CO_(2)地质利用与封存环境下钢材腐蚀行为与腐蚀控制措施研究进展

CO_(2)地质利用与封存(CO_(2) geological utilization and storage,CGUS)是实现“碳中和”目标的重要技术手段,解决CGUS过程中的钢材腐蚀问题对于降低CGUS技术风险、实现CGUS技术规模化推广应用至关重要。综述了目前已经提出的CO_(2)腐蚀钢材反应机制,总结了CO_(2)腐蚀钢材的主要影响因素,阐明了CO_(2)分压、温度、矿化度及pH值、CO_(2)封存环境中含有杂质、流体流动等因素对钢材腐蚀行为的影响,归纳了适用于CO_(2)腐蚀钢材防护的主要措施。基于此,提出了CGUS环境下钢材遭受CO_(2)腐蚀问题的重点研究方向。主要包括:CO_(2)腐蚀钢材反应机制的进一步探究;各项环境因素耦合作用影响CO_(2)腐蚀规律和腐蚀程度的量化研究;高浓度CO_(2)条件下腐蚀防护技术的开发与应用。

CO_(2)地质利用与封存中碳迁移及其相态分布规律

CO_(2)地质利用与封存技术是“双碳”战略下重要的碳减排手段,前人的研究多集中于地质利用方面,而对地层的碳封存潜力尤其是CO_(2)矿化潜力的定量评价存在不足。为此,通过程序开发手段,将闪蒸计算加入开源的反应溶质运移模拟软件中,利用改进后的软件建立了松辽盆地大情字井油田H59区块的三维地质模型,通过历史拟合注采过程校正模型地层参数,最后采用校正后模型量化表征了不同注入阶段及注采结束后CO_(2)迁移与相态转化的时空演化过程。研究结果表明:①在油藏CO_(2)混相驱条件下,CO_(2)在注入井端的小范围内呈现气相,在接触到油相前缘后,CO_(2)受浮力影响减弱,在垂向上逐渐趋于均匀分布,并向开采井端均匀推进;②气水同注阶段与注气阶段均有超过70%注入的CO_(2)溶解于油相,但气水同注阶段溶解于水相的CO_(2)含量明显增加;③注采结束后的相态演化特征表现为溶解水相CO_(2)逐渐转变为矿物相,而溶解油相CO_(2)存在转变为游离态气相的趋势;④注采结束后,主要矿化过程为绿泥石及铁白云石溶解产生铁、钙离子,与碳酸根离子结合构成方解石和菱铁矿等沉淀矿物(固碳矿物),而主要溶解矿物有钾长石、钙蒙脱石、铁白云石及绿泥石。结论认为,基于现场实测数据,利用嵌入闪蒸计算的CO_(2)地质利用与封存组分模拟软件,提高了对CO_(2)迁移及分布相态规律的进一步认识,研究结果对实现注CO_(2)高效提高采收率与封存具有重要指导意义。

海洋CO_(2)地质封存研究进展与发展趋势

CO_(2)捕集、利用和封存是中国实现“双碳”目标的核心技术,也是全球研究的热点。CO_(2)地质封存是其中的关键环节,特别是海洋CO_(2)地质封存是今后的重点发展方向。以国内外海洋CO_(2)地质封存的发展历程为基础,结合典型CO_(2)海洋封存示范项目案例,系统梳理了国内外海洋CO_(2)地质封存理论研究进展,分析了CO_(2)在井筒流动、相变与传热、CO_(2)流体运移与储层物性参数展布规律、海洋地质封存机制及封存潜力、地质封存盖层完整性及安全性评估等方面的研究现状。认识到中国目前对海底地质结构中CO_(2)注入过程的多相态转化、溶解、捕获传质特征及动力学特性认识尚浅,对海洋封存机制及不同封存机制之间的相互作用机理尚不明确,未来应开展海洋CO_(2)动态地质封存空间重构机制研究,解决地质封存相态转化及流体动态迁移机理等关键科学问题,揭示海洋CO_(2)地质封存机制的相互作用机理,形成适用于中国海洋地质封存CO_(2)高效注入和增效封存方法。

中国水层CO_(2)地质封存技术攻关方向

在国家“碳达峰碳中和”战略目标下,为了延长化石能源行业的生命周期,亟需进行大规模碳减排的重大革命,其中CO_(2)地质封存(CCS)这一大规模碳减排的托底技术,已在全球达成共识。为此,系统梳理了全球CCS发展趋势,并针对中国CCS地质特点和工程技术现状,分析了中国发展水层CCS面临的挑战和难点,提出了中国水层CO_(2)地质封存技术的攻关方向。研究结果表明:①中国水层CCS起步早,当前正在开展世界级规模水层CCS先导试验,技术水平与国外并行,CCS有望成为中国未来大规模碳减排的主要手段;②鉴于中国水层多无法回避陆相沉积、断裂发育、非均质性强等先天条件,中国未来建设大规模水层CCS将面临封存规模大、封存成本高和长期封存安全性等3个方面关键技术的挑战;③从推动和形成CCS负碳新产业角度,中国未来水层CCS碳埋存需要攻克CCS地质体评估、CO_(2)高速注入、低浓度CO_(2)封存、降低成本和地质监测等5个关键技术。结论认为,该研究认识进一步坚定了中国发展水层CCS技术的信心,提出的5个方面关键技术为快速形成负碳领域的国家战略科技力量明确了攻关方向,同时为后续推动大规模地下储氢、储氦、压缩空气储能等战略性新兴行业的发展提供了前瞻性技术支撑。

纳米SiO_(2)强化CO_(2)地质封存页岩盖层封堵能力机制试验

页岩为CO_(2)盐水层地质封存常见盖层岩石类型,强化盖层封堵能力有利于提高CO_(2)地质埋存量和安全性。为探究随CO_(2)混注纳米SiO_(2)(SNPs)强化盖层封堵能力的有效性和可行性,对CO_(2)地质封存页岩盖层样品开展原地条件下的超临界CO_(2)酸蚀反应试验,基础组为页岩样品-地层水、对照组为页岩样品-地层水+超临界CO_(2)、优化组为页岩样品-地层水+SNPs+超临界CO_(2),并采用核磁共振测试、场发射扫描电镜可视化观测、X射线衍射测试和岩石力学试验,探究CO_(2)酸蚀反应前后的页岩孔隙结构、表面形貌、矿物成分及力学性质特征。结果表明:优化组的大孔孔隙分量及孔隙度和渗透率增大幅度低于对照组;与对照组相比,优化组黏土矿物与碳酸盐岩矿物相对含量损失少,表明随CO_(2)混注SNPs可使岩样内部酸蚀作用减弱;SNPs在岩石端面吸附聚集或进入岩心孔喉,可使优化组页岩样品力学性能损伤程度降低;随CO_(2)混注SNPs有利于强化CO_(2)盐水层地质封存盖层封堵能力。

深部煤层CO_(2)地质封存量化评估及案例研究

地质封存CO_(2)作为理想的减碳技术,有望成为缓解温室效应的重要手段,因此量化评估深部煤层CO_(2)地质封存潜力与研究超临界CO_(2)与深部煤岩之间相互作用成为了“双碳”背景下的研究热点。以焦作矿区九里山煤样为试验研究对象,分析了深部煤层超临界CO_(2)吸附与封存机理,分别开展了35和45℃下煤样的CO_(2)等温吸附试验,解释并校正了CO_(2)吸附等温线高压异常下拐现象,得到了不同温度下煤样的CO_(2)实际吸附量。提出了一种新方法计算CO_(2)地质封存量,能够校正吸附相体积造成的封存量计算误差,并能精确评估不同埋深煤层CO_(2)理论和有效封存量。研究结果表明:①当高压吸附饱和时,煤样表面所有的吸附位被完全占据,此时吸附相体积和密度不再发生改变,吸附量应趋于稳定,但实验室测得的吸附量却在高压饱和阶段随压力增大而减小,这并不符合Langmuir吸附原理,因此必须对实验室测试的吸附等温线进行校正,才能应用于深部煤层CO_(2)封存量评估;②煤中CO_(2)封存量主要由吸附和游离封存量组成,吸附封存量需要采用吸附相密度和Gibbs吸附量进行反算,游离封存量则需要掌握煤中游离相占据的孔隙体积,它只能根据煤中孔隙总体积减去吸附相体积进行计算,因此,吸附相是精确评估吸附和游离封存量的决定性因素;③采用修正的煤层CO_(2)地质封存量化方法,以焦作修武研究区800~2000 m深部煤层为例,得出其单位质量煤中CO_(2)理论封存量为1.52~2.16 mmol/g,CO_(2)有效封存总量为11.19×10^(9)m^(3),换算为封存总质量为21.97 Mt。本研究案例不仅校正了吸附试验数据的物质平衡错误,而且考虑了吸附相占据孔隙空间对游离封存量的影响,这对深部煤层CO_(2)地质封存量精准评估具有重要的应用意义。

煤中超临界CO_(2)解吸滞后机理及其对地质封存启示

将CO_(2)注入不可采煤层地质封存既是降低温室气体效应最理想选择之一,也是煤炭工业降低CO_(2)排放、实现低碳化可持续发展的必由之路,然而,煤层CO_(2)地质封存悬而未决的关键问题是:“注入煤层中的CO_(2)到底能否长期停留而安全封存?”。鉴于此,在弄清煤体CO_(2)解吸滞后规律的基础上,揭示超临界CO_(2)解吸滞后机理,建立煤层CO_(2)地质封存量化模型,探讨利用解吸滞后实现煤层CO_(2)长期安全封存。研究表明:煤中超临界态CO_(2)解吸滞后程度大于亚临界态CO_(2),在超临界阶段,吸附与解吸等温线形成近似“平行线”的稳定滞后特征;解吸滞后的本质原因是煤中微纳米级亲水性孔隙形成弯液面、产生强大毛细压力、渗吸液态水、截断并固定超临界CO_(2)流体、最终形成了CO_(2)残余封存,例如,煤中直径40~10 nm圆柱形无机孔隙可产生7.30~29.12 MPa毛细压力,足以封堵超临界态CO_(2);以九里山煤样解吸等温线数据为例,采用基于煤层CO_(2)解吸滞后的地质封存量化模型,评估出900~1500 m深部二1煤层封存总量稳定在35~37 m^(3)/t,其中,吸附封存约占80%,残余封存约占15%,而结构封存仅占5%;解吸滞后启示应尽可能采取措施提高煤层残余封存CO_(2)比例,原因是毛细堵塞的残余封存CO_(2)较围岩密封的游离和吸附CO_(2)更安全且没有泄露风险,煤层灰分、水分、孔隙尺寸和形貌等物性参数是影响残余封存效率的主要因素。

面向地质封存及其泄漏风险评价的CO_(2)物联网在线监测

CO_(2)地质封存可以在控制CO_(2)排放的同时兼顾社会经济发展,已成为实现双碳战略目标必不可少的技术途径。然而,在CO_(2)地质封存过程中,由于封存的CO_(2)存在向封存区外泄漏或渗漏的风险,这可能对环境以及周围生物造成严重影响。因此,CO_(2)地质封存的安全性和有效性风险需要得到持续的监测,对于潜在泄漏的监测与识别是碳封存系统安全保障的关键环节。物联网在线监测技术具有的大范围、连续监测和智能分析等特征,较好地契合了地质封存场地的监测需求,但目前还没有在封存监测领域进行大规模应用。为了建立面向地质封存场地的物联网在线监测系统,首先介绍了传感器选择和传感器节点部署的依据,并提出了底层传感技术的设计思路,展示了已完成的碳排放在线监测系统。在传感器选择方面,采用红外CO_(2)传感器为主、激光CO_(2)传感器为辅、FT-IR巡逻监测的设计思路。在传感器节点部署方面,采用随机部署与固定部署结合,可移动部署实时优化的设计思路。在网络拓扑结构设计方面,在高泄漏风险的重点区域采用簇状拓扑和网状拓扑混合的方式,在边缘区域则采用星状拓扑、树状拓扑结构与主体区域相连的设计思路。未来伴随着传感器批量化和微型化生产的不断推进,传感器节点的分布组网将逐渐形成规模,物联网在线监测技术将在CO_(2)地质封存场地的监测领域发挥更为重要的作用。

不同地质体中CO_(2)封存研究进展

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是降低二氧化碳(CO_(2))排放、缓解气候变化问题的重要措施。作为CCUS技术的重要组成部分,CO_(2)地质封存是我国能源工业领域实现碳中和目标的“兜底”技术。常见的CO_(2)封存地质体包括深部咸水层、枯竭油气藏、深部不可采煤层和玄武岩等,不同地质体中CO_(2)的封存过程及其机理存在差异。综述了不同地质体中的CO_(2)封存机理、国际国内CO_(2)封存的主要工程实例以及不同地质体中CO_(2)封存潜力的计算方法,并对CO_(2)地质封存的前景进行了展望。

CO_(2)捕集、利用和封存在能源行业的应用:全球案例分析和启示

为了实现中国21世纪中叶达到碳中和,大规模应用CO_(2)捕获、利用和封存(CCUS)技术可以减少能源行业的温室气体排放。通过对国内外CCUS技术、项目的调研,得出了关于未来CCUS部署的3个见解,这些见解有助于能源行业实现转型。首先,碳源浓度较低导致碳捕集效率低,从而导致碳捕集的经济成本较高的问题是目前CCUS项目无法商业化的主要因素,在发展当前的碳捕集技术,提高捕集效率和降低捕集成本的同时也应大力研究空气捕集技术,尤其是在工艺设计和新型吸附材料研发方面,争取实现弯道超车;其次,CO_(2)在油气藏和咸水层的封存与利用应当作为CCUS技术研究的重点,逐步实现大规模推广,并在技术升级和体系完善的基础上推广CO_(2)增强地热、煤层气等其他耦合技术;最后,应当在当前国际上较成熟的碳政策的基础上研究适合中国的激励政策,建立有效的法律法规。论文总结了当前CCUS的关键挑战,并为未来的CCUS研究方向提供了指导方向。

浙东沿海典型沉积盆地CO_(2)地质封存潜力与试点意义分析——以长河盆地为例

碳捕集利用和封存(CCUS)技术是实现全球碳中和不可或缺的技术,开展CO_(2)地质封存(CCS)工作有助于实现碳中和的目标。中国东部沿海发达城市分布众多发电厂、炼化厂等CO_(2)大排放源,对CO_(2)封存需求较高。为缓解地区CO_(2)排放压力,挖掘东部沿海地区周围具有封存潜力的中小型沉积盆地,在搜集区域地质资料的基础上,选取浙江省杭州湾南岸的长河盆地作为研究对象,计算盆地封存潜力,并分析中小盆地封存试点意义。根据沉积盆地CO_(2)地质储存潜力评价方法,计算盆地咸水层CO_(2)地质封存潜力,评价结果表明,长河盆地具有较好的咸水层CO_(2)地质封存潜力。盆地最具封存潜力的是古近系长河组二段(Ech^(2))中的第一砂岩层和长河组一段(Ech^(1))中的砂砾岩层,预期理论封存量为4.84亿t,有效封存量可以达到1 162.61万t。研究结果表明,开展中小沉积盆地CO_(2)地质封存工程试点,可在一定程度上缓解沿海地区和企业碳排放压力,为海域碳封存积累技术和经验。

基于数值模拟的CO_(2)地质封存项目井筒泄漏风险定量化评价方法

为评估CO_(2)地质封存场地的CO_(2)沿井筒泄漏风险,介绍了自主研发的可对CO_(2)井筒泄漏风险进行定量化评价的数值模拟WellRisk软件,将软件应用于实际CO_(2)地质封存场地--神华鄂尔多斯CO_(2)咸水层封存示范工程,定量评估该场地CO_(2)沿注入井和监测井的泄漏量,并将软件模拟结果与美国能源部开发的NRAP–IAM–CS(The national risk assessment partnership–integrated assessment model–carbon storage)软件模拟结果进行对比,实现了CO_(2)沿井筒泄漏风险的定量化评价。定义了井筒泄漏系数,即井筒发生泄漏的有效截面积和井筒总截面积的比值,并将井筒泄漏系数作为量化表征井筒固井质量的重要参数。当泄漏系数取值为10^(–6)时,神华CO_(2)地质封存场地在1000 a内的总泄漏量为720 tCO_(2),占总注入量的0.24%,小于IPCC的风险阈值1%。因此,泄漏系数为10^(–6)或更低的井筒是低风险泄漏井,具有良好的固井质量,对应于NRAP–IAM–CS软件中井筒渗透率低于10^(–12)m^(2)的情况。泄漏系数为10–5或更高的井筒是高风险泄漏井,具有较差的固井质量。WellRisk和NRAP–IAM–CS的计算结果均表明,当注入井和监测井的固井质量良好时,神华CO_(2)地质封存场地基本不存在CO_(2)泄漏风险。

准噶尔盆地深部咸水层CO_(2)地质封存适宜性及潜力评价

针对准噶尔盆地咸水层CO_(2)封存有利区域和封存量认识不清的问题,利用准噶尔盆地地质特点与国内外深部咸水层CO_(2)地质封存典型项目对比研究的方法,从安全性、经济性和规模性等方面,对准噶尔盆地深部咸水层CO_(2)地质封存的适宜区域、适宜深度和层位进行研究,并采用碳封存领导人论坛(CSLF)提出的封存量计算方法,对封存潜力进行初步评价。结果表明:准噶尔盆地的石西凸起、滴南凸起、北三台凸起等中东部地区为深部咸水层CO_(2)地质封存的适宜区域,适宜深度为1000~3500 m,主力存储层位为白垩系清水河组、侏罗系三工河组和八道湾组;适宜区内主力存储层CO_(2)理论封存潜力为606.08×108 t。研究成果为下步开展准噶尔盆地深部咸水层CO_(2)地质封存场地选址提供依据。

咸水层CO_(2)地质封存研究进展及前景展望

针对全球变暖问题,众多国家在巴黎气候变化大会上签署的协定为后续碳排放和控制气温上升提供了新思路。碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)是处理过度排放CO_(2)的方法之一。作为CO_(2)封存方法之一,咸水层封存具有储层分布广、与碳排放源匹配性好、封存潜力大、环境影响小的特点。本文从咸水层封存中的构造、毛细管、溶解和矿化封存这4种主要机理出发,从盖层地质条件、储层物性参数、CO_(2)纯度、封存操作4种主控因素入手,结合全球应用咸水层进行CO_(2)封存的工程项目案例,通过分析和对比全球咸水层封存项目实施的地质构造背景、封存过程、封存潜力以及环境监测方法等,总结适宜CO_(2)封存的地点和合适的监测机制,以期为中国咸水层CO_(2)地质封存工作提供借鉴。

盐水层地质参数对CO_(2)封存效果的评价

在二氧化碳捕集、利用与封存技术中,盐水层封存CO_(2)由于具有分布面积广和封存潜力大等多重优势,逐渐成为应对全球气候变暖、实现2050年世界净零目标、减少CO_(2)排放的有效方法。为提高盐水层中CO_(2)的封存效果,以国内外现有的相关地质封存项目数据为基础,采用Petrasim软件中的TOUGHREACT/ECO_(2)N模块,选取CO_(2)溶解质量和气态CO_(2)饱和度为评价指标,通过数值模拟方法,从盐溶液体系和储层物性参数2个方面,揭示地层盐水盐度、地层盐水组分、地层压力、地层温度和渗透率5个地质参数对盐水层CO_(2)封存的影响机制,并定量评价CO_(2)封存效果。结果表明:①各地质参数主要通过改变CO_(2)、地层盐水的密度和黏度、CO_(2)溶解度以及CO_(2)–盐水–岩石的化学反应等,进而控制地层流体的溶解度、流动性和传质性;②CO_(2)的溶解度和地层盐水密度分别随盐度的增加而降低、增大,但前者受其影响程度更大,从而盐度对CO_(2)的溶解表现出抑制作用,因此低盐度的盐水层更有助于增加CO_(2)封存量及提高埋存安全性;③根据苏林分类法得到的4种盐溶液组分中,CaCl_(2)水型对应的CO_(2)溶解质量略低于其他3种水型,但整体上不同盐溶液组分对CO_(2)封存效果影响不大;④在CO_(2)溶解度和气液两相黏度比的共同作用下,CO_(2)溶解质量随压力和温度的增大而减少,气态CO_(2)饱和度变化相反;渗透率对气体流动性和运移距离起直接控制作用,因此地层压力和温度越低,渗透率越大的盐水层越有利于CO_(2)封存。

地热水回灌耦合CO_(2)地质封存系统安全性分析

在圈闭良好的水热型地热储层,开展CO_(2)随回灌水同时注入储层的研究,既具有经济效益又具有碳封存的环境效益。建立了3D储层模型,对不同井距、地层倾角、筛管位置和采灌速率下CO_(2)突破时间以及富含CO_(2)的盐水在储层中的运移情况进行了研究。结果表明:(1)在采灌速率为20 kg/s,20 a运行时间内井距为1200 m时CO_(2)未突破;(2)在倾斜地层中,当回灌井位于开采井下游时,随地层倾角增加,CO_(2)突破时间延长,沿地层下倾方向碳酸水运移距离增大;(3)综合考虑筛管位置对突破时间和突破后开采井中CO_(2)质量分数的影响,回灌井筛管位于储层上部30 m、开采井筛管位于储层下部30 m时,有利于CO_(2)地质封存的安全性和有效性;(4)采灌速率对CO_(2)突破时间影响较大,当采灌速率为12 kg/s时,CO_(2)未突破;当采灌速率增加到28 kg/s时,突破时间缩短到11.8 a。因此,在实际工程应用中可以通过对操作参数和地层固有特性的研究延缓CO_(2)突破,提高CO_(2)地质封存安全性。

地热水回灌耦合CO_(2)地质封存数值模拟

溶解封存可有效解决CO_(2)地质封存的泄漏问题,但地下溶解耗时长,地表溶解成本高。提出将地热水回灌和CO_(2)地质封存耦合,采用CO_(2)和水在回灌井一定深度混合的方法,促进CO_(2)溶解、降低溶解成本。建立了CO_(2)-地热水-盐在井筒和地层的多相流模型,对不同CO_(2)注入速率、混合深度、储层渗透率条件下的井口压力和储层运移情况进行模拟。结果表明:(1)注CO_(2)和水质量比例较小时,随CO_(2)注入速率增加,注水和CO_(2)压力分别维持在1.0 MPa和4.3 MPa左右;当CO_(2)和水质量比例大于储层条件下CO_(2)饱和浓度时,注入压力大幅度增加,游离态CO_(2)在储层上方积聚;(2)混合深度在390~650m之间时,注水压力保持稳定;随混合深度增加,注CO_(2)压力逐渐增加;(3)随着水平渗透率和垂直渗透率比值逐渐增大,注水和注CO_(2)压力以及储层压力均减小,碳酸水在储层顶部和底部运移距离的差值逐渐增大。该方法可充分利用地热回灌水实现CO_(2)地质封存同时降低溶解功耗。

北部湾盆地涠西南凹陷咸水层CO_(2)地质封存储盖优选及潜力评估

CO_(2)地质封存被认为是实现碳中和目标的兜底技术,近海沉积盆地远离人类活动区,在实施CO_(2)地质封存方面相比于陆上沉积盆地更具优势。为查明广东省近海北部湾盆地涠西南凹陷咸水层CO_(2)封存潜力,基于盖层埋深、单层泥岩最大厚度、泥地比、断层密度和储层孔隙度、地层厚度、砂地比、渗透率等8个指标,构建了盆地二级构造单元的储盖评价体系,结合各地层岩心物性资料和三维地质模型,对涠西南凹陷储盖进行优选,并以US-DOE法对有效封存潜力进行了评估。研究结果表明,涠西南凹陷在海底以下800~3000 m内,有2套适宜CO_(2)封存的储盖组合。储盖组合1:新近系角尾组一段浅海相泥岩盖层−角尾组二段、下洋组滨浅海相砂岩储层,有效封存容量为7.49亿t;储盖组合2:古近系涠洲组二段中深湖泥岩盖层−涠洲组三段砂岩储层,有效封存容量为3.74亿t。在涠西南凹陷中优选出2套适宜咸水层封存CO_(2)的储盖组合,有效封存容量为11.23亿t,按照广东省粤西地区CO_(2)年排放量为7000万t进行评估,能够满足该地区超16 a的CO_(2)减排需求。

CO_(2)地质封存诱发断层活化和流体泄漏模型及数值研究

地下注入二氧化碳(CO_(2))可能通过改变孔隙压力和地下应力而引发地震。深入了解流体注入导致的断层再活化的基本机理对于评估与地下流动过程相关的地震及流体泄漏风险具有重要意义。基于此问题,本文推导了地层和断层内CO_(2)与水两相渗流控制方程,建立了模拟CO_(2)注入诱发断层活化及泄漏的全过程数值模型,重点分析了不同的断层属性和CO_(2)注入工况对断层活化及流体泄漏的影响。数值结果表明,在断层活化后,其渗透率显著提升,最大增幅可达106倍,将断层滑移区从原本的阻碍渗透的屏障状态转变为主导渗流通道。不同的初始切向渗透率对断层活化时的力学特征有显著影响,初始切向渗透率越大,断层滑移量越大。具有较强的剪切刚度的断层对注入诱发的活化表现出更强的抵抗能力。此外,CO_(2)注入速率影响了断层活化的地震和CO_(2)泄漏。低注入速率在相同的注入量下引起的断层滑移量更小,但伴随着更多的CO_(2)泄漏;而高注入速率下,断层滑移量更大,但CO_(2)泄漏量较少。

CO_(2)地质封存选址关键要素评估

CO_(2)地质封存作为有效移除温室气体的主要技术选择,正被广泛应用于全球CCS/CCUS产业。为厘清影响CO_(2)地质封存选址的关键要素,通过分析封存核心需求,从确保封存能力和封存效率、保障封存的安全性和稳定性两大方面着手,建立封存选址关键要素体系,并逐一评估。研究结果表明:①共识别出12类关键要素,其中CO_(2)密度、埋深、碳源、储层条件、地质圈闭类型以及盖层为核心要素;②埋深在1000~1500 m、碳源纯度在99%以上可最大限度提高CO_(2)密度,进而保障封存能力;③储层方面,高封存量级为优先选择条件,同时高孔渗物性条件(孔隙度大于20%,渗透率大于100 mD)能大幅提高封存效率,而含咸水储层可进一步提升封存能力;④地质圈闭类型首选背斜型和砂岩型岩性圈闭,其在保证封存安全性和稳定性的同时还能提供较大规模储集空间;⑤盖层首选含化学沉积岩及泥质岩、致密石灰岩、厚度大于200 m、多套且连续稳定分布盖层,可有效阻隔CO_(2)逸散。