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005

參考文獻(xiàn)007

2陸相低滲咸水層CO2封存場地評價技術(shù)008

2.1場地適宜性評價008

2.1.1次盆地尺度場地適宜性評價方法的特點(diǎn)008

2.1.2場地適宜性評價的關(guān)鍵要素009

2.1.3場地適宜性評價的指標(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)合蓋層的密封性評價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CO2地質(zhì)封存風(fēng)險的影響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各儲層測試結(jié)果024

3.1.2各儲層改造方案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)測軟件的測試050

參考文獻(xiàn)072

4陸相低滲咸水層CO2封存監(jiān)測技術(shù)075

4.1監(jiān)測方案設(shè)計(jì)075

4.1.1地下監(jiān)測方案設(shè)計(jì)077

4.1.2地表監(jiān)測方案設(shè)計(jì)082

4.1.3地上空間監(jiān)測方案設(shè)計(jì)086

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

4.2監(jiān)測技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用091

4.2.1地下監(jiān)測系統(tǒng)091

4.2.2地表監(jiān)測系統(tǒng)107

4.2.3地上空間監(jiān)測系統(tǒng)132

4.3監(jiān)測裝置的自主開發(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)測裝置146

4.3.3自校正井中壓力溫度監(jiān)測裝置149

4.3.4壓力平衡自動測量土壤CO2氣體濃度的裝置154

4.3.5CO2泄漏對淺層土壤和植物影響評估的模擬裝置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封存的安全性評估161

5.1.2CO2地下運(yùn)移預(yù)測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、安全性評估與泄漏預(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儲蓋組合選擇217

6.2地下注入工程219

6.2.1注入過程測試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)測與安全預(yù)警228

6.3.1監(jiān)測示范工程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地適宜性評價、多地層分類改造、高效注入、多維度監(jiān)測與安全預(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)長的時間內(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，同時擁有巨大的封存潛力。不過與油田相比，人們對這類地質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識還較為有限。

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對環(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逃逸到大氣當(dāng)中（有研究發(fā)現(xiàn)，海底的海水流動到海面需要1600年的時間）。

總的來說，人們對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也會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，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，