日本苫小牧CO_(2)海底地质封存监测技术分析及其启示

海洋二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)是应对全球气候变化、减排温室气体CO_(2)的关键技术之一,也是实现中国碳中和目标愿景解决方案的重要组成部分。中国近海沉积盆地封存潜力巨大,2022年中国首个CO_(2)海底地质封存示范工程已在南海珠江口盆地咸水层中正式启动。日本苫小牧咸水层封存项目作为迄今为止亚洲最成功的海底封存项目,其CO_(2)封存监测工作为我国离岸封存项目的开展提供了重要的实践参考及技术指导。文章全面回顾了苫小牧CCS项目案例情况,对项目执行、场地监测内容及布点、监测设施及技术、监测结果等进行分析,总结苫小牧CCS项目的成功经验,以及陆—井—海结合一体化的多层次、全方位的监测体系,旨在助力中国海上CO_(2)封存项目顺利运行,确保海洋生态环境安全。

CO_(2)海底地质封存泄漏监测研究进展

CO_(2)海底地质封存可以实现大量的CO_(2)与大气长时间的隔离,对于沿海工业发达地区碳中和的实现至关重要。尽管泄漏的可能性极其微小,开展海底地质封存CO_(2)泄漏监测对于该人工碳汇的评价和应用仍是必须且必要的。简要介绍了国外较为熟知的模拟泄漏试验:QICS、ETI-MMV和STEMM-CCS,梳理了试验中验证的系列技术方法。目前我国在海底地质封存泄漏监测研究方面处于起步阶段。针对CO_(2)海底地质封存的典型应用场景,分析了泄漏监测技术的发展现状,并阐述了泄漏监测策略:建立坚实的海洋环境基线,开展风险评估并针对特定地点制定海洋监测计划。研究认为,海底地质封存CO_(2)泄漏监测需要研发可以实现长期低成本实时监测和精准评价的多层次监测技术,应在明晰泄漏风险点变化机制的基础上,结合海洋环境基线调查,建立和完善系统的智能监测预警及处置体系。

海底沉积层内CO_(2)水合物长期储存的地质风险评估

新一代南海可燃冰开采、固碳和地质修复三联技术采用CO_(2)水合物置换开采法,将CO_(2)注入开采完后的天然气水合物储层,并在低温高压条件下以水合物形态进行长期地质封存。此方法既可实现能源开采,又能有效缓解温室效应,但目前对于海底沉积层内CO_(2)水合物长期储存的海底边坡稳定性问题研究较少。基于流固耦合方法和强度折减法,模拟得到海底边坡在不同位置、不同时期的应力、应变、位移变化情况,分析边坡在水合物全分解过程中的稳定性。依据南海可燃冰储藏区域的地形条件和土体参数,设计不同真实环境下的工况,探究各项参数的改变对边坡安全系数的影响。研究结果表明,将CO_(2)水合物分解度控制在安全范围内,即可施行长期海底碳封存。在水合物分解程度到一定程度后,斜坡的塑性应变值开始急剧增加,并逐渐形成了向上连通的塑性贯通区,此刻斜坡开始发生破坏。地形条件对斜坡稳定性的改变大于土体参数,影响程度排序为斜坡坡角>水合物层厚度>水合物层埋深,摩擦角>黏聚力>弹性模量,其中关键因素为坡角和摩擦角。