咸水层CO2不同捕获机理封存量计算方法及应用范围

通过分析咸水层CO₂地质封存过程中不同捕获机理,探究不同CO₂捕获机理下的封存量计算方法,在CO₂咸水层地质封存工程或数值模拟调研分析的基础上,探讨咸水层CO₂不同捕获机理封存量计算方法的应用范围。综合分析表明,容积法可应用于地质评价阶段的不同尺度地质单元的CO₂构造捕获封存量计算,代表了评价单元的最大封存潜力,在选取合理的工程、经济等参数基础上,可进行更高潜力级别封存量的计算;长时间尺度的CO₂束缚气捕获、溶解捕获、矿物捕获3种计算方法,应用范围为场地级或灌注级的某一时间点或时间段的实际封存量计算,只有依据封存工程或封存场地建立地质模型,并进行长时间尺度的数值模拟才能获得。     

CO2深部盐水层地质封存成本研究

 为进一步完善CCS经济可行性研究以及封存场地优选,从全生命周期的角度建立了深部盐水层（DSF）封存成本的工程经济模型。该模型在前人研究成果基础上,将注入前场地检查成本、注入后监测及设备处置成本纳入考虑范围。以典型DSF封存场地为例,计算得出CO₂均化封存成本为4.89 $/t,其中注入成本占80.43%,监测成本、场地勘察及检查成本分别占10.46%和9.12%。在此基础上,探讨了年注入量、储层渗透率、储层压力、储层孔隙度、储层厚度及储层深度6个因素变动对均化封存成本的影响,总结了其变化规律,并从注入井数量和封存场地面积两个方面进行了解释。通过敏感性分析得出,储层深度和储层压力对均化封存成本的影响最大,储层厚度和储层孔隙度次之。     

CO2地质封存中储层岩石润湿性测量研究进展

多孔介质的润湿性是CO₂地质封存过程中的重要参数。基于润湿性测量方法和光学成像技术综述了CO₂封存条件下不同尺度的多孔介质润湿性测量技术，并分析了相关润湿现象。目前，岩石润湿性的测量主要分为：实验室尺度的表面润湿性测定、孔隙尺度的内部壁面接触角测定，以及宏观尺度的岩心整体润湿性评价。孔隙结构、矿物组成成分和表面粗糙度是孔隙尺度接触角的关键影响因素，它们会影响多孔介质的混合润湿特性并造成润湿滞后现象。根据不同局部驱替事件(如排水、渗吸)的接触角分布建立了孔隙尺度与连续尺度的岩石润湿性关系。最新研究发现，随着驱替的发展，岩石润湿性在排水和渗吸过程中发生了显著改变，但不同尺度的岩石润湿性的关系及润湿转变机理仍需要进一步研究。     

纳米SiO2强化CO2地质封存页岩盖层封堵能力机制试验

页岩为CO₂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CO₂地质埋存量和安全性。为探究随CO₂混注纳米SiO₂(SNPs)强化盖层封堵能力的有效性和可行性,对CO₂地质封存页岩盖层样品开展原地条件下的超临界CO₂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CO₂、优化组为页岩样品-地层水+SNPs+超临界CO₂,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CO₂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CO₂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...     

柴达木盆地CO2深部盐水层地质封存模拟实验

结合柴达木盆地地质情况,设计了二维模型实验装置平台,模拟深部盐水层CO2注入过程的运移特点,分析对盖岩层的影响规律,并对CO2盐水层储量进行评估,最后对CO2深部地质封存物理模型实验装置的效果及相关问题给出评价和建议.     

神华鄂尔多斯CO2地质封存场地多井并注模拟初探

中国首个陆上咸水层CO_2地质封存示范项目的成功实施使得在鄂尔多斯盆地开展大规模CO_2地质封存成为可能.为探讨在鄂尔多斯盆地典型低渗砂岩储层中实施50万t以上CO_2年封存量的注入封存方案,基于神华CCS项目的场地储层结构和监测数据,采用储层多相流模拟软件TOUGH2-MP/ECO2N模拟了神华场地5点布井方案下进行50万t·a~(-1)的注入封存情景.分析了储层非均质性对模拟结果的可能影响.基于模拟结果的分析,认为在该场地实施多井注入方案时井间距应大于2 059m,为安全计,建议最少为3 000m.若实施100万t·a~(-1)的封存规模,初步估计需要采用10口井进行同时注入.     

CO2注入咸水层的动力弥散-对流-溶解计算模型

如何模拟CO2注入咸水储层的质量传输过程是实施CO2注入地下咸水层的关键.通过分析CO2注入咸水储层的质量传输过程,基于质量守恒原理,建立考虑对流、动力弥散及溶解的计算模型,利用有限元法开发了相应的数值计算程序CO2-IA.数值算例研究地下水渗流速度对CO2注入的影响,结果表明:地下水渗流速度对CO2的质量传输影响很大,随着地下水渗流速度的增加,地下水的对流和弥散效能均增强,从而有效地提高了咸水层中CO2的封存量和封存效率.     

深部咸水层CO2地质封存对地层压力环境的影响

针对深部咸水层CO_2地质封存过程中流体的运移和压力的传递现象,利用美国Frio地区的CO_2咸水层封存试验实测数据,建立二维多岩相结构模型,模拟分析CO_2地质封存中CO_2注入阶段岩石孔渗性能的变化特征、岩层压力增加的变化特征以及CO_2羽流的演化规律。结果表明,超临界CO_2在驱替咸水溶液的过程中形成类似漏斗状的扩散晕,蒸发作用产生的盐沉淀主要位于井附近的单气相区,随着盐沉淀的增加,井周围的渗透率降低、压力积聚;盖层渗透性提高避免了储层内部出现过大压力,但却增加了泄漏的可能性。     

燃煤电厂CO2捕集驱油封存技术及应用

 燃煤电厂烟气CO₂捕集驱油封存技术是提高特低渗透油藏采收率和减少温室气体排放的有效方法。针对燃煤电厂CO₂捕集和大幅度提高低渗透油藏采收率的技术瓶颈开展研究,形成了燃煤电厂烟气CO₂捕集纯化处理技术、CO₂驱提高采收率油藏适应性评价体系、室内实验技术和油藏工程优化设计技术系列,配套了CO₂驱注采工艺和地面工程技术系列,并建成国内外首个燃煤电厂烟气CO₂捕集与驱油示范工程。实践表明,技术应用效果良好,开发的高效CO₂捕集溶剂及工艺比传统单乙醇胺（MEA）工艺捕集成本降低35%,CO₂驱油与封存示范区累计注入CO₂ 12.8万t,累计增油2.9万t,封存CO₂ 11万t。     

基于岩体单裂隙的CO2地质封存中迁移速度数值试验敏感性分析

研究地质封存中的CO2迁移规律对选址与设计具有重要意义。基于计算流体动力学有限元软件CFDesign,开展CO2迁移速度的敏感性分析。运用正交设计理论,分别选取岩体结构面粗糙度系数JRC(joint roughness coefficient)、岩体结构面吻合度JMC(joint match coefficient)和岩体结构面张开度e(aperture)三个因素,每种因素具有三种试验水平,以平均迁移速度为评价指标,模拟9种工况下的数值试验。结果显示:1CO2迁移速度对结构面吻合度JMC最为敏感,两者之间呈现出很强的正比关系;2CO2迁移速度对结构面张开度e的敏感性次之,两者之间同样具有较强的正比关系;3CO2迁移速度对结构面粗糙度系数JRC的敏感性最差,呈现出反比关系。     

CO2在深部咸水层中的埋存机制研究进展

 目前,在深部咸水层中实施CO₂地质埋存的减排处理,是减缓温室效应最有效的现实选择.CO₂在咸水层中的埋存机制主要包括构造圈闭埋存、残余气埋存、溶解埋存和矿物埋存4种基本方式.构造圈闭埋存是CO₂向上运动到致密隔层受到遮挡后,在地质体中聚集,形成CO₂气相埋存,构造圈闭埋存埋存包括闭合构造和开放构造,闭合构造的优势是可以有效限制储层中自由CO₂的横向和纵向运移,缺点是气水接触面被限制在一个十分小的接触区域中,从而限制了CO₂溶解,开放构造的优势是CO₂和周围地层水大面积接触,有利于CO₂溶解,缺点是需要对一个很大的区域进行精细表征以确定可能的气体泄漏路径并进行区域监控;残余气埋存是由于驱替和吸吮相渗滞后,部分CO₂以残余气形式被埋存起来;溶解埋存是CO₂溶解在水中,与水中的钙、镁、铁等离子发生反应生成碳酸盐矿物,实现CO₂圈闭埋存;矿物埋存是CO₂与储层岩石发生缓慢的化学反应形成碳酸盐矿物或HCO₃^-,实现CO₂埋存.各种埋存方式随埋存时间不同,发挥的作用不同,埋存安全性级别也各不相同.本文对咸水层CO₂埋存机制进行深入研究,以期指导中国咸水层CO₂埋存工程顺利进行.     

CO2地质埋存监测技术及其应用分析

对CO2地质埋存监测目的和意义进行阐述,对地震、重力测试、井流体取样、示踪剂及CO2泄露等主要监测技术的原理、特点和应用进行分析,监测系统及相应的监测技术可对储层、盖层和周围环境进行描述,概括总结监测技术的研究进展和发展趋势。结果表明:示踪剂、井流体取样和测井技术是监测储层内流体运移和CO2状态以及油藏和井完整性的有效手段;土壤气体分析和大气监测能够有效地监测CO2泄漏和地表环境,监测系统的优化设计要结合监测目的和储层条件,根据现有的技术水平及应用经验合理筛选监测技术,可以经济有效安全地对注入CO2的状态和泄漏进行监测。     

地质封存中CO2泄漏的非稳态扩散数值模拟研究

针对碳捕集与封存技术中泄漏监测的难点,利用数值模拟方法研究了地质封存中CO2泄漏的非稳态扩散,以及不同的垂直风廓线形式、大气、地形等因素对非稳态扩散模拟结果的影响,探索了地质封存中CO2泄漏扩散的分布规律.研究结果表明:不同风廓线下CO2泄漏的扩散规律基本一致,仅在垂直方向上CO2的体积分数略有差异;大气层结不稳定程度越高,越有利于泄漏气体的扩散;风速越大,扩散达到稳定所需要的时间越短,稳定的CO2的体积分数越小;大气温度越高,同一高度上稳定的CO2体积分数越大,越有利于泄漏气体的垂直扩散;地表面粗糙度越大,越有利于垂直湍流波动的形成,当水平扩散减慢时,CO2达到稳定所需要的时间延长.     

CO2捕集过程中有机胺热降解的实验研究

在使用有机胺捕集CO2的工艺中,胺的降解性质是评价胺的重要因素之一。该文使用不锈钢密闭反应器和强制对流烘箱,在相同CO2负荷条件下分别考察了乙二胺(EDA)、1,2-二胺基丙烷(MEDA)、2-哌啶乙醇(2-PE)、哌嗪/2-氨基-2-甲基-1-丙醇(PZ/AMP)混合溶液在373～423K的热降解过程。除乙二胺外,所有实验的胺类的热降解速率都低于常用的乙醇胺(MEA)的热降解速率。在乙二胺分子上添加空间位阻有助于降低胺的热降解速率。本身具有热稳定结构的胺与其他胺类混合后,其热降解速率可能会提高。     

油藏埋存CO_2泄漏机制及故障树分析

利用故障树分析法,结合油田CO_2驱和埋存示范区泄漏及环境监测结果,对油藏埋存CO_2发生泄漏的途径和泄漏机制进行分析,并对CO_2驱和埋存示范区进行环境监测。结果表明:对圈闭性很好的油藏,井的密封性失效(包括套管和井口设施损坏)、固井不完善及水泥环腐蚀是造成CO_2泄漏的主要原因;整体上,埋存于地下的CO_2没有发生大规模的泄漏,但在近井土壤中CO_2含量有增加的趋势,越靠近井口土壤中CO_2含量越大,表明CO_2通过井内套管柱或不完整水泥环发生了微量泄漏。故障树分析结果对CO_2埋存区的泄漏监测和预防具有指导意义。