陸相低滲咸水層CO2封存關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

1碳捕集與封存技術(shù)概述001

1.1氣候變化已成為全球性挑戰(zhàn)001

1.2化石能源CO2排放與減排需求003

1.3CCS對(duì)化石能源CO2減排作用巨大003

1.4中國CCS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)005

參考文獻(xiàn)007

2陸相低滲咸水層CO2封存場(chǎng)地評(píng)價(jià)技術(shù)008

2.1場(chǎng)地適宜性評(píng)價(jià)008

2.1.1次盆地尺度場(chǎng)地適宜性評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)008

2.1.2場(chǎng)地適宜性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵要素009

2.1.3場(chǎng)地適宜性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系011

2.1.4目標(biāo)地層篩選的標(biāo)準(zhǔn)013

2.1.5場(chǎng)地篩選方法在本項(xiàng)目中的應(yīng)用015

2.2劉家溝復(fù)合蓋層的密封性評(píng)價(jià)016

2.2.1復(fù)合蓋層的密封效果分析017

2.2.2復(fù)合蓋層密封效果的影響因素021

2.2.3對(duì)CO2地質(zhì)封存風(fēng)險(xiǎn)的影響023

參考文獻(xiàn)023

3陸相低滲咸水層CO2注入技術(shù)024

3.1多地層分類改造024

3.1.1各儲(chǔ)層測(cè)試結(jié)果024

3.1.2各儲(chǔ)層改造方案025

3.1.3不穩(wěn)定試井解釋分析028

3.2注入方案設(shè)計(jì)029

3.2.1無壓裂恒定速率注入031

3.2.2無壓裂非恒定速率注入034

3.2.3有壓裂恒定速率注入037

3.3基于壓力的注入?yún)?shù)控制技術(shù)040

3.3.1基于砂巖透鏡體模型的注入井井口(1698m)壓力估算040

3.3.2基于漂移流模型的注入井井口(1698m)壓力估算042

3.4注入模擬技術(shù)046

3.4.1模擬器開發(fā)046

3.4.2模擬和預(yù)測(cè)軟件的測(cè)試050

參考文獻(xiàn)072

4陸相低滲咸水層CO2封存監(jiān)測(cè)技術(shù)075

4.1監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)075

4.1.1地下監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)077

4.1.2地表監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)082

4.1.3地上空間監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)086

4.1.4CO2咸水層封存項(xiàng)目監(jiān)測(cè)體系設(shè)計(jì)總結(jié)090

4.2監(jiān)測(cè)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用091

4.2.1地下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)091

4.2.2地表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)107

4.2.3地上空間監(jiān)測(cè)系統(tǒng)132

4.3監(jiān)測(cè)裝置的自主開發(fā)與應(yīng)用142

4.3.1地下原位取樣裝置142

4.3.2地下原位CO2通量監(jiān)測(cè)裝置146

4.3.3自校正井中壓力溫度監(jiān)測(cè)裝置149

4.3.4壓力平衡自動(dòng)測(cè)量土壤CO2氣體濃度的裝置154

4.3.5CO2泄漏對(duì)淺層土壤和植物影響評(píng)估的模擬裝置155

4.3.6基于多傳感器的區(qū)域CO2濃度的檢測(cè)裝置157

參考文獻(xiàn)158

5CO2安全預(yù)警技術(shù)161

5.1CO2安全預(yù)警技術(shù)構(gòu)建161

5.1.1CO2封存的安全性評(píng)估161

5.1.2CO2地下運(yùn)移預(yù)測(cè)168

5.1.3CO2泄漏情景下地表擴(kuò)散模擬178

5.1.4CO2泄漏預(yù)警193

5.1.5泄漏應(yīng)急處置197

5.2CO2封存監(jiān)測(cè)、安全性評(píng)估與泄漏預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)200

5.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)201

5.2.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)204

5.2.3系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)204

5.2.4典型模擬泄漏案例分析212

參考文獻(xiàn)214

6陸相低滲咸水層CO2封存技術(shù)應(yīng)用217

6.1選址217

6.1.1平面位置選擇217

6.1.2儲(chǔ)蓋組合選擇217

6.2地下注入工程219

6.2.1注入過程測(cè)試219

6.2.2注入過程223

6.2.3最大注入能力分析223

6.3監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警228

6.3.1監(jiān)測(cè)示范工程228

6.3.2安全預(yù)警系統(tǒng)230

6.4結(jié)論與展望230

參考文獻(xiàn)231 2100433B

針對(duì)未來中國大規(guī)模碳減排的技術(shù)需求，本書結(jié)合鄂爾多斯盆地存在的大量低滲咸水層及周邊大量的CO2排放源減排壓力，闡述了低滲咸水層場(chǎng)地適宜性評(píng)價(jià)、多地層分類改造、高效注入、多維度監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警等成套CO2地質(zhì)封存關(guān)鍵技術(shù)及其在示范工程中的應(yīng)用。

本書可供從事全球碳減排等環(huán)境領(lǐng)域研究及油藏、煤層氣、頁巖氣、水合物、地?zé)釒r等地質(zhì)資源開采相關(guān)工作的研究和設(shè)計(jì)人員、施工人員、工程技術(shù)人員、運(yùn)行管理人員使用，也可供相關(guān)專業(yè)院校師生參考。

二氧化碳封存的方法有許多種，一般說來可分為地質(zhì)封存（Geological Storage）和海洋封存（Ocean Storage）兩類。

碳捕集與封存地質(zhì)封存

地質(zhì)封存一般是將超臨界狀態(tài)（氣態(tài)及液態(tài)的混合體）的CO2注入地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以是油田、氣田、咸水層、無法開采的煤礦等。IPCC的研究表明，CO2性質(zhì)穩(wěn)定，可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)被封存。若地質(zhì)封存點(diǎn)經(jīng)過謹(jǐn)慎的選擇、設(shè)計(jì)與管理，注入其中的CO2的99%都可封存1000年以上。

把CO2注入油田或氣田用以驅(qū)油或驅(qū)氣可以提高采收率（使用EOR技術(shù)可提高30%~60%的石油產(chǎn)量）；注入無法開采的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅(qū)出來，即所謂的提高煤層氣采收率（Enhanced Coal Bed Methane Recovery，ECBM）。

然而，若要封存大量的CO2，最適合的地點(diǎn)是咸水層。咸水層一般在地下深處，富含不適合農(nóng)業(yè)或飲用的咸水，這類地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為常見，同時(shí)擁有巨大的封存潛力。不過與油田相比，人們對(duì)這類地質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還較為有限。

碳捕集與封存海洋封存

海洋封存是指將CO2通過輪船或管道運(yùn)輸?shù)缴詈：５走M(jìn)行封存。然而，這種封存辦法也許會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面的影響，比如過高的CO2含量將殺死深海的生物、使海水酸化等，此外，封存在海底的二氧化碳也有可能會(huì)逃逸到大氣當(dāng)中（有研究發(fā)現(xiàn)，海底的海水流動(dòng)到海面需要1600年的時(shí)間）。

總的來說，人們對(duì)海洋封存的了解還是太少。

可作為不透水層的有黏土巖、砂巖、火成巖或變質(zhì)巖的微風(fēng)化層，或者是某些巖石的弱風(fēng)化層。通常情況下，花崗巖等類巖石的弱鳳化層是高水層，不宜作為防滲體底部的不透水層，這從廣州黃埔珠江大橋的錨碇、燕塘地鐵車站等工程可看得很清楚。

巖石風(fēng)化層中往往含有一些充填物，在較高的水頭壓力時(shí)也會(huì)被沖刷出來形成滲漏通道。另外，強(qiáng)，弱鳳化層中水量豐富，如不采用降水，則挖到坑底時(shí)，由于涌水量大，可能無法進(jìn)行后續(xù)施工。所以，不能以為地下連續(xù)墻底進(jìn)人基巖就沒事了，