地下储存CO_2泄漏胁迫下地表植被光谱变化特征及识别研究

随着全球气候变暖,减少温室气体排放成为全世界所关注的问题,而碳捕捉与储存(carbon captureand storage,CCS)技术可以减少温室气体CO2排放量,但储存在地下的CO2有泄漏的风险。本工作的目的是通过野外模拟实验,研究地表植被(甜菜)在CO2轻微泄漏胁迫下其叶片叶绿素含量、水分含量及光谱变化特征,结果表明CO2泄漏胁迫的甜菜叶绿素与叶片含水量明显降低,叶片反射率在550nm减小,而在680nm增大。设计了比值指数R550/R680进行识别CO2泄漏胁迫的甜菜,发现该指数能够在胁迫发生7天后识别出胁迫的甜菜,且该指数具有较强的敏感性、稳健性及识别能力。研究结果对于未来CCS项目选址、地表生态监测评估、遥感监测CO2泄漏点等都具有重要的现实意义与应用价值。

金属有机骨架材料储存CO_2的研究进展

随着温室效应日益严重,研发高效捕获CO_2的新型材料对于缓解环境压力具有重要意义。金属有机骨架材料具有高比表面积、结构多样性和孔道可调控性等优点,尤其在储存CO_2方面展现出惊人潜质。简要介绍金属有机骨架材料及其延伸化合物——沸石咪唑酯骨架材料和共价有机骨架材料作为新型储存CO_2材料,在结构、储存CO_2性能和机理等方面的研究进展,并阐述了该类材料在研究过程中存在的不足与发展前景。

深部咸水层CO_2地质储存适宜性评价方法研究

随着温室效应的加剧,CO2地质储存已成为减缓全球气候变暖的有效方法之一.可用于CO2地下储存的场地主要有枯竭的油气田、深部咸水层和深部不可开采的煤层等,我国深部咸水层CO2地质储存潜力占总潜力的98%以上.在全面分析CO2地质储存适宜性影响因素的基础上,建立了适宜于沉积盆地深部咸水层CO2地质储存的适宜性评价体系,主要包括地质安全性、储存规模、社会环境风险和经济适宜性4大指标层,共计28个评价指标,评价方法以层次分析法及指标叠加法为主.以西宁盆地为研究实例,通过基于排除法的地质条件综合分析与层次分析法的定量评价相互验证,表明该指标体系和评价方法具有广泛的应用价值.结果表明,西宁盆地一级构造单元中双树坳陷最适宜CO2地质储存,可作为CO2地质储存的优先选区.

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。

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。

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。

松辽盆地CO_2地质储存适宜性评价

为缓解全球气候变暖趋势,CO2地质储存成为目前减少向大气排放CO2量的有效方法之一。区域CO2地质储存适宜性评价是筛选CO2地质储存目标区和工程建设的基础,合理的评价指标体系和指标权重对评价结果有重要影响。本次研究结合松辽盆地地质条件,建立包括地质储存规模、储存经济性、储存条件和储存安全性4个方面、20个指标、5个指标划分等级的评价指标体系,利用层次分析法(AHP)确定各指标权重,且考虑到各评价指标分级标准的模糊性,由此得到基于层次分析法的CO2地质储存适宜性的模糊综合评价方法,并将该方法应用于松辽盆地6个一级构造单元的CO2地质储存适宜性评价中,得到各一级构造单元的地质储存适宜度。评价结果表明:中央坳陷区CO2地质储存适宜性较好,可以作为CO2地质储存的优先区域,北部倾没区、西部斜坡区和东南隆起区的适宜性一般,东北隆起区和西南隆起区适宜性均较差,不适宜储存CO2。该评价结果为松辽盆地地区CO2地质储存场地筛选和工程建设等提供了科学依据。

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。

CO_2地质储存潜力与适宜性评价编图方法研究

借鉴国外CO2地质储存潜力与适宜性调查评价工作程序,将我国CO2地质储存潜力与适宜性评价工作划分为五个阶段。影响盆地评价阶段CO2地质储存适宜性的因素很多,本文分别从盆地本身物理条件、数据源和资源潜力、地壳稳定性、温度以及经济适宜性五个影响方面形成单因子图,此五类单因子图件的编图基础为中国1∶500万地质图,利用图层属性的加权计算、叠加的成图方法,综合单因子图件形成我国CO2地质储存远景区划图件。

地下热-水动力-力学耦合过程数值模拟:以CO_2地质储存为例

在地下流动系统问题的研究中,热-水动力-力学(THM)耦合过程是研究的热点问题。在地下多相非等温数值模拟软件TOUGH2的框架内,基于Biot固结理论和摩尔-库仑破坏判定准则,建立了THM耦合模型;采用积分有限差和有限元联合的空间离散方法,开发了THM模拟器TOUGH2Biot。该模拟器中热和水动力过程是全耦合,力学过程是部分耦合。通过与解析解的对比,验证了其正确性。基于鄂尔多斯盆地CCS示范工程,采用TOUGH2Biot研究了CO2注入地层后的THM响应。结果显示CO2的注入引起流体压力急剧增加,地层有效应力减小,地表隆起,隆起大小在几十个厘米,同时孔渗增加,利于CO2注入引起的压力上升向外消散。CO2注入最有可能导致剪切破坏的位置位于最大速率注入点上部盖层,其次为靠近地表的位置。

应力约束下储存CO_2煤层膨胀变形特性试验研究

利用自主研发的MCQ-Ⅱ型煤层瓦斯驱替试验装置,对原煤大尺寸(100 mm×100 mm×200 mm)试件,进行了恒定温压(25℃,31 MPa)条件下CO_2在贫煤、贫瘦煤和弱黏煤3种煤阶煤中的注入储存试验,对CO_2注入储存过程中煤体膨胀变形特性进行了测量分析;并对小尺寸(6 mm×6 mm×6 mm)原煤试件通过CT扫描,研究了3种煤样的微观结构特征。主要结果为:对最小观测尺度为4.5μm的CT重建图像,通过统计分析,发现贫煤孔隙率(4.67%)小于贫瘦煤孔隙率(5.39%)小于弱黏煤孔隙率(12.10%);在31 MPa体积应力约束条件下,持续12 h的CO_2注入过程中,煤体膨胀变形受孔隙压力与CO_2吸附变形的共同作用,且体积膨胀百分比与CO_2注入储存量呈线性关系;在注入储存相同量气态CO_2条件下,贫煤体积膨胀应变大于弱黏煤大于贫瘦煤;由于煤体层理性结构特征,弹性模量在垂直与平行层理2个方向上的差异性,煤体在垂直层理方向膨胀应变大于平行层理方向应变,且2个方向膨胀应变均与CO_2储存量呈线性关系。

我国主要沉积盆地CO_2地质储存的地热条件适宜性评价

CO2地质储存是减少人类活动产生的CO2向大气排放的有效措施之一。目前CO2地质储存适宜性评价中仅把地热条件作为单一因子进行考虑,难以准确评价地热条件对CO2地质储存的影响,评价精度较差。为此本文采用加权法将地热条件三因素(大地热流、地温梯度与地表年均气温)进行CO2地质储存适宜性评价,提高了精度。表明:我国总体上较适宜CO2地质储存,储存空间大。2.1%(8.5×104km2)沉积盆地适宜CO2地质储存,68.6%(274.0×104km2)较适宜,24.6%(98.4×104km2)一般适宜,4.7%较不适宜(18.7×104km2),无不适宜区。

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。

注入速率对CO_2地质储存封存潜力的影响分析

国内某著名煤炭企业计划实施每年10万吨的CO2地质储存（CCS）项目,拟选了5组地层做为目标储层。但所选封存层平均渗透率在0.15~0.6mD,平均孔隙度在2~6%,属于低渗低孔地层,如不进行人工压裂提高注入层渗透率,要实现预定存储目标尚有一些困难。笔者在研究中发现,除对目标层进行一定的水裂酸化处理提高地层渗透特性可以显著提高注入性和存储能力外,CO2注入速率的变化对地层的封存能力和注入性也有明显影响。运用TOUGH2-ECO2N软件分别模拟了无水裂及水裂情况下8种不同注入速率下这些目标存储层的压力变化及CO2封存状态比例及理论最大封存能力。模拟结果表明使用水裂酸化方法对储层进行处理后,不仅可以使注入总量达到项目要求,还可使系统理论最大储存能力提高55%;并且在灌注过程中采用变速灌注方式,可以有效控制系统压力积聚,对将来实际灌注压力控制具有重要意义。

利用遥感和GIS技术的CO_2地质储存选址研究

CO2地质储存是减少CO2排放、缓解温室效应的主要途径之一。针对CO2地质储存场地的选择对于工程安全及稳定的重要性,该文基于CO2地质储存理论,建立了CO2地质储存工程场地选址指标体系,并利用遥感技术获取相应评价指标,基于GIS指标空间加权叠加分析法,从安全性、经济性角度进行了CO2地质储存工程场地适宜性评价,得到了适宜性分区图。我国第一个深部咸水层CO2地质储存工程就建立在本次评价为适宜区的地区,目前工程运行很好。由此,本文方法可以为今后的CO2地质储存工程选址提供很好的参考。

含杂质CO_2体系相态特性及CO_2低温液态储存蒸发特性实验研究

通过实验对含杂质CO2体系相态特性和CO2低温液态储存蒸发特性进行了研究。杂质含量越高,含杂质CO2体系的泡点压力和露点压力越高;杂质含量对泡点压力的影响程度较大,露点压力仅与杂质含量有关,而与杂质种类无关。初始充满率和环境温度对储罐内CO2压力和液相蒸发率都有显著影响;在初始充满率相同的情况下,外界环境温度越高,储罐内CO2压力和液相温度上升越快,储罐内CO2平均蒸发率越大;在外界环境温度相同的情况下,储罐内CO2初始充满率越高,其平均蒸发率越小。HYSYS软件模拟计算结果与实验结果的对比表明,可以利用HYSYS软件进行含杂质CO2体系相态特性及CO2低温液态储存蒸发特性的模拟分析。

松辽盆地中央坳陷区北部咸水层CO_2储存场地适宜性评价与储量计算

深部含水层CO2地质储存可以有效缓解CO2排放压力,而合理的场地评价和选址工作是有效、安全和经济储存CO2的先决条件。在详细分析松辽盆地中央坳陷区地质背景条件的基础上,针对目标区级深部咸含水层CO2储存场地评价级别,建立了6个一级指标和22个二级评价指标的目标区级场地优选方法。优选方法重点考虑了地质因素的影响,运用层次分析法和加权评判法对松辽盆地中央拗陷区北部5个二级构造单元开展了场地适宜性评价,并计算了各二级构造单元的CO2封存储量。结果表明:各二级构造单元的适宜度指标相差不大,埋存适宜性皆较好,其中齐家—古龙凹陷CO2埋存适宜性最优;储量上,齐家—古龙凹陷最高,朝阳沟阶地最低。

砂泥岩互层模型对CO_2地质储存影响的数值模拟

以江陵凹陷深部咸水层钻孔数据为例,通过构建不同砂泥岩互层概化模型,采用数值模拟的方法定量评价了砂泥岩互层对深部咸水层中CO_2地质储存过程中注入性、迁移性和封闭性的影响,结果表明不同砂泥岩互层模型对CO_2的注入性、迁移性和封闭性产生显著影响.CO_2的注入量随着砂泥岩互层的增多变薄而降低,然而多而薄的砂泥岩互层可有效阻止CO_2羽的上浮运动和横向迁移,从而提高空间利用率;CO_2的封闭性随着砂泥岩互层的增多变薄而降低,对于多而薄的砂泥岩互层,较薄的泥岩隔层难以担当独立的封闭盖层,需要上覆有较厚的泥岩盖层以保证CO_2地质储存的长期安全性.从注入性、迁移性和封闭性各方面来看,采用多级砂泥岩互层概化模型近似代表真实地层模型开展前期CO_2地质储存的适宜性研究是可取的.

CO_2地质储存中构造地层圈闭/水动力储存的研究

为了研究在深部咸水层中,构造地层圈闭/水动力储存作用下CO2储存特征及迁移规律,此次研究以鄂尔多斯某CO2地质储存示范场地的深部咸水层为研究对象,利用测井数据,运用TOUGH2数值模拟软件建立模型,分析了深部咸水层中CO2注入速率变化、压力分布、CO2饱和度分布、CO2质量分数分布等方面的特征,研究结果表明:①在定压力注入条件下,随着注入时间的延长CO2的注入速率逐渐减小最后趋于稳定。②溶解态CO2所占总储量比例随时间增加而增加,安全性随之增高,但超临界态CO2依然是主要的储存形式。③CO2注入后以注入井为中心形成CO2晕,并随着深度增加范围减小,由内向外饱和度逐渐降低。

热带森林植被冠层CO_2储存项的估算

以西双版纳热带季节雨林为主要研究对象,对其进行了两年的涡度相关系统以及CO2廓线的观测,在详细分析这些观测资料的基础之上,提出了热带森林植被冠层CO2储存项的估算方法,对于合理评价森林的净化作用具有一定作用。