碳地质封存国内法规制的若干重要问题

碳地质封存(CCS)作为持续使用传统化石燃料约束下减少温室气体排放惟一可行的技术手段已经成为国际共识,但CCS活动可能产生竞争性物权冲突以及因CO2泄露的环境和伦理风险,各国应当以规制此类风险而调试和重构监管制度和私法秩序。监管管辖权的分配主要依据被封存的CO2的性质和作用的不同定性并实行全过程监管,同时在私法上确立矿业权在竞争性不动产物权序列中的优先地位,达致所涉不动产效用的最大化,确立碳封存活动经营者侵权责任的过错推定原则和赔偿责任限额制度,在有关当事人之间实现公平正义,同时促进碳封存活动的顺利开展。

我国海洋地质碳封存研究进展与展望

我国海洋地质碳封存潜力巨大,主要碳封存目标区与主要CO_(2)排放源匹配性良好,可以为碳中和目标的实现提供重要助力。论文分析了我国开展海洋地质碳封存的必要性,介绍了国内外海洋地质碳封存工作的研究进展;指出海洋地质碳封存区划研究、海洋地质碳封存与资源协同性研究、海洋地质碳封存数据库建设以及海洋地质碳封存示范工程的实施是当前工作的重点。研究可为我国碳中和目标的实现提供数据支撑和技术储备。

空地一体化的地质碳封存泄露风险监测方法

为了有效验证和评估地质碳封存的持久性和安全性,本文设计空地一体化的地质碳封存区域泄露风险监测方法,并对封存区域的大气CO_(2)浓度时空变化进行了分析。以地质资料、CO_(2)地面站点数据、OCO-2卫星等数据为研究基础,以新疆维吾尔自治区准噶尔盆地油田碳封存区为研究区域,构建了空地一体化的地质碳封存泄露风险监测方案,设计了“特征提取-特征嵌入-距离度量-特征解码”的空地监测数据融合方法,设计可变密度的地表监测传感节点优化部署网络算法,或密集或稀疏地布设监测节点有效提高监测的准确性,处理OCO-2碳卫星数据分析封存区域大气CO_(2)自然背景浓度波动本底,基于局部近似回归法逐步逼近回归拟合并分离地表监测时序数据,实现全生命周期长期而持续的地表监测CO_(2)局域特征及浓度梯度场分布对比分析。结果表明,空地一体化的地质碳封存泄露地表监测方法,能有效优化CO_(2)地质封存区的传感监测节点部署,通过融合碳卫星观测数据实现地质碳封存泄露扩散场景的长期监测并追踪,为封存泄露过程的精准监测和预警提供科学数据基础,为落实地质负碳创新技术成效和有关政策制定提供重要数据支撑。

中国海域盆地CO_(2)地质封存选址方案与构造力学分析

本文围绕“碳达峰、碳中和”国家战略目标,从断裂活动、盆地压力、构造沉降特征、地震活动性和地温梯度等角度综合分析中国海域盆地适宜大规模CO_(2)地质封存的条件与目标,在宏观上认为东海陆架盆地、珠江口盆地、琼东南盆地东部以及南海中央海盆是最佳CO_(2)地质封存区域,但这并不排除其他盆地内部存在适宜的CO_(2)地质封存点,因为具体某个地质封存工程目标的范围相对较小.东海陆架盆地、珠江口盆地和琼东南盆地内适用于CO_(2)地质封存的地层包括盆地晚期快速沉降期沉积层的底部咸水层和热沉降沉积层内的含油气单元,在适宜的海底之下800~4000 m深度范围内,孔隙度大于10%,静水压力约在8~40 MPa之间、静岩压力约在13~83 MPa之间变化.在此压力范围和合适的地温梯度范围内,CO_(2)以超临界状态存在,其密度随温压变化相对稳定,有利于CO_(2)的流动和渗透.另外,盆地内的基性岩浆岩建造的规模和数量也为CO_(2)地质封存和永久矿化提供了很好的条件.虽然工程难度大和代价高,但南海中央海盆是非常安全的适宜封存CO_(2)的区域,注入到海底大洋玄武岩的CO_(2)因为玄武岩矿化需要较长时间,可能存在CO_(2)泄露,但是除了玄武岩矿化以外,可能泄露的CO_(2)在后面的逃逸中还可以被多次封存,包括:火山碎屑岩矿化、海底沉积物封存、海底沉积物CO_(2)水合物封存、碳酸钙中和反应、海底碳湖和海洋溶解CO_(2)等.南海中央海盆目前6个钻遇基底大洋玄武岩的国际大洋发现计划(IODP)钻孔可以为先导性南海海盆CO_(2)封存实验提供很好的科学与工程基础.

MICP技术用于地质碳封存的微观机理研究初探

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术通过生物化学反应生成碳酸钙矿物,可用于密封地质碳封存盖层大孔隙和微裂缝,减少CO_(2)泄露。地质碳封存地层常处于高温状态,而目前对高温条件下MICP的机理研究尚不多见。使用巴氏芽孢杆菌,借助微流控观测平台,研究了50℃条件下MICP矿化晶体的特性及生长规律。此研究阐释了MICP技术在高温下应用的可能,合理增加菌液和胶结液的注射次数可有效提高MICP化学转化率,显著降低岩土体渗透系数。研究结果加深了高温条件下MICP矿化机理的理解,有助于推进MICP技术在地质碳封存领域的应用。

碳化和氯离子侵蚀作用下井筒钢套管劣化研究

CO_(2)泄漏可能性和井筒耐久性评估是地质碳封存研究的关键问题,本文预测了碳化和氯离子侵蚀耦合作用下井筒钢套管的锈蚀劣化过程。建立了氯离子在碳化水泥中扩散数值模型,考虑碳化对结合氯离子的影响提出碳化井壁水泥中氯离子浓度的预测模型。通过模拟CO_(2)地质储存环境下的钢套管快速锈蚀试验确定了钢套管锈蚀临界氯离子浓度,考虑多参数建立了临界氯离子浓度计算模型,并进行了井筒结构可靠度分析。结果表明:环境温度和水泥浆的水灰比对钢套管锈蚀临界氯离子浓度影响显著。可靠度理论预测发现水泥浆的水灰比为0.6,环境温度为70℃时,井筒结构的最短使用寿命为36.8 a。

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。