不可采煤层CO2封存断层活化机制分析

基于断裂力学和莫尔-库伦准则,建立了不同初始应力状态下CO2注入煤层后储层、盖层岩石破裂准则以及断层活化失稳判据,对封存系统地层稳定性进行了分析,提出了确定CO2临界注入压力的解析方法,并对影响CO2封存安全性的参数(Shmin/Sv、储层盖层岩石弹模、泊松比、断层倾角等)进行了敏感性分析。结果表明:在进行地层稳定性预测时,应充分考虑煤层初始应力状态、吸附引起的差异性膨胀效应以及储层岩石力学性质的影响。煤岩泊松比越小,储层滑动倾向性越小;当Shmin/Sv(最小水平主应力与垂直应力之比)接近于1时,断层滑动的风险大为降低。研究成果可以为不可采煤层CO2封存工程储层压力控制以及安全评价提供科学依据。

CO2封存泄漏大气扩散规律及监测方案——以延长油田CO2-EOR工程为例

针对延长油田CO2-EOR项目的潜在泄漏问题,根据当地气象环境条件,利用重气扩散模型研究了CO2泄漏运移特征,并以此为依据,讨论了该工况条件下CO2泄漏的大气监测方案。结果表明：CO2喷射泄漏后先上升后下降,并沿着下风向运移;在研究区优势风速2.7 m/s条件下,喷射高度与最大CO2体积分数点高度随泄漏速度增加而上升;CO2顺风向运移距离大于侧风向运移距离,且泄漏的地表影响范围随泄漏速度增加呈近似线性增加;泄漏速度3 kg/s时开始出现危险区域,且大于该泄漏速率时,地表危险区面积随泄漏速度增加呈抛物线变化;监测点应位于距离泄漏源下风向50～80 m处,在监测高度0～4 m范围内,CO2监测半宽相对稳定且较大,约为12 m,当监测高度大于4 m时,监测范围明显减小;考虑到监测点预警功能,认为研究区大气监测需要在潜在泄漏源的西北和正南方向50 m处、高度为0～4 m范围内各设置1个CO2大气监测点,该监测方案可根据现场最大泄漏量预估值及监测预警要求,适当减小与潜在泄漏源的距离。

注CO_2提高煤层气采收率及CO_2封存技术

针对柿庄北区块煤层注CO_2提高甲烷采收率的关键因素及现场工程选区,基于研究区储层特征,结合正交试验设计,开展了影响煤层注CO_2提高甲烷采收率的数值模拟研究,评价了注入效果,指出了CO_2-ECBM工程选区的储层渗透率门限。结果显示:研究区地质构造简单,顶底板封盖性好,煤层气成藏具有埋深大、煤层厚、含气量高、临界解吸压力高以及渗透率中等偏低、储层压力低的"四高两低"的基本特点;影响研究区注CO_2促甲烷增产的关键因素是煤储层渗透率;在较高渗透率煤层注入CO_2,有利于提高采收率;较低渗透率煤层可较好地实现CO_2封存;要实现柿庄北区块煤层注入CO_2显著提高甲烷采收率,储层渗透率应高于0.05×10^(-3)μm^2;兼顾提高采收率和CO_2的有效埋藏,储层渗透率宜为(0.05~0.22)×10^(-3)μm^2。

深部非采煤层CO_2封存稳定性模糊综合评判

为实现对深部非采煤层CO2封存稳定性问题的多因素量化评价,采用模糊数学理论提出基于二级评判模型的深部非采煤层CO2封存稳定性模糊综合评判方法,基于科学性、合理性、可操作性、代表性的原则确立8个一级因素指标和4个二级因素指标,建立综合评判体系,综合采用模糊统计法和专家评分法对各个因素指标按4个稳定性等级进行量化分级,分析各因素指标隶属函数的构造,采用层次分析法合理分配各因素指标的权重,结合我国山西沁水盆地CO2-ECBM项目地质勘查资料进行工程实际评判验证,取得与工程实际相一致的评判结果,由此表明:采用模糊综合评判的方法评价深部非采煤层封存CO2的稳定性具有合理性和可操作性,为CO2煤层封存的场地选址提供理论支持。

CO_2地质封存技术进展与废弃矿井采空区封存CO_2

CO2的封存场所包括海洋和地下,其中地质封存研究较多。详细介绍了目前CO2地质封存的主要手段包括深部咸水层封存、油气田封存(废弃油气田封存和CO2驱油)以及废弃煤层封存(CO2驱气),并论述了这些封存技术的研究进展。最后研究了中国的煤矿废弃矿井采空区封存CO2的实际情况及优势,最后提出了相关的建议。

基于CCUS的深部煤层煤层气采收及CO_2封存效果

针对我国深部煤层气资源丰富,但因经济和技术条件有限,很难对其进行常规开采的问题,提出了CO2捕获、利用与封存(CCUS)技术,采用该技术不但可提高深部不可采煤层中CH4的采收率,而且可将CO2有效地封存在深部煤层中,从而达到减排的目的。研究发现:煤阶、煤层压力、煤层渗透率、注入时间、注入气体的组分等都会对生产井中CH4的采收率产生影响,储层的盖层、埋深、构造发育情况、地震活动情况以及地下水条件等会对CO2的封存产生一定的影响。因此,在实施CCUS技术前,要对选区进行合理的评价,以提高项目实施的可行性。

封存CO_2的泄漏过程预测与泄漏速率的影响因素特性

地下封存CO2泄漏的评估方法和风险控制是碳捕集和封存(CCS)技术亟待解决的核心问题。为了揭示封存CO2泄漏过程的影响因素及其特性,本文建立两相流驱替过程数学模型描述封存CO2的泄漏过程,采用COMSOL Multiphysics 3.5a软件进行数值模拟。通过对基准问题及其解的拓展,分别对注入井与泄漏通道之间距离、泄漏通道半径、泄漏通道渗透率、CO2注入速率和CO2注入深度等因素对封存CO2泄漏过程的影响特性进行研究,通过过程模拟和数据分析得到了影响因素的定量函数关系。研究表明:封存CO2的渐近泄漏速率与注入井与泄漏通道之间距离倒数呈对数线性关系,与泄漏通道半径呈抛物线型关系,与注入速率呈线性关系;泄漏通道的绝对渗透率是CO2泄漏速率控制的关键因素,而CO2注入深度的增加并不能有效地降低CO2泄漏速率。本文的计算模型和数值模拟结果不仅揭示了地下封存CO2泄漏过程的影响因素与泄漏速率之间的定量关联规律,还可为地下封存CO2的封存地点选择、泄漏速率估计和泄漏风险评估提供工程分析方法和计算工具。

中国超基性岩封存CO_2的潜力研究

大气CO_2浓度上升引起的气候效应正受到国际社会的高度关注。超基性岩石与CO_2反应可生成稳定的碳酸盐矿物而永久性地固定CO_2,有效地降低人类活动排放到大气中CO_2浓度,从而缓解日趋严重的温室效应带来的全球气候恶化。根据各省《区域地质志》记载的超基性岩体的岩石学、地球化学资料,按照公式:T=1/3·a·t·r·d·(1-φ)计算,对各省市自治区的CO_2封存量进行了详细统计和评估。计算表明,中国超基性岩封存CO_2的潜力巨大,总封存量可达13.02×10^(12)t CO_2,约为2008年全国CO_2总排放量的1887倍。其中超过11.55×10^(12)t CO_2的封存量(占全国总量的89%)在西藏和新疆地区,其他地区占全国的11%,总量达到1.46x10^(12)t CO_2,相当于2008年全国总排放量的212倍,因此具有较高的碳封存潜力。由于各省工业产业结构分布的不均匀导致CO_2排放量有着很大的差异,因此利用超基性岩封存CO_2的潜力相差悬殊。东南沿海和华南地区等经济发达地区相对封存储最较少,应考虑其他方式来封存。

大刍草作为地质封存CO_2泄漏指示植物的评估

随着神华集团鄂尔多斯全球第一个全流程CO_2盐水层封存项目进入长期监测与预警业务流程,选择适宜的CO_2泄漏指示植物方法和试验十分紧迫,但相关的认识还存在不足。采用新发展的植物对CO_2泄漏耐受指数方法,通过盆栽模拟CO_2泄漏的试验,以广泛种植的人工牧草大刍草为例,系统评估大刍草对封存CO_2泄漏的耐受能力。结果发现:随着封存CO_2泄漏量的增加,大刍草株高呈下降趋势,生物量下降在70%以上。大刍草的耐受指数为0.26,属于较不耐受,没有达到CO_2泄漏指示性植物的标准,需要进一步扩大筛选范围。该文初步验证了耐受指数方法在筛选地质封存CO_2泄漏指标植物的适用性。同时,为增强地质封存CO_2泄漏指示植物筛选的稳健性,建议未来加强对植物栽培管理措施、全生长周期等的综合评估。

地质封存中CO_2盐水溶液的表观摩尔体积模型

在现有CO2盐水溶液密度模型的基础上,根据CO2地下盐水溶液密度实验数据,考虑了温度、压力和CO2质量分数三个参数的影响,建立了CO2盐水溶液的表观摩尔体积模型。模型结果表明该模型能在30~50℃、10~20 MPa温压范围内准确预测CO2在盐水溶液中的表观摩尔体积,将预测结果与实验数据进行对比发现最大相对误差为0.25%,平均相对误差为0.1%,模型预测精度明显高于现有的CO2盐水溶液表观摩尔体积模型,为CO2地下盐水层封存提供了必要的基础。

CO_2捕捉与地质封存及泄漏监测技术现状与进展

本文介绍了CO2的捕捉和地质封存技术以及CO2封存后的环境监测技术。CO2捕捉主要包括燃烧前捕捉、燃烧后捕捉、富氧燃烧捕捉。捕捉之后需要将CO2运输到适合的地点进行封存。CO2封存技术主要包括地质封存、深海封存和矿石碳化技术。以地质封存技术为主,基于对其封存方法的分析,详述了不同地质构造(废弃油气田、地下盐水层、废弃煤层)埋存CO2后在地下的状态和不同发展阶段。CO2地下封存完成后,需要长期在地表监测泄漏情况,这也是CCS技术能够成功的关键之一,本文对相关技术的现状与进展进行了介绍。

吸附储层中CO_2封存与强化采气研究展望

介绍了吸附储层中CO2封存与强化采气的研究进展。分析了煤层气/页岩气等吸附储层的典型特点,论述了CO2、CH4及其与煤岩/页岩体间的相互作用特征,探讨了吸附储层中封存CO2的前景与优势、CO2封存与强化CH4解吸动力学过程的模拟思路、CO2地下封存的评价方法,展望了未来的研究发展方向。

延长靖边油田CO_2地质封存矿场实践

在油藏中进行CO_2地质封存既能达到碳减排目的,又提高了原油采收率,是一项很有前景的工程。靖边油田垂向发育三套封闭盖层,能够实现对CO_2接替封闭;靖边乔家洼示范区最佳CO_2封存量为365.21×10^(4 )t;示范区建成了"地层-地表-大气"三位一体CO_2监测体系,实现了油藏封存体有效监测;示范区注入CO_2累计5.9×10^(4 )t,监测结果表明全部安全封存。延长石油在CO_2封存领域的先锋性工作,为中国CO_2地质封存提供示范。

钠长石和钙长石矿物碳酸化封存CO_2热力学简析

"温室效应"已严重威胁着人类的生存和发展。矿物碳酸化封存CO_2是一种极具潜力的碳封存技术。从热力学角度对钠长石和钙长石用于矿物碳酸化封存CO_2的可行性进行了简单的研究。研究结果显示,在1个标准大气压条件下,当反应温度分别低于75℃左右和115℃左右时,钠长石和钙长石矿物碳酸化反应可以自发正方向进行;常压条件下,随着反应温度的升高,钠长石和钙长石矿物碳酸化转化效率均是先基本保持100%不变然后急剧降低;加压条件下,反应压力的增加,适合钠长石和钙长石矿物碳酸化反应的温度区间也会相应的增加;在给定的反应温度下,存在最佳的反应压力点,使得反应压力对矿物碳酸化反应的影响达到最大且能耗最小。

油藏封存CO_2微逃逸机理研究

明确地质封存后的CO_2逃逸机理,是CCUS工程成功应用的关键。通过理论分析,提出油藏封存后的CO_2微逃逸新概念;明确了扩散逃逸、微泡逃逸和渗流逃逸等逃逸方式,并给出了其力学控制方程。

低渗透和特低渗透油藏CO_2驱油封存监测体系的建立

利用CO_2开展低渗透和特低渗透油藏驱油技术研究,涉及CO_2注入、驱油、采出和回收、回注等多个环节。但是超过一定程度的CO_2泄漏会对环境安全和人体健康产生危害,并且降低CO_2的驱油效果。通过辨识低、特低渗透油藏CO_2驱油封存的泄漏特征,分析了在驱油封存不同运营时期以及各个空间维度上的监测需求,剖析了不同监测技术的应用及技术之间的相互关系,建立了一套完整的低、特低渗透油藏CO_2驱油封存监测体系。该体系贯穿CO_2驱油封存全过程,覆盖地下、地表及大气,可以为低、特低渗透油藏CO_2驱油封存项目的实施提供安全有效的保障,促进二氧化碳的捕集、利用和封存技术的发展。

CO_2封存三维地震实验区地质条件评价

根据地质要求在伊盟地区初选CO2封存地以及对其一定范围内的地质基本条件,综合应用地震、地质、测井资料进行综合评价。重点评价地层发育的地质特征,确定地层500 m以下至3 000 m以上储盖层的组合情况、分布区域和位置及厚度、地质构造特征如厚度、特点等,对储盖层岩石的孔隙度、渗透率等做初步预测,为开展CO2封存提出封存目的层的选择建议,利用区域勘探井的相关资料对建议层位进行评价,评价结果表明研究区内石盒子组和石千峰组两套区域性层系具有较好封存条件。

鄂尔多斯盆地马家沟组马五_1亚段地层水特征及对CO_2地质封存的意义

CO_2地质封存技术是实现碳减排的有效措施,对鄂尔多斯盆地马家沟组马五_1亚段地层水特征进行研究,是下一步实施工程化CO_2封存的首要前提。本文依据对深部钻井取样的直观观察与实验测试,采用单项指标分类评价和多项指标综合评价的方法深入分析了马家沟组马五_1亚段地层水的物理性质、化学性质、地层水类型和水化学特征参数。结果表明:马家沟组马五_1亚段地层水密度较大、矿化度极高,属于卤水,含量最多的离子是Cl^-,其次是Ca^(2+),地层水是CaCl_2型。钠氯系数、氯镁系数、脱硫系数和镁钙系数的分析表明马五_1亚段地层水封闭性极好,处于较强的还原环境。综合分析认为马家沟组马五_1亚段地层水具备实施CO_2封存的良好条件,非常适宜进行CO_2封存。

四川盆地理论CO_2地质利用与封存潜力评估

结合CO_2地质利用与封存技术机理,在国际权威潜力评估公式的基础上,系统地提出了适合中国地质背景的次盆地尺度CO_2封存潜力评估方法及关键参数取值。同时,以四川盆地为例,依次开展了枯竭油田地质封存与CO_2强化石油开采、枯竭气田与CO_2强化采气、不可采煤层地质封存与CO_2驱替煤层气,以及咸水层地质封存技术的CO_2地质封存潜力。结果表明,四川盆地利用深部咸水层与枯竭天然气田CO_2地质封存潜力最大,期望值分别达154.20×10~8t和53.73×10~8t。其中,枯竭天然气田因成藏条件好、勘探程度高、基础建设完善,为四川盆地及其周边利用枯竭气田CO_2地质封存技术实现低碳减排提供了早期示范机会。CO_2地质利用与封存潜力评估方法,对进一步开展全国次盆地尺度理论封存潜力评估与工程规划具有重要意义。

CO_2地质封存泄漏研究进展

CO_2地质封存(GCS)是一项将CO_2注入并且永久封存于地下含水层或废弃油气储层等地质体内的CO_2减排技术。由于场地地质条件和人类开发活动导致的不确定性,注入储层的CO_2可通过泄漏废弃井、断层或裂缝以及盖层的"薄弱带"等途径发生泄漏。基于对国内外文献的广泛调研,综述了GCS泄漏及封存安全的研究进展。CO_2沿钻井泄漏一般是因为化学或力学作用导致CO_2沿钻井环空水泥、井筒桥塞或围岩破碎带发生泄漏。CO_2注入储层可能导致盖层破裂,激活原本闭合的断层或断层面滑动。CO_2沿断层/裂缝泄漏主要受有效渗透率、裂缝开度等因素影响。盖层泄漏的方式可归纳为渗透泄漏、扩散泄漏和沿裂隙泄漏3种。CO_2透过盖层的扩散泄漏对于大时空尺度CO_2地质封存泄漏评估不应忽视。CO_2泄漏通常会导致受影响的含水层内地下水的p H值减小、盐度升高、离子增多等地球化学响应,甚至存在自由态CO_2。含水层内流体压力和地球化学特征可用于有效监测封存CO_2、咸水与其他流体的泄漏。GCS泄漏研究目前还十分有限,我国尤其缺乏泄漏的定量研究。