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.

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。

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。

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。

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。

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。

基于灰色关联分析法的松辽盆地CO_2地质储存适宜性评价

松辽盆地是中国主要的能源基地,随着中国振兴东北老工业基地政策的实施,如何应对工业和经济发展带来的CO_2排放量的增加,将成为亟需解决的问题。在盆地内进行CO_2地质储存将成为盆地内解决该问题的主要技术选择之一。以松辽盆地为研究对象,在深入分析松辽盆地CO_2地质储存条件的基础上,从储存规模、储存安全性和社会环境风险及经济适宜性4个方面综合考虑,构建了由16个指标组成的松辽盆地CO_2地质储存适宜性评价指标体系,利用灰色关联分析法对松辽盆地33个二级构造单元进行了盆地级适宜性评价工作,评价结果为进一步场地级目标靶区的筛选提供了科技支撑。

我国含煤层气盆地CO_2地质储存潜力评价

煤层CO2地质储存是CCS中的四种技术方案之一,是减少CO2排放的有效方式。根据最新一轮全国煤层气资源调查的含煤层气盆地煤层气可采储量结果,基于碳封存领导人论坛（CSLF）推荐的计算方法进行我国主要煤田CO2地质储存潜力评价,计算了我国埋深在1000~2000m内煤层的CO2地质储存潜力,计算结果表明全国28个含煤层气盆地煤层储存CO2总潜力为9881×10^8t。其中鄂尔多斯盆地、准格尔盆地、吐哈盆地、海拉尔盆地的储存潜力都超过10×108t,这4个盆地的总储存潜力为6845×108t,占全国总储存潜力的6927%,将是我国进行煤田CO2地质储存的主要盆地。

安徽省沉积盆地CO_2地质储存适宜性评价

CO_2的地质储存已成为减缓温室效应的一条有效的途径。区域的CO_2地质储存适宜性评价是选址建设CO_2地质储存工程的基础,而建立适当的评价指标体系与选择合理的评价方法对于CO_2地质储存适宜性评价起到至关重要的作用。本次研究以安徽省内CO_2减排需要为目的,根据研究区实际的地质条件,从CO_2的地质储存所关联的多重因素出发,建立起包括安全性、技术性、经济性与社会环境性4个方面的评价指标体系,并引入变异系数法对评价指标确定权重与TOPSIS模型对研究区的CO_2地质储存盆地适宜性进行排序。研究结果表明:阜阳盆地与合肥盆地为优先选择的CO_2地质储存盆地。评价结果为安徽省初步选址CO_2地质储存工程建设提供了科学依据。

南方地区沉积盆地CO_2地质储存潜力与适宜性评价方法研究

南方地区沉积盆地个数多达140有余,之前仅有少数盆地进行了CO2地质储存潜力与适宜性评价。本文在综合国内外CO2地质储存潜力与适宜性评价方法及南方地区沉积盆地具体的地质特点的基础上,通过对《全国CO2地质储存潜力评价与示范工程实施技术要求》评价指标体系进行优化和改进,建立了7个指标层、20个指标和5个指标划分等级的CO2地质储存潜力评价指标体系,对南方地区沉积盆地进行了D级CO2地质储存潜力与适宜性评价。结果表明:南方地区各储存介质(深部咸水含水层、油气田、煤层)的CO2地质储存潜力值合计为165.15×108 t,其中深部咸水含水层是南方地区沉积盆地最主要的CO2地质储存场所;楚雄盆地、洞庭湖盆地、江汉盆地可圈定CO2地质封存远景区及目标靶区。

塔里木盆地巴楚地区奥陶系礁灰岩CO_2地质储存的溶解溶蚀特征

CO2地质储存是有效减少大气中CO2的重要途径,但礁灰岩会因超临界CO2环境而发生溶解,导致孔隙度扩大,影响其储层的CO2储量。以塔里木盆地巴楚地区奥陶系礁灰岩为例,在温度40℃～120℃、CO2分压8～20MPa条件下,对礁灰岩储层进行CO2地质储存的模拟试验,观察岩样在试验前后宏观、微观的表象变化,分析其溶解度和孔隙度的变化趋势。结果表明:礁灰岩的溶解度随温度的升高而减小,随CO2分压的增加而增大,且温度为主要影响因素;在相同的CO2分压以及温度较低和原孔隙度较大的条件下,超临界CO2对礁灰岩的溶蚀作用较强,孔隙度的增幅较大,但由于温度和CO2分压的双重作用,礁灰岩整体的孔隙度变化可忽略不计;在超临界CO2的注入过程中,随着地下水的流动,储层内的溶蚀程度有局部差异;入口处的单位体积储层内,若1 000倍单位体积孔隙水的超临界CO2流体通过时,礁灰岩的孔隙度可扩大约1倍。

OpenMP在CO_2地质储存数值模拟并行计算中的应用

为减少CO2地质储存数值模拟计算时间和增强计算规模,文章提出基于Open MP和动态内存分配的方式,重构TOUGH2-ECO2N数值模拟器。通过耗时评估可知,模拟器的主要耗时部分为状态方程计算、组建矩阵方程和方程求解。基于此,在遵循Open MP并行化原则下,采用动态内存分配、处理跳转语句和算法内部的相关性,以及函数内部参数优化等措施,完成了多相流模拟器的并行化。计算试验结果表明,并行化模拟器算法正确、执行效率高,且具有加速效果良好的特点。针对中小规模的模型对比试验,4核的加速比可以达到2.28倍。