井筒水泥和地下混凝土构筑物接触后引发碳化反应的剧烈程度,将普通硅酸盐水泥和G级油井水泥样品与不同浓度的CO_(2)进行反应,利用微米CT、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)等分析手段,研究水泥与CO_(2)反应后微观结构、矿物组分及含量的变化。试验结果表明,水泥的碳化速率先增大后减小;CO_(2)浓度越高,反应生成的方解石越多;方解石沉淀后形成致密壳状结构。通过Elovich方程拟合试验数据,预测得到100天后3组水泥样品的碳化深度分别为0.51 mm、2.06 mm和0.81 mm。综上所述,水泥的碳化反应主要是钙基水泥水化物转化为方解石,G级油井水泥抗CO_(2)腐蚀性优于普通硅酸盐水泥。研究成果增进了人们对水泥与高浓度CO_(2)反应机理的认识,可为相关工程的水泥服役性能评价提供参考依据。